Subdivision建模與Nubrs建模在汽車外飾數字模型中的差異性研究

在汽車產業向智能化、電動化轉型的背景下，外飾設計的數字化程度直接影響整車研發效率與工程落地質量。細分曲面（Subdivision）與非均勻有理B樣條（Nubrs）作為主流建模技術，在汽車外飾領域的應用中，兩種建模技術呈現顯著的應用差異：Subdivision以靈活的交互式編輯能力助力概念設計；Nubrs憑借精確的數學表達滿足工程級曲面需求。然而，現有研究多聚焦單一技術的應用探索，缺乏對兩者在設計協作機制、細節處理效率及工程數據銜接等關鍵維度的系統性對比。實際項目中，設計師與模型師常因技術路徑差異產生協作斷層，如Nubrs模型難以被設計工具直接編輯，Subdivision模型在工程轉換中存在精度損耗等。本研究通過量化對比與案例分析，揭示兩種技術的應用邊界與互補價值，為汽車外飾數字模型構建提供方法。

Subdivision與Nubrs建模概述

1.Subdivision建模技術原理與特征

Subdivision建模基于多邊形網格細分算法，通過對基礎網格進行遞歸細分來生成光滑曲面。其核心思想是通過控制頂點權重實現對曲面形態的靈活編輯，支持“粗糙網格快速塑形-細節層級漸進細化”的工作流。在汽車外飾設計中，Subdivision建模（見圖1）常應用于概念設計階段的快速原型構建，設計師可通過Blender、Maya等軟件直接對低模進行推拉、擠壓操作，實時預覽曲面光順效果。該技術的核心優勢在于非線性編輯的直觀性，設計師無需掌握復雜的數學曲面公式，即可通過類雕塑的交互方式實現創意表達，尤其適合處理有機形態的曲面過渡與光影語義構建。

圖1Alias2026中Subdivision交互界面

細分主體是A1ias中的一種幾何體類型，提供平滑的連續曲面，用于創建對象和有機形狀。Alias細分主體符合標準的Catmull-Clark細分曲面，這使它們就像其他內容創建應用程序（如Maya和3dsMax）中的細分曲面一樣。不過，Alias細分主體是一系列連續的Nubrs曲面面片，因此它們也繼承了A1ias曲面的特征。這意味著Alias細分主體同時具備AliasNubrs曲面和傳統細分曲面的優勢。

2.Nubrs建模技術原理與特征

Nubrs建模基于參數化曲面理論，通過控制頂點、節點矢量和權因子定義高精度曲面，Nubrs曲面建模技術是專為曲面復雜物體三維模型重建而設計的，它能基于曲線和曲面的形式對三維模型的輪廓和外形進行準確精細的表達，Nubrs曲面能夠利用數學模型對初級曲線曲面、二次曲線曲面以及自由曲線曲面等進行準確表示。

該技術的核心優勢在于精確的幾何表達能力，能夠無縫對接CAD工程數據，滿足汽車外飾模具開發對曲面精度（如G2連續）的嚴苛要求。在實際應用中，Nubrs建模常通過Alias、UG等專業軟件實現，其操作邏輯依賴于曲面分片規劃與接縫連續性控制，對模型師的幾何建模經驗要求較高。

3.汽車外飾數字模型的雙重技術需求

汽車外飾數字模型需同時滿足“創意設計的靈活性”與“工程實現的精確性”。概念設計階段強調快速迭代與形態創新，而工程設計階段則要求曲面滿足A-Class標準（如高光反射均勻性、斑馬線連續性）。這種雙重需求導致Subdivision與Nubrs建模的兩者差異（對比見表1），在汽車外飾領域形成互補應用，但也引發了技術路徑選擇與工作流整合的實際問題。

表1Subdivision與Nubrs在汽車外飾數字模型構建中的差異性

設計效率維度的差異性對比

1.建模時間與修改速度對比

在概念設計初期，Subdivision建模展現出顯著的時間優勢，以某車型前車頭概念模型（見圖2）為例，Subdivision建模可在3～4h內完成初始形態構建，而Nubrs建模需至少8h完成曲面分片與接縫調整，這種效率差異源于兩種技術的操作邏輯。Subdivision支持直接對網格頂點進行自由編輯，設計師能像雕琢實體模型般，快速推拉塑造曲面起伏，直觀把控造型趨勢。而Nubrs需通過調整控制頂點矩陣間接影響曲面形態，尤其在處理非對稱復雜曲面時，控制點關聯性強，牽一發而動全身，修改成本呈指數級增長。

在衍生模型構建環節，二者效率差距進一步拉大。對于該車型前車頭概念模型衍生出的8個方案，Nubrs建模需為每個方案重新梳理曲線網絡、精準布線，再逐片構面、匹配連續性，平均每個方案耗時6～7h，且易因曲線調整引發曲面接縫問題，額外投入修正時間。而Subdivision憑借網格頂點的靈活操控性，設計師僅需拉動關鍵控制點，就能快速改變局部或整體形態，短時間內可高效產出多樣設計方案，平均每個衍生模型構建耗時僅1～2h，大幅壓縮設計周期，助力設計師在概念階段快速探索多元造型可能，加速設計決策進程。

2.動態修改的技術門檻差異

在汽車外造型設計領域，設計工具的選擇與應用對于設計流程和團隊協作效率有著至關重要的影響。Subdivision建模支持多級細分編輯，設計師可在保持整體形態的前提下，對局部區域進行細節強化，修改操作符合直覺化交互習慣。而Nubrs建模的修改需遵循嚴格的曲面重建規則，例如調整某區域曲率時，常需同步修正相鄰曲面的邊界連續性，這種“牽一發而動全身”的特性導致非專業人員難以介入模型修改，限制了跨角色協作的可能性。

Blender作為一款主流的開源設計工具，以其強大且多元的功能特性，為汽車外造型設計帶來了新的活力。Blender對Subdivision格式，如OBJ、FBX等，具備原生支持能力，這一特性為汽車設計師提供了極大的便利。當設計師拿到Subdivision模型后，無需復雜的導入設置或額外的格式轉換步驟，便可直接在Blender中對模型進行細節調整。以汽車前臉造型設計為例，設計師可以根據市場調研獲取的消費者喜好數據，或者自身對潮流趨勢的把握，直接在Blender中對Subdivision模型的網格頂點進行推拉、旋轉等操作，快速改變前臉的線條走勢、進氣格柵的形狀以及大燈的輪廓等，實現設計創意的即時呈現。這種直接操作的方式，無需依賴專業模型師，讓設計師能夠充分發揮自身的創意，避免了溝通成本和時間成本的增加。

反觀Nubrs模型，常見的IGES、STEP等格式，由于其數據結構極為復雜，在Blender中編輯時往往會出現曲面失真的情況。比如在對汽車車身側面的曲面進行調整時，Nubrs模型可能會在接縫處出現光影不連續、表面起伏異常等問題，導致設計師無法準確地參與模型修改，只能以反饋的形式告知專業模型師進行調整，從而形成了“模型師主導—設計師反饋”的單向協作模式。這種模式下，信息傳遞存在延遲和偏差，極大地影響了設計效率。

而Subdivision建模憑借與Blender的格式兼容性，成功打破了這一技術壁壘。在實際的汽車外造型設計項目中，設計師可以與模型師實時溝通，在Blender中同步對Subdivision模型進行修改。例如，當設計師提出一種新的車身腰線設計方案時，模型師可以立即在Blender中配合設計師，對模型進行調整，設計師也能即時看到調整后的效果，提出進一步的優化意見，實現了“設計創意一模型構建”的雙向實時互動。基于某主機廠的項目數據統計，這種協作模式將團隊協作效率提升了約 40% 。

此外，對于汽車設計師而言，Blender集成了畫圖、建模、渲染及動畫等全流程設計工具，形成了一個完整的設計生態系統。在設計汽車外造型時，設計師可以先在Blender中通過畫圖工具快速勾勒出概念草圖，接著利用對Subdivision模型的支持，將草圖轉化為三維模型并進行建模。在建模過程中，還能實時利用渲染工具查看模型的光影效果，及時發現問題并進行調整。如果需要展示汽車的動態效果，動畫工具也能輕松實現。整個設計過程如圖3所示，在Blender中一氣呵成，避免了在不同軟件之間進行數據轉換所帶來的損失，比如模型精度的降低、紋理丟失等問題，極大地加快了設計進程，為汽車外造型設計的高效開展提供了有力保障。

圖3Blender與Subdivision數據轉換后差異性對比

對不同設計風格的適應性以及模型細節處理能力的差異性

1.直線條風格和曲面圓潤風格

Nubrs建模基于數學方程的參數化曲面理論，能夠參數化精準控制直線條的科技張力，通過控制頂點矩陣和節點矢量實現對直線、銳角及對稱幾何結構的精確塑造。這種“數學化”建模邏輯具有三大核心優勢。一是直線精度無偏差，可直接通過貝塞爾曲線公式生成絕對筆直的棱線（如車身腰線、引擎蓋筋線），線條在不同視角下保持幾何一致性，避免因網格近似導致的視覺扭曲。例如在新能源車型的“極簡科技風”設計中，Nubrs能精準呈現前格柵的平行直線陣列，強化視覺秩序感。

二是銳角轉折銳利清晰，通過修剪曲面（TrimSurface）和曲面交線定義直角或銳角邊界（如車門防撞梁的硬朗折線），無需依賴網格細分即可實現銳利棱線，契合“速度感”設計對“硬邊”特征的需求。某跑車的側裙導流板采用Nubrs建模，其 60^° 銳角棱線在高光反射中呈現清晰的光影分界，強化空氣動力學的視覺暗示。

三是對稱結構高效構建，利用參數化曲面的鏡像復制功能，可快速完成左右對稱的直線條設計（如貫穿式尾燈輪廓），確保兩側線條曲率完全一致，符合科技風格對“標準化”“模塊化”的審美要求。

Subdivision建模：網格柔性編輯塑造有機形態的流動韻律。Subdivision基于多邊形網格的遞歸細分算法，通過頂點權重調整和多級細分層級實現對曲線、曲面的自由雕刻。其“類雕塑”的交互邏輯更適合表達三大設計特征。

1）曲線過渡自然流暢，通過推拉網格頂點或插入循環邊（LoopCut），可輕松創建如水滴般的漸消曲線（如車頂弧線、保險杠導流曲面），避免Nubrs參數化調整中“控制點聯動”的復雜性。例如在復古車型的圓潤車身設計中，Subdivision能快速模擬金屬鈑金的手工鍛造質感，曲線銜接處無明顯數學接縫。

2）非對稱形態靈活駕馭，對于仿生學設計中的有機結構（如仿昆蟲復眼的頭燈輪廓、仿植物藤蔓的裝飾線條），Subdivision支持“自由手繪”式編輯，設計師無需拆解曲面分片，直接通過筆刷工具雕刻凹凸起伏，效率是Nubrs曲面拼接的3～5倍。某概念車的“液態金屬”風格車身，其波浪狀曲面通過Subdivision網格變形實現，呈現自然流動的視覺效果。

3）多曲率融合細膩平滑，在處理“圓潤曲面 ⁺ 微小起伏”的復合結構時（如輪轂的曲面凹槽、后視鏡的氣動導流鰭），Subdivision可通過局部細分層級增加網格密度，精準控制毫米級的曲面變化，而Nubrs需依賴復雜的曲面縫合，易出現接縫處光影斷裂。

兩種建模方式對不同設計風格的適應性見表2。

2.模型分件的技術路徑差異

在汽車外飾分件設計（如車門把手）中，兩者細節對比如圖4所示。其中Subdivision建模分件邊界依賴網格切割操作，在處理復雜細節特征時需要手動布線，會破環原有大面的基礎特征和光影表達，同時模型的面片數量呈幾何式增加。Nubrs建模中基于曲面邊界的參數化匹配，通過定義共享邊界曲線（SharedEdge）實現分件曲面的G1/G2連續，天然滿足工程裝配對邊界精度的要求，從源頭避免了數據轉換中的幾何失真問題。

3.曲面細節的修剪方式對比

Subdivision建模模塊勾選SubdivSelect可以只操作一次就得到想要修剪的造型（見圖5），Nubrs需要每張面都進行修剪操作（見圖6）。

表2兩種建模方式對不同設計風格的適應性

圖4Nubrs與Subdivision處理門把手細節對比

圖5Subdivision修剪方式

圖6Nubrs修剪方式

兩種建模方式的應用局限性分析

1.Subdivision建模的技術瓶頸

在汽車廠實際項目中，Subdivision建模存在明顯局限性。首先，在工程數據對接層面，Subdivision模型基于近似曲面表達，難以滿足汽車外飾A級曲面的嚴苛精度要求，在高光與斑馬線分析中易出現扭曲、撕裂等瑕疵，無法直接用于模具開發與生產制造；其次，在數據管理與修改方面，Subdivision模型的層級細分會導致數據量快速膨脹，對硬件計算資源要求極高，復雜模型的修改效率較低，尤其在涉及整體形態調整時，需重新梳理網格拓撲結構，耗時耗力；最后，在團隊協作與標準化流程上，Subdivision建模常依賴設計師個人操作經驗，缺乏統一的參數化標準，難以與企業現有的CAD工程體系（如CATIA、UG）無縫銜接，導致數據轉換過程中容易出現破面、曲面連續性丟失等問題，影響項目進度與質量。

2.Nubrs建模的技術瓶頸

（1）形態創新的束縛嚴格的參數化曲面定義限制了自由形態的創作，對于非對稱有機形態（如仿生學設計元素），Nubrs建模需通過復雜的曲面拼接實現，耗時是Subdivision建模的3～5倍。

（2）修改效率低下當設計方案需要大幅調整曲面形態時（如軸距變更導致的側圍曲面重構），Nubrs建模需重新規劃曲面分片方案，而Subdivision建模僅需調整基礎網格的頂點位置，修改效率差異顯著。

結語

本研究從技術原理、設計效率、對不同設計風格的適應性及應用局限性四個維度，系統揭示了Subdivision與Nubrs建模在汽車外飾數字模型構建中的差異性（見表1）。兩種技術的本質分野在于“近似表達”與“精確表達”的路徑選擇：Subdivision通過靈活的網格編輯滿足創意設計的快速迭代需求，Nubrs通過數學精確性保障工程實現的曲面質量。

未來可進一步探索Subdivision與Nubrs的混合建模技術，例如在保持Nubrs工程精度的同時，引入Subdivision的交互式編輯特性，為汽車外飾設計提供更高效的技術解決方案。此外，結合深度學習算法對兩種建模流程進行自動化優化，也是值得關注的研究方向。

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