Subdivision建模與Nubrs建模在汽車外飾數(shù)字模型中的差異性研究

在汽車產(chǎn)業(yè)向智能化、電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的背景下，外飾設(shè)計(jì)的數(shù)字化程度直接影響整車研發(fā)效率與工程落地質(zhì)量。細(xì)分曲面（Subdivision）與非均勻有理B樣條（Nubrs）作為主流建模技術(shù)，在汽車外飾領(lǐng)域的應(yīng)用中，兩種建模技術(shù)呈現(xiàn)顯著的應(yīng)用差異：Subdivision以靈活的交互式編輯能力助力概念設(shè)計(jì)；Nubrs憑借精確的數(shù)學(xué)表達(dá)滿足工程級(jí)曲面需求。然而，現(xiàn)有研究多聚焦單一技術(shù)的應(yīng)用探索，缺乏對(duì)兩者在設(shè)計(jì)協(xié)作機(jī)制、細(xì)節(jié)處理效率及工程數(shù)據(jù)銜接等關(guān)鍵維度的系統(tǒng)性對(duì)比。實(shí)際項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師與模型師常因技術(shù)路徑差異產(chǎn)生協(xié)作斷層，如Nubrs模型難以被設(shè)計(jì)工具直接編輯，Subdivision模型在工程轉(zhuǎn)換中存在精度損耗等。本研究通過(guò)量化對(duì)比與案例分析，揭示兩種技術(shù)的應(yīng)用邊界與互補(bǔ)價(jià)值，為汽車外飾數(shù)字模型構(gòu)建提供方法。

Subdivision與Nubrs建模概述

1.Subdivision建模技術(shù)原理與特征

Subdivision建?；诙噙呅尉W(wǎng)格細(xì)分算法，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)格進(jìn)行遞歸細(xì)分來(lái)生成光滑曲面。其核心思想是通過(guò)控制頂點(diǎn)權(quán)重實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面形態(tài)的靈活編輯，支持“粗糙網(wǎng)格快速塑形-細(xì)節(jié)層級(jí)漸進(jìn)細(xì)化”的工作流。在汽車外飾設(shè)計(jì)中，Subdivision建模（見圖1）常應(yīng)用于概念設(shè)計(jì)階段的快速原型構(gòu)建，設(shè)計(jì)師可通過(guò)Blender、Maya等軟件直接對(duì)低模進(jìn)行推拉、擠壓操作，實(shí)時(shí)預(yù)覽曲面光順效果。該技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)在于非線性編輯的直觀性，設(shè)計(jì)師無(wú)需掌握復(fù)雜的數(shù)學(xué)曲面公式，即可通過(guò)類雕塑的交互方式實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意表達(dá)，尤其適合處理有機(jī)形態(tài)的曲面過(guò)渡與光影語(yǔ)義構(gòu)建。

圖1Alias2026中Subdivision交互界面

細(xì)分主體是A1ias中的一種幾何體類型，提供平滑的連續(xù)曲面，用于創(chuàng)建對(duì)象和有機(jī)形狀。Alias細(xì)分主體符合標(biāo)準(zhǔn)的Catmull-Clark細(xì)分曲面，這使它們就像其他內(nèi)容創(chuàng)建應(yīng)用程序（如Maya和3dsMax）中的細(xì)分曲面一樣。不過(guò)，Alias細(xì)分主體是一系列連續(xù)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(xì)分主體同時(shí)具備AliasNubrs曲面和傳統(tǒng)細(xì)分曲面的優(yōu)勢(shì)。

2.Nubrs建模技術(shù)原理與特征

Nubrs建?；趨?shù)化曲面理論，通過(guò)控制頂點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)矢量和權(quán)因子定義高精度曲面，Nubrs曲面建模技術(shù)是專為曲面復(fù)雜物體三維模型重建而設(shè)計(jì)的，它能基于曲線和曲面的形式對(duì)三維模型的輪廓和外形進(jìn)行準(zhǔn)確精細(xì)的表達(dá)，Nubrs曲面能夠利用數(shù)學(xué)模型對(duì)初級(jí)曲線曲面、二次曲線曲面以及自由曲線曲面等進(jìn)行準(zhǔn)確表示。

該技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)在于精確的幾何表達(dá)能力，能夠無(wú)縫對(duì)接CAD工程數(shù)據(jù)，滿足汽車外飾模具開發(fā)對(duì)曲面精度（如G2連續(xù)）的嚴(yán)苛要求。在實(shí)際應(yīng)用中，Nubrs建模常通過(guò)Alias、UG等專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)，其操作邏輯依賴于曲面分片規(guī)劃與接縫連續(xù)性控制，對(duì)模型師的幾何建模經(jīng)驗(yàn)要求較高。

3.汽車外飾數(shù)字模型的雙重技術(shù)需求

汽車外飾數(shù)字模型需同時(shí)滿足“創(chuàng)意設(shè)計(jì)的靈活性”與“工程實(shí)現(xiàn)的精確性”。概念設(shè)計(jì)階段強(qiáng)調(diào)快速迭代與形態(tài)創(chuàng)新，而工程設(shè)計(jì)階段則要求曲面滿足A-Class標(biāo)準(zhǔn)（如高光反射均勻性、斑馬線連續(xù)性）。這種雙重需求導(dǎo)致Subdivision與Nubrs建模的兩者差異（對(duì)比見表1），在汽車外飾領(lǐng)域形成互補(bǔ)應(yīng)用，但也引發(fā)了技術(shù)路徑選擇與工作流整合的實(shí)際問(wèn)題。

表1Subdivision與Nubrs在汽車外飾數(shù)字模型構(gòu)建中的差異性

設(shè)計(jì)效率維度的差異性對(duì)比

1.建模時(shí)間與修改速度對(duì)比

在概念設(shè)計(jì)初期，Subdivision建模展現(xiàn)出顯著的時(shí)間優(yōu)勢(shì)，以某車型前車頭概念模型（見圖2）為例，Subdivision建模可在3～4h內(nèi)完成初始形態(tài)構(gòu)建，而Nubrs建模需至少8h完成曲面分片與接縫調(diào)整，這種效率差異源于兩種技術(shù)的操作邏輯。Subdivision支持直接對(duì)網(wǎng)格頂點(diǎn)進(jìn)行自由編輯，設(shè)計(jì)師能像雕琢實(shí)體模型般，快速推拉塑造曲面起伏，直觀把控造型趨勢(shì)。而Nubrs需通過(guò)調(diào)整控制頂點(diǎn)矩陣間接影響曲面形態(tài)，尤其在處理非對(duì)稱復(fù)雜曲面時(shí)，控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，牽一發(fā)而動(dòng)全身，修改成本呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

在衍生模型構(gòu)建環(huán)節(jié)，二者效率差距進(jìn)一步拉大。對(duì)于該車型前車頭概念模型衍生出的8個(gè)方案，Nubrs建模需為每個(gè)方案重新梳理曲線網(wǎng)絡(luò)、精準(zhǔn)布線，再逐片構(gòu)面、匹配連續(xù)性，平均每個(gè)方案耗時(shí)6～7h，且易因曲線調(diào)整引發(fā)曲面接縫問(wèn)題，額外投入修正時(shí)間。而Subdivision憑借網(wǎng)格頂點(diǎn)的靈活操控性，設(shè)計(jì)師僅需拉動(dòng)關(guān)鍵控制點(diǎn)，就能快速改變局部或整體形態(tài)，短時(shí)間內(nèi)可高效產(chǎn)出多樣設(shè)計(jì)方案，平均每個(gè)衍生模型構(gòu)建耗時(shí)僅1～2h，大幅壓縮設(shè)計(jì)周期，助力設(shè)計(jì)師在概念階段快速探索多元造型可能，加速設(shè)計(jì)決策進(jìn)程。

2.動(dòng)態(tài)修改的技術(shù)門檻差異

在汽車外造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)工具的選擇與應(yīng)用對(duì)于設(shè)計(jì)流程和團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率有著至關(guān)重要的影響。Subdivision建模支持多級(jí)細(xì)分編輯，設(shè)計(jì)師可在保持整體形態(tài)的前提下，對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行細(xì)節(jié)強(qiáng)化，修改操作符合直覺化交互習(xí)慣。而Nubrs建模的修改需遵循嚴(yán)格的曲面重建規(guī)則，例如調(diào)整某區(qū)域曲率時(shí)，常需同步修正相鄰曲面的邊界連續(xù)性，這種“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的特性導(dǎo)致非專業(yè)人員難以介入模型修改，限制了跨角色協(xié)作的可能性。

Blender作為一款主流的開源設(shè)計(jì)工具，以其強(qiáng)大且多元的功能特性，為汽車外造型設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的活力。Blender對(duì)Subdivision格式，如OBJ、FBX等，具備原生支持能力，這一特性為汽車設(shè)計(jì)師提供了極大的便利。當(dāng)設(shè)計(jì)師拿到Subdivision模型后，無(wú)需復(fù)雜的導(dǎo)入設(shè)置或額外的格式轉(zhuǎn)換步驟，便可直接在Blender中對(duì)模型進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整。以汽車前臉造型設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研獲取的消費(fèi)者喜好數(shù)據(jù)，或者自身對(duì)潮流趨勢(shì)的把握，直接在Blender中對(duì)Subdivision模型的網(wǎng)格頂點(diǎn)進(jìn)行推拉、旋轉(zhuǎn)等操作，快速改變前臉的線條走勢(shì)、進(jìn)氣格柵的形狀以及大燈的輪廓等，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)意的即時(shí)呈現(xiàn)。這種直接操作的方式，無(wú)需依賴專業(yè)模型師，讓設(shè)計(jì)師能夠充分發(fā)揮自身的創(chuàng)意，避免了溝通成本和時(shí)間成本的增加。

反觀Nubrs模型，常見的IGES、STEP等格式，由于其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，在Blender中編輯時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)曲面失真的情況。比如在對(duì)汽車車身側(cè)面的曲面進(jìn)行調(diào)整時(shí)，Nubrs模型可能會(huì)在接縫處出現(xiàn)光影不連續(xù)、表面起伏異常等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)師無(wú)法準(zhǔn)確地參與模型修改，只能以反饋的形式告知專業(yè)模型師進(jìn)行調(diào)整，從而形成了“模型師主導(dǎo)—設(shè)計(jì)師反饋”的單向協(xié)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(shè)計(jì)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(shù)壁壘。在實(shí)際的汽車外造型設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師可以與模型師實(shí)時(shí)溝通，在Blender中同步對(duì)Subdivision模型進(jìn)行修改。例如，當(dāng)設(shè)計(jì)師提出一種新的車身腰線設(shè)計(jì)方案時(shí)，模型師可以立即在Blender中配合設(shè)計(jì)師，對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)師也能即時(shí)看到調(diào)整后的效果，提出進(jìn)一步的優(yōu)化意見，實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計(jì)創(chuàng)意一模型構(gòu)建”的雙向?qū)崟r(shí)互動(dòng)。基于某主機(jī)廠的項(xiàng)目數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，這種協(xié)作模式將團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率提升了約 40% 。

此外，對(duì)于汽車設(shè)計(jì)師而言，Blender集成了畫圖、建模、渲染及動(dòng)畫等全流程設(shè)計(jì)工具，形成了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)汽車外造型時(shí)，設(shè)計(jì)師可以先在Blender中通過(guò)畫圖工具快速勾勒出概念草圖，接著利用對(duì)Subdivision模型的支持，將草圖轉(zhuǎn)化為三維模型并進(jìn)行建模。在建模過(guò)程中，還能實(shí)時(shí)利用渲染工具查看模型的光影效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整。如果需要展示汽車的動(dòng)態(tài)效果，動(dòng)畫工具也能輕松實(shí)現(xiàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程如圖3所示，在Blender中一氣呵成，避免了在不同軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的損失，比如模型精度的降低、紋理丟失等問(wèn)題，極大地加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程，為汽車外造型設(shè)計(jì)的高效開展提供了有力保障。

圖3Blender與Subdivision數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后差異性對(duì)比

對(duì)不同設(shè)計(jì)風(fēng)格的適應(yīng)性以及模型細(xì)節(jié)處理能力的差異性

1.直線條風(fēng)格和曲面圓潤(rùn)風(fēng)格

Nubrs建?；跀?shù)學(xué)方程的參數(shù)化曲面理論，能夠參數(shù)化精準(zhǔn)控制直線條的科技張力，通過(guò)控制頂點(diǎn)矩陣和節(jié)點(diǎn)矢量實(shí)現(xiàn)對(duì)直線、銳角及對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)的精確塑造。這種“數(shù)學(xué)化”建模邏輯具有三大核心優(yōu)勢(shì)。一是直線精度無(wú)偏差，可直接通過(guò)貝塞爾曲線公式生成絕對(duì)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(wǎng)格近似導(dǎo)致的視覺扭曲。例如在新能源車型的“極簡(jiǎn)科技風(fēng)”設(shè)計(jì)中，Nubrs能精準(zhǔn)呈現(xiàn)前格柵的平行直線陣列，強(qiáng)化視覺秩序感。

二是銳角轉(zhuǎn)折銳利清晰，通過(guò)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(wú)需依賴網(wǎng)格細(xì)分即可實(shí)現(xiàn)銳利棱線，契合“速度感”設(shè)計(jì)對(duì)“硬邊”特征的需求。某跑車的側(cè)裙導(dǎo)流板采用Nubrs建模，其 60^° 銳角棱線在高光反射中呈現(xiàn)清晰的光影分界，強(qiáng)化空氣動(dòng)力學(xué)的視覺暗示。

三是對(duì)稱結(jié)構(gòu)高效構(gòu)建，利用參數(shù)化曲面的鏡像復(fù)制功能，可快速完成左右對(duì)稱的直線條設(shè)計(jì)（如貫穿式尾燈輪廓），確保兩側(cè)線條曲率完全一致，符合科技風(fēng)格對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)化”“模塊化”的審美要求。

Subdivision建模：網(wǎng)格柔性編輯塑造有機(jī)形態(tài)的流動(dòng)韻律。Subdivision基于多邊形網(wǎng)格的遞歸細(xì)分算法，通過(guò)頂點(diǎn)權(quán)重調(diào)整和多級(jí)細(xì)分層級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)曲線、曲面的自由雕刻。其“類雕塑”的交互邏輯更適合表達(dá)三大設(shè)計(jì)特征。

1）曲線過(guò)渡自然流暢，通過(guò)推拉網(wǎng)格頂點(diǎn)或插入循環(huán)邊（LoopCut），可輕松創(chuàng)建如水滴般的漸消曲線（如車頂弧線、保險(xiǎn)杠導(dǎo)流曲面），避免Nubrs參數(shù)化調(diào)整中“控制點(diǎn)聯(lián)動(dòng)”的復(fù)雜性。例如在復(fù)古車型的圓潤(rùn)車身設(shè)計(jì)中，Subdivision能快速模擬金屬鈑金的手工鍛造質(zhì)感，曲線銜接處無(wú)明顯數(shù)學(xué)接縫。

2）非對(duì)稱形態(tài)靈活駕馭，對(duì)于仿生學(xué)設(shè)計(jì)中的有機(jī)結(jié)構(gòu)（如仿昆蟲復(fù)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(shè)計(jì)師無(wú)需拆解曲面分片，直接通過(guò)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(tài)金屬”風(fēng)格車身，其波浪狀曲面通過(guò)Subdivision網(wǎng)格變形實(shí)現(xiàn)，呈現(xiàn)自然流動(dòng)的視覺效果。

3）多曲率融合細(xì)膩平滑，在處理“圓潤(rùn)曲面 ⁺ 微小起伏”的復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)（如輪轂的曲面凹槽、后視鏡的氣動(dòng)導(dǎo)流鰭），Subdivision可通過(guò)局部細(xì)分層級(jí)增加網(wǎng)格密度，精準(zhǔn)控制毫米級(jí)的曲面變化，而Nubrs需依賴復(fù)雜的曲面縫合，易出現(xiàn)接縫處光影斷裂。

兩種建模方式對(duì)不同設(shè)計(jì)風(fēng)格的適應(yīng)性見表2。

2.模型分件的技術(shù)路徑差異

在汽車外飾分件設(shè)計(jì)（如車門把手）中，兩者細(xì)節(jié)對(duì)比如圖4所示。其中Subdivision建模分件邊界依賴網(wǎng)格切割操作，在處理復(fù)雜細(xì)節(jié)特征時(shí)需要手動(dòng)布線，會(huì)破環(huán)原有大面的基礎(chǔ)特征和光影表達(dá)，同時(shí)模型的面片數(shù)量呈幾何式增加。Nubrs建模中基于曲面邊界的參數(shù)化匹配，通過(guò)定義共享邊界曲線（SharedEdge）實(shí)現(xiàn)分件曲面的G1/G2連續(xù)，天然滿足工程裝配對(duì)邊界精度的要求，從源頭避免了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中的幾何失真問(wèn)題。

3.曲面細(xì)節(jié)的修剪方式對(duì)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(jìn)行修剪操作（見圖6）。

表2兩種建模方式對(duì)不同設(shè)計(jì)風(fēng)格的適應(yīng)性

圖4Nubrs與Subdivision處理門把手細(xì)節(jié)對(duì)比

圖5Subdivision修剪方式

圖6Nubrs修剪方式

兩種建模方式的應(yīng)用局限性分析

1.Subdivision建模的技術(shù)瓶頸

在汽車廠實(shí)際項(xiàng)目中，Subdivision建模存在明顯局限性。首先，在工程數(shù)據(jù)對(duì)接層面，Subdivision模型基于近似曲面表達(dá)，難以滿足汽車外飾A級(jí)曲面的嚴(yán)苛精度要求，在高光與斑馬線分析中易出現(xiàn)扭曲、撕裂等瑕疵，無(wú)法直接用于模具開發(fā)與生產(chǎn)制造；其次，在數(shù)據(jù)管理與修改方面，Subdivision模型的層級(jí)細(xì)分會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量快速膨脹，對(duì)硬件計(jì)算資源要求極高，復(fù)雜模型的修改效率較低，尤其在涉及整體形態(tài)調(diào)整時(shí)，需重新梳理網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，耗時(shí)耗力；最后，在團(tuán)隊(duì)協(xié)作與標(biāo)準(zhǔn)化流程上，Subdivision建模常依賴設(shè)計(jì)師個(gè)人操作經(jīng)驗(yàn)，缺乏統(tǒng)一的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)，難以與企業(yè)現(xiàn)有的CAD工程體系（如CATIA、UG）無(wú)縫銜接，導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中容易出現(xiàn)破面、曲面連續(xù)性丟失等問(wèn)題，影響項(xiàng)目進(jìn)度與質(zhì)量。

2.Nubrs建模的技術(shù)瓶頸

（1）形態(tài)創(chuàng)新的束縛嚴(yán)格的參數(shù)化曲面定義限制了自由形態(tài)的創(chuàng)作，對(duì)于非對(duì)稱有機(jī)形態(tài)（如仿生學(xué)設(shè)計(jì)元素），Nubrs建模需通過(guò)復(fù)雜的曲面拼接實(shí)現(xiàn)，耗時(shí)是Subdivision建模的3～5倍。

（2）修改效率低下當(dāng)設(shè)計(jì)方案需要大幅調(diào)整曲面形態(tài)時(shí)（如軸距變更導(dǎo)致的側(cè)圍曲面重構(gòu)），Nubrs建模需重新規(guī)劃曲面分片方案，而Subdivision建模僅需調(diào)整基礎(chǔ)網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置，修改效率差異顯著。

結(jié)語(yǔ)

本研究從技術(shù)原理、設(shè)計(jì)效率、對(duì)不同設(shè)計(jì)風(fēng)格的適應(yīng)性及應(yīng)用局限性四個(gè)維度，系統(tǒng)揭示了Subdivision與Nubrs建模在汽車外飾數(shù)字模型構(gòu)建中的差異性（見表1）。兩種技術(shù)的本質(zhì)分野在于“近似表達(dá)”與“精確表達(dá)”的路徑選擇：Subdivision通過(guò)靈活的網(wǎng)格編輯滿足創(chuàng)意設(shè)計(jì)的快速迭代需求，Nubrs通過(guò)數(shù)學(xué)精確性保障工程實(shí)現(xiàn)的曲面質(zhì)量。

未來(lái)可進(jìn)一步探索Subdivision與Nubrs的混合建模技術(shù)，例如在保持Nubrs工程精度的同時(shí)，引入Subdivision的交互式編輯特性，為汽車外飾設(shè)計(jì)提供更高效的技術(shù)解決方案。此外，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法對(duì)兩種建模流程進(jìn)行自動(dòng)化優(yōu)化，也是值得關(guān)注的研究方向。

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