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应用 Imagewarer 逆向工程软件完成产品A级曲面设计

在曲面造型领域中，A级曲面越来越受到关注。尤其是在汽车的车身设计中，A级曲面凭藉其高质量的视觉效果，已成为产品的竞争利器。当前，Imageware逆向工程软件的高质量曲面构建功能和质量分析功能使其在汽车车身A面构建中的使用越来越多。除了汽车工业外，许许多多其它行业的厂商在其产品的设计和生产过程中，也需要产生像A级曲面一样的曲面。因此，Imageware在A级曲面设计的表现，足以使设计流畅的产品外形工作变得更加轻松自如。

一、A级曲面的由来

A级曲面一词，最初是由法国达梭公司［Dassault］在开发CATIA这套设计软件时所提出并开始使用的，此一名词所指的是对於较高质量的曲面设计或是有特殊目的要求的曲面设计，口语化与简化的称呼。因此在一开始提出这样的词汇同时，亦有B级曲面与C级曲面。将曲面质量所表示的定义套用在最早导入与应用的汽车制造业中，分别表示：车身外观要求A级曲面水准；内部部件为B级曲面水准。但随著现代设计越来越重视美学，在内部部件中汽车内装件也将越来越多要求A级曲面质量。

二、A级曲面的设计规范

1.A级曲面的定义
A级曲面所表示的是最高质量的曲面，没有十分严谨的数学描述也没有十分严谨的观念定义，而这样的名称对於设计人员而言显得笼统没有依据，因此业界发展出一套可以接受的规范数据来定义A级曲面。就相邻曲面边界定义的条件是必须达到间隙距离在0.005公厘以下、切线角度改变在0.16度以下、曲率数值改变在0.005度以下的标准，符合这样标准的曲面才能确保环境光影的反射没有问题。再对曲面内部质量进行评估时，光影反射线的呈现应连续且过渡均匀，并且逐渐变化的扩展或收缩，没有曲率特徵的表现效果应与光影反射线的描述等同。我们从美学的观点来看，所谓的A级曲面，就是光线表现出平顺光滑流畅的视觉感受，避免凸起或凹陷的情形出现在不正常的位置上。这样的物理定义称之为G2连续。

.A级曲面的创建
在建构高质量曲面时，应该要以完整的形体来思维建构，先屏除各部份的零件分块，将整个产品外观造型视为由一组互相连续的曲面够成的外壳，在确保各曲面的状态达到A级曲面的条件下，再去思考产品的特徵细节。
在建构A级曲面时有些设计要领，曲面必须以四边形式创建，并且外型符合局部趋势，阶数与控制点须加以控制在较少数量，在曲面UV方向上均确保曲率连续性与及变化趋势的一致，曲面的连接须达到曲率连续状态，使用光影反射等数学检验方法时不能出现视觉上的瑕疵。

三、Imageware软件与特性

.Imageware抄数软件介绍

Imageware是著名的逆向工程软件，广泛应用於汽车、航空、运动产品、逆向工程、家电与消费性产品等领域。软件开发的目的是将专业的造型建构和创意思维推向广义的设计、逆向工程和潮流市场，其最终目标就是让设计、工程和制造的流程、速度和效率达到高水准的解决方案。允许工程师以参考数据为凭藉自由地建构，同时能够在3D环境下快速地分析和检测设计造形，能够满足设计师和工程师对自由曲面造型的严格的要求。

.Imageware逆向工程软件构建曲面的特点

Imageware逆向工程软件能够保证构建模型的精确、美观和曲面的顺滑。藉由多样的建构工具，用户可以利用点群、曲线或曲面创建自由造型外观的模型。即时动态辅助编辑系统则允许设计更改以交互的方式进行，并立即将设计所蕴涵的美学和工程信息视觉化。即时动态分析诊断系统的使用对於曲面质量提供了全面的分析，包括视觉分析和数学分析，大量减少产生错误判断的情形。这些功能可以判别曲面曲率和高光效果，以发现曲面瑕疵、偏差和缺陷。简单易用的连续性处理功能则保证曲面间的完美搭接。

四、Imageware逆向工程软件创建A级曲面的程序

1.点群数据规划

Imageware逆向工程软件能够去点群数据中的杂点，再将数据拼接成一个整体，然后对完整的点群数据进行规划。其中点群数据的分割是规划中的重要环节。如果数据本地划分得当，不仅曲面的建构会变得简单，A级曲面的质量也会有很大的提升。利用曲率分布分析是数据分割的一种常用方法，产品外观的特徵位置可以藉由曲率的变化加以判定。


▲图一  曲率分布分析

.建构曲面

创建曲面时，应尽量将点群数据分为多个四边形本地，并且保持适当的分割数量，这样有利於曲面的重建。在利用四边建面时，要设置适当的曲面条件，以避免曲面产生局部扭曲。然后一边增加取面阶数并调整曲面的控制点使其达到符合的精度要求与平顺程度。在构建过程中，如果对曲面控制点的数量与排列不满意，可以利用Specify Span功能来调整控制点的数量，同时可以选择控制点的排列方式。工程师可以利用断面线线与点群作误差比较，辅助曲面编辑，使曲面能够逼近点群数据。这个逼近的过程，可以有即时动态辅助编辑系统来观察。在调整控制点时，应先调整一个方向的控制点，使其贴近点群，之后再调整其它方向，同时打开即时动态分析诊断系统，帮助判断曲面质量。


▲图二  四边创建曲面

.曲面间的搭接

曲面创建后，对相邻的曲面必须进行搭接匹配处理。曲面之间的搭接曲面应满足连续性的条件。连续曲面的种类可以自己设置。在两个曲面进行搭接处理之前，必须确保搭接的曲面阶数相同，而且两曲面的特徵格线应分布在同一平面内，这样就会使搭接后的曲面不会产生扭曲变形。


▲图三  曲面间的搭接面创建

.曲面质量检查

曲面创建后，进行渲染打光作初步检查曲面质量。曲面曲率动态显示曲面U向和V向的曲率变化与可控制的显示曲率参数更改。然后检查一下各曲面倒圆角之后的连续性，连续性误差值完全在设计师拟定的A级曲面所要求的数据范围内。再用光影反射线呈现曲面的流畅造形，最终达到设计师的要求。Imageware 提供了诸如任意断面的连续性、曲面反射线情况、高光线、光谱图、曲率梳图和等多种检测工具，在曲面构建的任何时候都可以检查曲面的准确性、平顺度和连续性，作为判断和修改曲面提供依据。


▲图四  即时动态编辑系统_误差比较图


▲图五  即时动态分析系统_连续性比较


▲图六  即时动态分析系统_光影反射图


▲图七  即时动态分析系统_曲率梳分析图

、A级曲面设计案例

应用Imagewarer逆向工程软件完成某车局部车身外形曲面的构建，经分析检测并加以调整修正后使其符合A级曲面的标准。本例中需要注意以下几点：
1.在确保能够建构出符合实际工件尺寸造型的前提下，如果一些质量不好或是变形瑕疵的本地数据应将它去除或忽略。
2.在建构的过程中，要反覆使用Imageware逆向工程软件中即时动态分析诊断系统，来帮助我们从不同角度观察曲面反射光的反射情况。
3.观察整个产品不同曲面的实际曲率变化，以符合A级曲面的标准也必须考虑进去。


▲图八  A级曲面完成图

在当前的汽车制造相关行业中，造型设计A级曲面的意义及其应用，始终是众人关注的焦点。另外，也有越来越多消费性产品，随著美学与舒适性的要求日益提高，亦逐渐的为其产品外观造型质量，提升为A级曲面的水准。因此，我们可以明确的了解到A级曲面的设计工艺，在未来仍然是热门的显学。

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