使用CATIA三維手繪和數(shù)字油泥探索汽車造型設(shè)計(jì)

宇宙立方

自從汽車誕生一個(gè)世紀(jì)以來，其基本形式已經(jīng)趨于成熟，在汽車造型上取得優(yōu)勢(shì)，是世界上各大汽車企業(yè)提高銷量的重要途徑。而在汽車造型設(shè)計(jì)的周期中，汽車造型設(shè)計(jì)流程對(duì)于項(xiàng)目周期、項(xiàng)目管理、設(shè)計(jì)協(xié)同以及最終設(shè)計(jì)成果具有極其重要的影響。隨著電子技術(shù)的發(fā)展（即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，Computer Aided Design，CAD），汽車設(shè)計(jì)也不斷在發(fā)生著革命性的創(chuàng)新。

CATIA作為目前使用最為著名的CAD軟件之一，從航天產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到汽車產(chǎn)業(yè)，輔助汽車造型甚至給整個(gè)汽車行業(yè)帶來巨大影響。隨著法國(guó)達(dá)索公司（Dassault Systemes）于2013年推出CATIA V6版本，即 3DEXPERIENCE CATIA ，其中三維手繪Natural Sketch與數(shù)字油泥Imagine&Shape應(yīng)用更是給汽車造型設(shè)計(jì)帶來了新的思路。

在傳統(tǒng)汽車造型設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行多輪方案修改，通過大量的二維推敲探索，結(jié)合手工調(diào)整油泥模型，慢慢求解出合適的設(shè)計(jì)方案。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CAD）的快速發(fā)展及其在汽車設(shè)計(jì)流程中的引入標(biāo)志著傳統(tǒng)汽車造型設(shè)計(jì)流程開始向現(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)流程轉(zhuǎn)變。虛擬技術(shù)逐步進(jìn)入汽車造型設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，很大程度上縮短了汽車造型設(shè)計(jì)的周期，減少了設(shè)計(jì)人員的工作量和制作費(fèi)用，加強(qiáng)了設(shè)計(jì)人員及管理者之間的協(xié)作和溝通以及數(shù)據(jù)管理，最終也提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平，在各個(gè)環(huán)節(jié)的具體體現(xiàn)如下：

1.草圖和效果圖的數(shù)字化創(chuàng)作技術(shù)；

2.三維數(shù)字建模技術(shù)；

3.三維打印等快速原型制作；

4.逆向工程中A級(jí)曲面模型制作等。

在汽車設(shè)計(jì)創(chuàng)意構(gòu)思階段，很多創(chuàng)意設(shè)計(jì)師仍然習(xí)慣于使用最初的紙筆來進(jìn)行想法的快速表現(xiàn)，這主要是由于此階段所需要的快速出創(chuàng)意的要求和模糊的概念特征是計(jì)算機(jī)難以勝任的，在后期要表現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)就會(huì)體現(xiàn)出來；初步概念展現(xiàn)出以后，二維圖像處理軟件（例如最常使用的Photoshop）開始被用來表現(xiàn)概念方案，并且可以表現(xiàn)精細(xì)的部分，一些汽車設(shè)計(jì)師能在這一階段幾乎就能展現(xiàn)車輛的逼真的最終效果圖，當(dāng)然最終的形態(tài)、比例等在真實(shí)的三維空間中具體樣子并不一定符合效果圖中所展示的效果。

隨著CATIA Natural Sketch的應(yīng)用，三維手繪這一步驟逐漸滲透到汽車設(shè)計(jì)的前期探索環(huán)節(jié)中，而不僅限于造型基本確定之前，這樣就使得油泥模型師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師等其他角色盡快獲得造型的成果；然后使用CATIA數(shù)字油泥 Imagine&Shape模塊進(jìn)行數(shù)字油泥制作，在虛擬環(huán)境快速進(jìn)行多次造型方案迭代，并處理相當(dāng)部分工程問題，評(píng)審?fù)ㄟ^后，再進(jìn)入一步制作等比例油泥模型制作。

Natural Sketch可以讓創(chuàng)意設(shè)計(jì)師使用二維手繪線和路徑創(chuàng)建三維模型。旨在為創(chuàng)意設(shè)計(jì)師在使用繪圖板和筆時(shí)提供個(gè)性化的、像真實(shí)紙一樣的體驗(yàn)，它同樣支持鍵盤和鼠標(biāo)的操作。此模塊創(chuàng)建三維曲線的工作原理就是采用投影原理，在一個(gè)平面創(chuàng)建一條區(qū)先后切換到另一個(gè)平面，然后再次創(chuàng)建曲線，通過極端兩條曲線在空間中的投影相交得到三維曲線。NTS的優(yōu)勢(shì)就是在三維空間中探索造型，更前期的思維創(chuàng)意可以在其它平臺(tái)上完成，它填補(bǔ)了計(jì)算機(jī)輔助軟件的空白區(qū)域，而不是為了代替其它二維繪圖軟件的存在。

CATIA三維手繪完善了CATIA的創(chuàng)意設(shè)計(jì)解決方案，使得完整的工業(yè)設(shè)計(jì)的工作流程都能在統(tǒng)一的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，從構(gòu)思和概念到細(xì)化和設(shè)計(jì)驗(yàn)證，從第一張草圖到最后的生產(chǎn)準(zhǔn)備的3D產(chǎn)品。

在3D環(huán)境中繪制草圖像在紙上草繪一樣真實(shí)，CATIA自然草圖繪制帶來了革命性的逼真的創(chuàng)意體驗(yàn)，與設(shè)計(jì)師的需求相匹配。它消除了人們對(duì)3D創(chuàng)作的情緒障礙，使設(shè)計(jì)人員能夠完全專注于創(chuàng)意和設(shè)計(jì)意圖，而不是如何使用技術(shù)。

Imagine&Shape的技術(shù)原理是細(xì)分曲面技術(shù)（Subdivision），這是一種基于NURBS曲面建模原理并添加細(xì)分算法的一種建模方式，保留NURBS曲面精確的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)使曲面易于編輯和修改調(diào)整，尤其適合前期造型探討時(shí)不斷修改方案的情況。

創(chuàng)意設(shè)計(jì)師承接三維手繪的概念方案，在此基礎(chǔ)上使用Imagine&Shape進(jìn)行概念模型的構(gòu)筑，Imagine&Shape由于其操作簡(jiǎn)單方便，類似油泥制作模型，創(chuàng)意設(shè)計(jì)師和數(shù)字設(shè)計(jì)師都能勝任，也便于創(chuàng)意設(shè)計(jì)師利用此工具輔助造型生成以及對(duì)自己方案的優(yōu)化，幫助設(shè)計(jì)師簡(jiǎn)單快速地將概念方案或者草圖變成三維的空間曲面。

另外Imagine&Shape的數(shù)據(jù)可直接用于油泥加工，也可輸出為stl格式用于3D打印，便于方案實(shí)體化進(jìn)行評(píng)審，節(jié)省時(shí)間與資源。

使用數(shù)字油泥Imagine&Shape建模，值得注意的是：

1. CATIA中的細(xì)分曲面是精確的曲面（貝塞爾或者NURBS曲線，而不是多邊形模擬曲面），這些曲面之間自動(dòng)為G2連續(xù)，達(dá)到所需的美學(xué)外觀；

2. 由于形體的構(gòu)成方法是自由的，它十分擅長(zhǎng)描述復(fù)雜、有機(jī)的幾何形體，且十分便于進(jìn)行設(shè)計(jì)更改。

根據(jù)以上對(duì)傳統(tǒng)和現(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)流程的分析并結(jié)合三維手繪和數(shù)字油泥的特性，可以對(duì)目前汽車造型設(shè)計(jì)流程做出如下改進(jìn)：

在共同的項(xiàng)目協(xié)作空間中，首先制作總體項(xiàng)目規(guī)劃，明確各部門及人員的角色和任務(wù)分工，在以后各自的工作進(jìn)度也可以在工作平臺(tái)中共享。由得到的市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)、公司總體發(fā)展策略和工程初步需求，創(chuàng)意設(shè)計(jì)師開始根據(jù)得到的主題意象進(jìn)行二維手繪繪制或者直接在工作空間上用三維手繪進(jìn)行創(chuàng)意構(gòu)思；這一階段所得到的成果可直接被數(shù)字設(shè)計(jì)師利用，使用數(shù)字油泥建?？焖僦谱髂Ｐ停蝗缓罂梢岳萌S打印或者虛擬現(xiàn)實(shí)驗(yàn)證，多次修改評(píng)審后進(jìn)入逆向工程階段；

在整個(gè)流程中，各環(huán)節(jié)間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以構(gòu)建相應(yīng)關(guān)聯(lián)關(guān)系，一旦方案中某些特征進(jìn)行了修改，其他設(shè)計(jì)者角色的數(shù)據(jù)也會(huì)隨之更新。決策者的介入貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)流程，他們的方案評(píng)審不再僅限于最終的設(shè)計(jì)結(jié)果。后續(xù)工程部門的工作不再僅能在設(shè)計(jì)工作結(jié)束之后開始，而是可以根據(jù)曲面設(shè)計(jì)甚至是手繪設(shè)計(jì)階段就開始準(zhǔn)備。

http://static.youku.com/v20170518.0/v/swf/upsplayer/loader.swf?VideoIDS=XMjY5NzY3NTg3Ng%3D%3D&embedid=MTAuNzYuMjUwLjYCNjc0NDE4OTY5AgI%3D&wd=&winType=BDskin&cna=NNoeEt5I9S8CATstcwNCVnPV&partnerid=0edbfd2e4fc91b72&vext=pid%253D0edbfd2e4fc91b72%2526emb%253DMTAuNzYuMjUwLjYCNjc0NDE4OTY5AgI%253D%2526bc%253D%2526cna%253DNNoeEt5I9S8CATstcwNCVnPV%2526vvlogext%253Dpc_i%25253D1506078255334Nfv%252526pc_u%25253D-%252526rvpvid%25253D-%252526rycid%25253D-%252526yvft%25253D1506086706558%252526vsidc%25253D1%252526seid%25253D1506147485647bmA%252526vstp%25253D6%252526svstp%25253D1%2526type%253D0%2526embsig%253D1_1506147485_06be63204ab7564ed0e47eda807b70f6

從三維手繪出發(fā)的全三維設(shè)計(jì)環(huán)境。創(chuàng)意設(shè)計(jì)師可以自由地通過三維曲線的形式表達(dá)他們的想法，再通過數(shù)字油泥進(jìn)行快速設(shè)計(jì)方案迭代。這樣設(shè)計(jì)師能夠快速感受方案的在三維空間的實(shí)際效果，進(jìn)行各個(gè)視角的驗(yàn)證，盡可能的避免由于過于夸張的藝術(shù)表現(xiàn)效果帶來的難以解讀造型本身特點(diǎn)的負(fù)面影響。創(chuàng)意設(shè)計(jì)師所繪制的想法的三維數(shù)據(jù)不僅能提高數(shù)模師的工作效率，還能用于以后任何評(píng)審、制造、驗(yàn)證等各個(gè)階段，設(shè)計(jì)意圖在整個(gè)流程得以保留。

無敵老大

贊一個(gè)

所羅門_x

厲害，這軟件看著不夠高端，像似2d軟件，我們公司設(shè)計(jì)在用，可惜我不會(huì)，沒想到功能這么強(qiáng)悍

daretobe

厲害了，老鐵

曹佳浩

建模方面，就前期構(gòu)思，CATIA沒得說

只有快樂

老鐵， 666

王成_svZ8m

66666

延陵

厲害