基于计算机辅助工业设计的交通工具的曲线设计

程 远

(昆明理工大学艺术与传媒学院， 云南 昆明 650093)

0 前 言

计算机辅助工业设计，是在工业设计基础及计算机技术相结合形成的系统支持下，在工业设计领域内所进行的各种创造性的活动.计算机辅助设计有着很多的优势：其“无纸笔化”，便于复制、修改命令的操作特点，使得以前需要花费大量时间和精力的设计工作变得异常快捷、方便、易于使用[1].计算机辅助设计领域有着几款常用的软件,如solidworks,Painter,rhino，3DSMAX,ALIAS等等，这几种软件在三维建模及渲染方面都表现不俗，并且在各类软件之间可以实现数据互通，例如使用IGES等使得模型之间可以相互转换，并行操作.

1 计算机辅助工业设计的特点

图1 曲线命令在犀牛软件中的应用

计算机辅助工业设计具有“一站式”完成、开发周期短、产品质量精等特点，在交通工具设计中的应用尤其广泛.计算机辅助工业设计在工业设计、工程设计、广告策划等各个领域都发挥着举足轻重的作用.通过计算机软件可将三维模型以各种通用化的数据格式在工程设计、工业设计、广告宣传等场合进行相互转换.例如从rhino中制作出的三维模型，可以用IGES的格式导入至solidworks中，但在导入导出的过程当中难免会出现“破面”或面丢失的现象，这就需要在solidworks等软件中进行破面的修补，修补破面也是计算机辅助工业设计的一项重要功能.计算机辅助工业设计还可以将制作好的三维模型快速转化为实体模型，从而能够更快速准确地表达设计概念，并可掌握到产品设计的第一手数据.还可以将制作好的三维模型，通过3D max、photoshop 等软件进行再处理，以便用于广告宣传、市场策划等方面完成产品设计的整套流程，为设计带来效率与便利.计算机辅助工业设计具有以下优势：

(1)设计师之间的数据交流更加方便快捷.计算机网络的出现拉近了现代社会人与人之间的距离,设计者与委托方之间远距离交流更加便捷频繁,任何资料都可以通过互联网在第一时间与对方进行交流与修改.同时,网络上的资源特别丰富，设计师可以借助在网上共享的资源进行分工合作.

(2)整体设计程序变得更具灵活性和高效性.产品快速的三维建模、渲染以及立体设计的实现等等都可以通过计算机软件来实现,并且在造型、色彩、质感、肌理等方面都可以即时进行调整,使得设计任务变得更加简便、快捷，从而大大节省了设计师的时间.计算机辅助设计的内容都是通过数字化的形式进行交互的,复制粘贴命令之下没有任何数据损失.针对同一设计,各个设计师的资料都可共享,设计任务也可并行操作，大大提高了工作效率[2].

(3)产品开发周期缩短，设计成果更为真实可靠.产品开发周期的缩短使得设计师的工作效率大大提高，产品样机的制作时间也显著缩短.计算机设计所产生的立体感和质量感是以前的传统设计很难达到的，尤其是数字技术的迅速发展使虚拟现实成为可能,计算机虚拟现实技术可以产生虚拟的世界,人置身于真实的产品模拟使用环境中可以检验出产品各方面的性能.

(4)设计与样机制作能够很好的结合.通过运用先进的计算机辅助工程(CAE)，可以快速、准确、完美地将计算机三维模型生产加工成为三维实体，以便进一步研究其造型、形态、色彩、材料等优缺点，进一步完善其设计[3].

图2 曲线命令在交通工具设计中的应用

2 Rhino的曲线化命令在交通工具设计中的应用

Rhino是一款极具弹性及高精确度的模型建构工具，具有强大的建模功能，能够赋予模型以真实的材质和具有说服力的渲染效果图.在产品模型一经确认后，工程分析、结构分析、制造工程数据输出等剩余工作也可以在Rhino中一站式完成，大大缩短了开发周期，并且提高了产品的设计精度.同时，Rhino对系统的低要求及其强大的曲面建模的功能、优秀的曲面分析能力都使得设计人员爱不释手[4]，因此在现代交通工具的设计当中Rhino是非常适合的选择.

Rhino具有强大的Nurbs曲面建模能力，在汽车行业的设计与生产中该特点有着独到的优势，例如放样、挤压、单轨扫掠、双轨扫掠等操作命令都使得汽车设计变得更加快捷、方便.在人们的日常生活中，由于观念的改变和对于美的不断追求，从原来只追求使用功能的诉求逐渐演变为对于生活舒适性的高要求，这就要求客车的造型曲面更流畅，对曲面编辑要求的质量更高.因此，要把复杂多变的曲面设计因素完全溶入交通工具设计之中，赋予它灵动的感触，让人们看到会有生动而不呆板的感受，这就要求设计师们要不断去努力去挖掘其内部的核心技术，以实现其设计理想.一般的车辆曲面设计中至少都要求达到A级曲面的要求，这就使得Rhino模型在建模过程中对于曲面制作的精度水平要求更高[5].现代交通工具设计中很多时候需要借助Rhino来完成更高质量的二次曲线和复杂的曲面设计程序，借助其强大便捷的曲面操作工具来制作三维模型，产生非常好的曲面效果，以迎合人们对于审美的追求和对于舒适生活向往的要求.在造型面设计中Rhino更偏向二次曲线，将复杂的曲面分割成若干更小的组成部分，然后再提取规律参数进行重新建构，得到具有一定使用价值的三维虚拟模型，这样的操作程序使得现代设计变得更加合理、便捷，同时也使现代交通工具的设计形成了更加完整、先进的设计制造体系，以便日后的设计师能更好的利用已有的知识及管理体系进行规划和设计，如交通工具的结构设计、外观设计、材料选择、色彩设计等以及交通工具的技术体系、产品的工艺特点等都是该设计体系中必不可少的组成部分，也是当今交通工具设计师必备的系统知识[6].

例如轿车的外型设计，其外观设计更着重“高品质”、“稳定感”和“速度感”等外观效果，希望能够表现出强烈的“时代感”，可以通过采用相应的形态语言、色彩语言和材料语言来表达，并完成造型的最终方案创意.

在轿车的实际造型设计过程中，应注重强化以下的形象特征：(1)流线形的车头表现出“动感”；(2)稳重的车身表现出“可靠”；(3)饱满圆润、略带卡通化的造型风格表现出“时尚”；(4)活泼、鲜明的色彩设计表现出“先进”、“时尚”与“豪华”[7].

图3 汽车曲线设计的方案草图

在轿车曲面的计算机辅助设计过程中易产生的问题最突出的是在Rhino的曲面模型以IGES格式导入SolidWorks中，有时无法生成SolidWorks所认可的具有厚度的曲面，此时可以通过Rhino的Tools工具栏提高尺寸精度来解决这类问题.Rhino尺寸修改的精度最高可达0．000 000 01 mm，可有效的提高数据转换的成功率.另外，曲面模型在导人SolidWorks之后还可通过在特征树中选中曲面实体，在“输入诊断”对话框来修补曲面之间的问题.

在现代交通工具设计中，借助各类设计方法将曲面的概念引入设计之中，使交通工具设计具有“人性化”、操作起来更简便，乘坐更舒适等优点，这一趋势必然成为交通工具设计未来的发展方向.

3 结束语

现代设计更多的是关注人们对于生活的体验，一个好的设计既能满足视觉上的享受又能避免触觉上的冷漠感，增强人与产品之间的感情纽带，带给人内心一种非物质的情感化的享受.曲线设计突破了传统的固定思维模式，用语义的方式反映设计的价值，很好地弥补了产品外形设计上“无表情”的不足，使得人们能够更多地去体验生活、感悟生活、享受生活，还可以体现产品的生命力，带给人们自由、激进、运动的心理感受[8].

曲线设计表达出对于人性的关怀，与呆板机械的直线相比，柔和灵动的曲线更容易成为人们视线捕捉的对象，也可以很好的表达思想感情，是满足产品造型的有利手段.曲线设计元素还具有形态繁多、变化丰富等特点[9].

人们的生活水平越来越高，对于千篇一律的产品已经失去了以往的依赖感，逐渐开始追求个性化和自我存在的意识，这种趋势使得个人消费型产品激增，从而引发人们对于亲切的、温存的产品的追求，甚至有人把产品当作自己生活中“可爱的伙伴”，这些愿望直接影响到现实的设计观念，也使得设计师们开始重新思考设计的发展趋势，而曲线设计在视觉上、触觉上、心理上正好迎合了这种趋势.

曲面设计不仅可以给广大消费者带来视觉上的愉悦感，还可以提升产品的品质，使得设计的产品更加 “个性化”，体现出使用者的社会地位、文化修养、审美意识和个人的情趣.因此，现代计算机辅助设计正逐步向满足消费者需求的人性化设计方向发展，曲线的存在必不可少，为人们增添了更多的人情味和温暖的感觉.

参考文献

[1] 张 晋,陈德桂,张继强.电器产品三维造型设计的研究[J].低压电器,1998,(4):35.

[2] 刘永翔.产品设计实用基础[M].北京:化学工业出版社,2003：134.

[3] 康晓东.CAD技术(上)[J].机械工程师,1997,(6):54.

[4] 卢卓宇.NX软件在客车外型设计中的应用[J].装饰，2004，(12)：56-59.

[5] 张阿维,王会燃.计算机辅助工业设计的现状与发展[J].西北纺织工学院学报,1999,(3):311.

[6] 戈春阳，周一届. 基于Pro/E的等螺距供送螺杆计算机辅助设计的研究[J].包装工程，2007，(7)：82-84.

[7] 朱剑飞. 高架单轨旅游列车计算机辅助造型设计[J] . 电力机车与城轨车辆，2006，(20)：30-34.

[8] 鲁黎黎.浅析产品曲线设计的情感化[J].艺术审美，2009，(11):119.

[9] 严惠骏. Rhinoceros软件在客车造型设计中的应用[J] .客车技术与研究，2006，(6)：15-18.