论计算机辅助设计汽车造型技术

官福玉 武宝 尹伯睿 肇恒顺

摘要：随着社会经济的发展，人均收入日渐增长。人们在经济和生活质量的双重刺激向逐渐开始追求生活的品质。汽车，是人们出行的交通工具，目前随着人们生活水平的提升而开始得到广泛的普及。基本已经实现了多部分家庭的常规配备。汽车造型设计最初是进行手动进行的，随着计算机技术的广泛应用和功能逐渐强大而得以在汽车造型设计中的使用。本篇文章首先介绍了汽车造型设计中应用的几种计算机辅助技术，并阐述其在汽车设计流程中的作用，最后分析计算机辅助汽车造型设计的技术发展前景。

关键词：汽车造型;计算机辅助设计;应用

引言

汽车产业近年来在强大的市场体制和用户需求的刺激下得以快速的发展，我国的汽车制造业在技术上也逐渐发展成熟，越来越多的国产汽车产品得到了人们的青睐。而汽车造型设计主要是依据时代的流行趋势和人民大众对汽车造型的审美习惯以及艺术标准结合汽车某些方面节能降耗要求而进行汽车造型设计的过程。汽车造型设计目前主要依靠的是计算机软件辅助下得以实现的。在汽车制造成产的早期大多数设计多为手绘图纸，而随着计算机技术的发展和应用因其精准的数据参数设定和细致的线性绘图功能的逐渐得到汽车造型设计的应用。事实上，现阶段很多设计行业都在使用计算机辅助软件进行产品的设计，例如建筑工程结构设计、服装设计、工业设计、产品的外观设计等等方面都在应用计算机辅助技术。

一、汽车造型设计的重要性及我国设计开发现状

随着经济全球化进程的加快，世界汽车工业竞争日益加剧，汽车巨头们都在加紧新车型的设计开发。由于发动机、底盘设计制造技术基本成熟，新车竞争便主要体现在车身造型和电子设备的更新上。目前，在一款新车型的开发项目中，40%的设计师和工程师是在从事与车身相关的开发工作。车身与汽车电子已经成为目前汽车整车产品中最活跃的因素。造型能体现汽车外观特点，是汽车评价中最直观、最富有感染力的部分。好的造型对提高产品竞争力，反映企业文化有着重要意义。对于我国目前的情况来说，在车身造型设计方面，与国外有名的汽车制造公司和汽车设计公司存在较大的差距。在很长一段时间里，我们所谓的设计很大程度上是在摹仿人家成熟的车型，然后做一些适当的修改，真正意义上的自主开发是凤毛麟角。虽然国内的独立设计开发公司有几十家，但是真正完全具备了包括高级轿车在内的汽车整车设计开发能力，并达到国际水平的大公司却屈指可数。对于本土设计开发，合资技术中心做的比较好，原因在于国际汽车公司为其提供了全球技术资源共享和富有经验的技术专家，使其能够在较短的时间内提高研发能力，并形成了核心竞争力。

二、计算机软件在造型设计中的运用以及存在的问题

笔者比较赞同大量使用效果图来评价设计方案的好坏。“工欲善其事，必先利其器”，因此合理的选择软件，能有效而迅速地制作出大量效果图。随着计算机技术的发展，高效率的计算机辅助设计软件得到广泛应用，不仅大大提高了产品表现速度，还可以逼真地表现出产品的材料和色泽，通过变换不同的视角和不同的环境可以获得多种表现方案。市场上现有的三维软件很多，三维软件分为 2大类：艺术类和工程类，在建筑设计和工业设计领域，已经开始大量使用效果图来评价设计方案。也就是说在工程方案尚未确定前，通过制作三维模型的渲染效果图来表现设计方案。在效果图的制作中，3dsmax以其简洁的制作流程和强大的渲染能力成为主导软件，占据了大部分市场。在汽车设计中，设计者往往可以提出很多设计方案，如果把这些方案用平面手绘图和色彩效果图来表示，就不够真实，缺乏立体感;全部制成油泥模型，又会花费大量的时间和财力;如果用工程软件去做，由于工程软件的严谨性，需要大量的制作时间和精力，因此笔者建议使用艺术类软件，比如3dsmax具有快捷性和随意性，可以较快的生成三维数字模型并进行照片级的渲染，甚至可以导出STL文件在三维打印机上直接生成实物模型。因此，在汽车的概念设计中，选择艺术类软件相比工程类软件更为合适。艺术类软件和工程类软件都发展得比较成熟，但是两类软件之间缺乏沟通，因而在产品设计中存在着概念设计和工程设计2个阶段，这种情况对于提高产品的开发效率是极为不利的。之所以2类软件交流困难是因为艺术类软件普遍采用多边形网格算法，而工程软件使用的是 NURBS算法，2类算法截然不同。

三、关于几种汽车造型设计相关的计算机辅助设计软件

目前在设计领域当中较为流行和常用的软件包含了CAD设计软件、CAID计算机辅助设计以及CAS计算机辅助汽车造型设计软件。CAD是较为宽泛的设计制图软件，其应用的领域较广，包含了建筑工程项目设计、工业零部件设计、机械制造设计等等方面，能够满足多领域的设计需求。也是使用时间较长的计算机辅助软件。CAID计算机辅助设计软件就具有了一定的专业适用领域，其主要是应用在工业设计领域，算是较为新颖的计算机设计辅助，比较着重与对工业产品的造型设计，其设计流程、设计方法、设计精度和设计效率较之CAD有了很大程度上的提升和改良，算是CAD的升级版本。而CAS计算机辅助软件是專门用于汽车造型设计领域的计算机辅助设计，其具有极高的汽车设计数字化特点和能够满足多数汽车行业的特殊要求。汽车造型设计不但需要具备极高的稳定性考虑，还要结合一定的艺术美感和空间美学的融入。因此需要能够满足大众的眼光和审美观，还要能够起到独特性魅力的作用。此外还需要考虑汽车的材料属性和工程结构设计以及相关法律法规的规定等条件，还要包括车辆驾驶体验、视觉影像效果、嘉时速度等多方面的考虑。尤其是在行驶速度、行车平温度和是否增加油耗等方面更加需要重点考量。而目前在汽车造型领域当中较为流行的专业概念的计算机辅助工具要数-A面。其是在汽车设计采用CAS设计周后确定设计方案并根据方案数据全比例油泥模型进行逆向建模而成的数字模型构建辅助设计软件。而且能够针对一些工程的细节问题例如分缝线、制造细节问题进行优化和改善曲面质量，使汽车造型的曲面达到或超出制造要求。

四、现代汽车造型设计过程中对于计算机辅助设计软件的应用

任何一款新型汽车的开发和设计都极为复杂，需要考虑的因素众多，影响因素也十分复杂。通常设计一款新型汽车首先需要进行市场的车型定位，即定位消费人群，人群消费倾向、年龄特点、喜好倾向等方面的调查，然后是进行初期的市场调查定位分析，分析目前流行或人们大众偏好的风格或车型、功能等条件。其次是进行初期的车型草图绘制，初步建立模型效果图绘制，并进行多款车型的草图绘制以便提供筛选，在初步选定汽车造型后进行小比例的模型制作，再根据分析和要求进行反复的调整，在经过初期和反复的调整之后再进行全比例的汽车模型构建，然后根据实际的要求和修改意见进行再次的反复调整和修改，并建立多方位的特征截面图，最后设计出总的布置详图等。在计算机辅助技术未研发和普及的时代，汽车设计工作需要大量的设计人员和通过几轮的事物模型进行整体形态和细节部分的分析、推敲和慎重的判断，这些汽车设计的事物模型制造周期极为漫长，期间还要进行细节部分的随时调整，所涉及的人力和物力极为庞大。尤其是在新的市场需求建立之后传统的汽车设计开发流程根本无法满足市场要求，所有设计过程都需要重新建立，计算机辅助技术的应用极大的缩减了设计成本和时间成本，其也是时代发展所带来的益处。应用了计算机辅助设计之后的汽车造型设计流程简化了很多，首先是车型定位，然后是市场汽车元素和目标客户群体定位和偏好调查，其次是进行草图的绘制和效果图制作，其三是在经过效果图筛选后进行数字化建模方案和小比例油泥模型制作，然后经过数字化渲染、展示、细节研究、评审和全比例模型模型的制作。在进入后期的A面模型阶段之后再进行工程、制造的数据配合和市场满足和质保等要求的高质量曲面设计效果调查。这一整套流程当中最大的时间成本是模型的建造。与传统的设计验证过程相比其实物模型的建设都是在设计确定之后，传统的设计过程中还包含了法律法规的相关规定和实际验证、结构刚度试验，除去一些外饰件和内饰件以及发动机、地板等诸多零部件以外都要进行实物模型的制作。而有了CAS计算机辅助的加入后节省了大部分的实物建模时间，通过数字建模就能够实现多项实物模型的模拟试验，极大的节省了成本投入。而且也提高了设计研发汽车造型的精度和灵活性，也降低了设计时间和所涉及的人力资源消耗。

五、计算机辅助设计下的汽车产销之间的关系分析

CAS主要的应用优势是数字建模以及对设计的进准表达以及实物模型的精准构建。其在设计过程中能够根据大部分的市场定位和客户群体性倾向进行设计的准确风格定位，同时也能够在功能上加以强化和改善。并将设计时的设计理念和设计意图的高品质曲面数据进行完整的表达。在数据制作结束之后也能够通过渲染软件将模型制作成为具有实际效果的实时影像，再结合动画采取投影的形式将其直观的展现在人们的面前，最大程度上将汽车造型的所有优缺点展现给人们，以便于决策层和消费者们进行筛选和意见的提取。在工程制造方面。CAS的功能和模型数据也能够实现与其他设计研发工序的无缝对接。其所设计的模型数据都是采用的特定格式进行数据共享和发布的。并在PDM上产生位移的零件号和版本号，汽车制造工程部门会依据这些设计的准确数据进行信息提取，并结合其它的功能要求进行性能上的试验，例如安全、质保水平、电子电器功能、发动机性能配备等多方项的考量与分析之后再根據分析结果进行可行性分析、安全法规程度验证、流体力学研究和人际工程学分析等方面的考量。同样，计算机辅助软件在市场推广方面也独具优势，其能够直接将新车展现在消费者面前，并全方位、立体的展示，不会受到天气、场地因素的限制，其宣传推广成本也得到了大幅度的节省。

六、计算机辅助软件的未来发展趋势

从汽车造型设计角度来讲，未来设计辅助将会逐渐向智能化、更具真实感的虚拟现实化的方向发展，对汽车设计的概念也会逐渐更加深入的认知，对汽车造型设计的模拟也必将会达到更高的高度。届时，计算机辅助设计技术会实现更加自然的人机互动交流，设计方案也将更加具备创新性质。甚至实现高度的智能集成设计。汽车行业也必将在这一助力下实现产品设计的整体生命周期性的设计模式，将概念设计的结果集成为更具时代特征和功能特点的新概念方案。

七、结束语

随着专业性要求和设计标准的不断提升，很多计算机软件开始逐渐向专业化应用方向发展，汽车造型软件也不例外，其设计功能逐渐强大，而且所呈现的视觉效果也更加立体和直观。设计也更为精密和复杂。未来计算机辅助软件在汽车造型设计中必然会更加快捷和高质量的运用，且在功能上也会更加全面和强大。

参考文献：

[1] 赵晓宇：计算机辅助造型设计在汽车设计中的作用.时代汽车，2017年第10期.

[2] 宋为真：关于计算机辅助汽车造型技术的分析.通讯世界，2017年第11期.