1 概述
随着计算机技术的不断深入应用和人们需求与审美观的不断变更，汽车产业界需要努力缩短产品生命周期，不断推陈出新。然而传统的预定开发模式费时、费力，生 产周期长，成本高昂，不能适应对产品的快速修改、个性多样的特点，另外，产品的客户需求个性化，也使得传统设计方法难担重任，很难直接通过数学模型来建立 其结构。在这样的背景下，逆向工程应运而生。逆向工程是产品设计领域的一门关键技术，是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸或数 字模型)的过程。
逆向工程的关键技术之一是以还原原始设计参数为目的的反求设计技术，从工程技术角度看，可分为实物反求、软件反求和影像反求三类，是一种产品设计的新方 法。本文将依据平面设计的新颖车型资料(而不是依据由三坐标测量机或者激光扫描仪测出的坐标点云)，采用CATIA曲面造型技术进行汽车三维数模重建，为 开展产品并行设计奠定基础，简化了设计过程，缩短开发周期。
2 CATIA主要曲面造型方法
CATIA是由法国Dassault公司开发的一款高档的大型CAD/CAM软件，其方便的操作和强大的曲面设计功能而在飞机、汽车等设计领域复杂曲面造 型设计中广泛应用。CATIA曲面造型技术主要有规则曲面造型和复杂曲面造型两种。规则曲面造型，如锥面、管面、球面等由旋转、拉伸等方式生成，相对简 单；复杂曲面的造型设计是产品设计中的难点和重点。
CATIA软件中复杂曲面造型即SURF2、FREEFROMDESIGN、PATCH、NET等功能提供了十几种曲面造型方法，根据其曲面构造的方式，分为以下几类：
(1)扫描曲面：发生线沿“脊线”运动扫过形成的曲面；
(2)截面驱动曲面：控制各截面形状/面积，按“脊线”运动形成曲面；
(3)连接曲面：以确定的控制线对两个曲面倒圆形成的曲面；
(4)填充曲面：在已有的曲面围成的区域的空白处填充形成的曲面；
(5)网格曲面：在一系列纵横交错的曲线逼近形成的曲面；
(6)规律描述曲面：对构成曲面的某一特征量如角度、半径、面积等按定义的规律变化形成的曲面；
(7)步尔运算曲面：对几个曲面的布尔运算形成的曲面。
3 曲面造型设计流程
设计者一般从线型设计开始生成线框模型，再将光顺好的线框模型转化为曲面模型。CATIA曲面造型设计流程一般包括5个步骤，即
(1)零部分析和曲面分解；
(2)选择造型方法，进行独立曲面的造型设计；
(3)独立曲面质量评价；
(4)曲面组合，形成整体曲面；
(5)整体曲面评价。
汽车工业发展到今天，各大汽车公司为了树立自己的品牌形象，已愈来愈重视汽车造型所起的作用，造型已成为汽车产品竞争的最有力的手段之一。汽车产品设计中 很大部分零件是由一系列复杂的空间曲面构成的。汽车外观给人的感觉要流线流畅，反光规则，质地柔美。因此车身曲面的质量对车辆的档次起着至关重要的作用， 汽车外壳的曲面造型要有很高的要求。
4 汽车外壳曲面造型实例
结合上文的曲面造型设计流程以及某型汽车的平面设计外形图，本文反求设计了该车的外壳曲面造型。图1是某型汽车平面设计师的创意，图形文件格式为JPEG。
使用CATIA软件的草图跟踪模块，在确定车身坐标原点后，根据产品样本上的汽车跨距、整车尺寸在3D视窗中引入实际车身大小外形草图图像，作为构建车身三维几何模型的基础。
4.2 分解曲面
分解曲面是依据现有参数化曲面理论和应用软件曲面造型方法，结合产品的外形情况，把复杂的轮廓不规则的三维曲面构成的汽车车身划分为多个比较简单、容易处理的曲面块，保证曲面质量要求进行拼接和缝合，或用过渡面连结，最终完成汽车车身设计，实现车身的整体造型。
对汽车车身可按如下的曲面分块原则：
1)首先考虑到为方便快捷的对曲线、曲面造型，把能一次造型完成的曲面块尽量放到一起，尽量减少分块。
2)所有曲面都定义在四边形域上，杜绝异形曲面。
3)要与现有的CAD软件的造型功能和编辑功能相适应，要便于CAD软件的应用。
根据以上的曲面分块技术可以把一个复杂汽车车身划分为几大曲面块：发动机罩、前风窗、顶盖、后风窗、后备箱盖、左侧玻璃窗、右侧玻璃窗、左侧边板、右侧边板、和尾板。
4.3 车身各独立曲面造型
曲面是在曲线的基础上生成的，首先使用CATIA软件的自由曲面模块，以轮廓线为外部参考，提取曲面建模所需要的特征曲线。生成正确的空间曲线是获得曲面 边界、生成三维曲面的基础，也是造型工作中的关键，对曲面的光顺有着决定性的影响。然后在CATIA软件的GSD模块中，使用拉伸、扫描、填充、蒙皮等曲 面创建方法，依次创建各个独立曲面造型。在两张曲面之间生成第三张过渡曲面也是车身设计中常用的功能。由于这些过渡面的圆角较小，形状狭长，精确测量是极 其困难的，在造型时不将它作为主曲面处理，不需要作出两曲面的理论交线，而是在拟合好两张主曲面后自动生成过渡面，并且保证与主曲面之间的一阶连续就可以 了。对生成的单个曲面进行简单的上光着色检查，确认生成的曲面平滑、无扭曲变形。
4.4 形成车身整体曲面
对车身表面分块造型后，将各部分装配到一起，然后先进行车身各部分曲线的缝合，再进行曲面的缝合。为了使曲面间能做到二阶连续，对一些区域要进行必要的细化处理使之过渡自然、流畅、美观，以达到和谐的造型效果。最后创建的汽车造型曲面如图2。
4.5 车身曲面品质评价
曲面质量对汽车的外覆盖件很重要，表面上细微的缺陷都会在喷漆后引起光的
漫反射，有损外观。光顺的独立曲面连接并不能保证一定能生成光顺的整体曲面，因而对车身全部曲面生成且拼接后，要对整体曲面进行评价。
A级曲面高亮分析是CATIA环境下
曲面品质检测的重要方法。A级曲面高亮分析通过黑白相间的条纹，可显示曲面法向与指定方向的角度，进而分析曲面的质量。对最后的汽车车身造型曲面进行A级曲面高亮分析如图3所示。
车身曲面造型完成以后，可用彩色打印机输出彩色造型效果图，也可用大屏幕投影设备在大屏幕上显示，还可以利用环境贴图和打光，将对象与环境和照明一同显示，充分表现其3D效果。
客服王老师
