啤酒瓶全自動(dòng)裝箱機(jī)設(shè)計(jì)含7張CAD圖,啤酒瓶,全自動(dòng),裝箱,設(shè)計(jì),cad 草圖中CAD模型的發(fā)展：汽車應(yīng)用方面專題研究 摘要：今天的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅僅要考慮他們的功能需求，還要考慮到美感問題。在汽車制造業(yè)，class-A曲面成為了外觀設(shè)計(jì)過程中的一大重要部分。Class-A曲面是連續(xù)曲度的自由形態(tài)表面。設(shè)計(jì)所有組成部分或系統(tǒng)的過程，是通過引起實(shí)際上描述的產(chǎn)品的形式、作用和適合的概念開始。概念草圖幫助設(shè)計(jì)師迅速和容易地到達(dá)一個(gè)令人滿意的能為詳細(xì)設(shè)計(jì)所指定的階段。這些概念草圖可以為對(duì)曲線和曲面的數(shù)字式構(gòu)思設(shè)計(jì)和分析的發(fā)展所使用。例如Alias等的軟件可以被用于汽車外觀的設(shè)計(jì)。本文介紹了一個(gè)從手工繪制概念圖到Class-A曲面形成的系統(tǒng)方法。這些圖象的處理我們用CATIA V5追蹤者模塊。 設(shè)計(jì)師能使用不增加任何特別硬件的CATIA V5軟件追蹤模塊來參考使用數(shù)字式草圖。然后，試圖改進(jìn)這些曲面的美感。這個(gè)方法能用來改進(jìn)CATIA V5用戶的設(shè)計(jì)實(shí)踐和技能。 關(guān)鍵詞： 概念草圖，黏土塑造，Class-A曲面，反射線 一．介紹 產(chǎn)品外觀為產(chǎn)品本身帶來了視覺沖擊。因?yàn)?，外觀是無需改變產(chǎn)品技術(shù)表現(xiàn)而增加了價(jià)值的一個(gè)重要方式。 當(dāng)新產(chǎn)品質(zhì)量相差不大的時(shí)候，外觀就因此成為了吸引消費(fèi)者的一個(gè)十分重要的因素。外觀的設(shè)計(jì)觀念并不是一成不變的，而是新鮮的，令人興奮的。開發(fā)設(shè)計(jì)新的外觀花樣為顧客提供了視覺上的沖擊。如今，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不但要考慮到其功能的使用，而且還應(yīng)特別考慮它帶給人的視覺上的美感，以促進(jìn)人們對(duì)其的購(gòu)買欲。這就是Class-A曲面變得越來越重要的原因。Class-A曲面給我們帶來美觀形狀和高質(zhì)量表面的自由形態(tài)曲面。 在汽車制造業(yè)，現(xiàn)有的產(chǎn)品經(jīng)常改變其款式，因?yàn)橄啾犬a(chǎn)品自身的演變，工程師們更加喜歡對(duì)其進(jìn)行完整的重新設(shè)計(jì)。用戶的反映和建議，市場(chǎng)的方針都將影響產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)作的改變。然而，產(chǎn)品的修改總是比重新開發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品要便宜得多。 為了提高模型的視覺沖擊，一輛傳統(tǒng)汽車的發(fā)展中必將包含很多手工繪制草圖的發(fā)展。這些草圖，一些被選擇并制作成以1：10縮小的粘土模型。當(dāng)一個(gè)按一定比例制作的粘土模型完成后，通過三維掃描器進(jìn)行掃描。之后，一個(gè)1：1制作的模型被開發(fā)出來了。在這個(gè)階段，所有的改變都需要很長(zhǎng)的時(shí)間。傳統(tǒng)方法和計(jì)算機(jī)輔助制圖設(shè)計(jì)出的外觀的概念草圖的比較可參見圖1。 這項(xiàng)工作的主要在于運(yùn)用CATIA V5軟件完善CAD模型的表面曲線度。試圖比較經(jīng)過和未經(jīng)過檢查的表面曲度連續(xù)性的外觀美感度。我們發(fā)現(xiàn)，盡管兩者運(yùn)用同一款軟件，但是仍然很難辨識(shí)出表面有間斷的表面。CATIA V5用戶采用這種程序來提高他們的創(chuàng)新。藝術(shù)家繪制的草圖被運(yùn)用在了這個(gè)程序中。這看來是一個(gè)新穎的方式。以過去的經(jīng)驗(yàn)作者發(fā)現(xiàn)CATIA V5的兼容性對(duì)表面檢查有一定的限定。 二．文獻(xiàn)歷史 很多文獻(xiàn)有很多關(guān)于產(chǎn)業(yè)實(shí)踐和表面修復(fù)技術(shù)的調(diào)查研究。 托維[1]討論過汽車的草圖和概念設(shè)計(jì)。汽車設(shè)計(jì)者運(yùn)用草圖來支持他的第二階段的構(gòu)思設(shè)計(jì)和發(fā)展。運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，即CAD來設(shè)計(jì)正逐步體現(xiàn)出它的重要性。 托維[2]還曾描述過，示意圖映射作為工具與常規(guī)從模型映射相比較更具有局限性。同時(shí)，他也給出了一個(gè)摘要，描述從示意圖到直接的模型的發(fā)展。這個(gè)概念設(shè)計(jì)方法同樣也被討論。 SuBneretal.[3]曾討論運(yùn)用鏡面反射來調(diào)整汽車的表面的質(zhì)量。一個(gè)有著非常真實(shí)的外形的模型被安放在一間照射著平行光線的屋子里。這些光線的反射就是非常好的測(cè)量表面質(zhì)量的工具。即如測(cè)量表面的間斷曲率和形狀的特性等等。 哈根[4]介紹表面檢查的細(xì)部測(cè)量方法。三圓法被用來測(cè)量凸出。焦曲面是一種新的測(cè)量自由形態(tài)的曲面和外形的工具，是在把資料傳輸給電腦數(shù)值控制機(jī)器前分析表面質(zhì)量的一些特殊線的集合。 哈曼[5]給出了一個(gè)檢查表面的概括方法，其中包括反射光線，等幅透線，彎曲塊，加亮光線和等值線。這些工具大體都是用在電腦圖像上和在CAD上分析自由形態(tài)曲面。 哲賽爾[6]說等輻透線和反射光線是兩種不同的檢測(cè)表面的工具。等輻透線經(jīng)常用來識(shí)別曲面間的連貫性，而反射光線則經(jīng)常用來測(cè)量表面的質(zhì)量。 莫納[7]討論了運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件來減少間斷時(shí)間和傳達(dá)花費(fèi)時(shí)間的發(fā)展過程。虛擬現(xiàn)實(shí)能夠幫助改變實(shí)現(xiàn)從手工方式到數(shù)字環(huán)境下的初步概念草圖的繪制方法。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)師能夠以一種更好的方式以數(shù)字化形象出新的花樣。 拜隴[8]解釋了從傳統(tǒng)花樣方式到以CAD為基礎(chǔ)的花樣方式的革新的需要，以及演說了按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)花樣的方法的困難之處。 三．車型的花樣 對(duì)汽車外形的研究是因?yàn)閷?duì)于消費(fèi)者，車型的設(shè)計(jì)給與了他第一印象。在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中，不僅僅是要有一個(gè)完美的設(shè)計(jì)，至關(guān)緊要的是在制造汽車時(shí)要讓這個(gè)完美的設(shè)計(jì)方針正確的實(shí)現(xiàn)。 傳統(tǒng)汽車制作發(fā)展過程中的一個(gè)不好之處就是時(shí)間帶來的變化和制作出的新產(chǎn)品的泥塑模型起不了什么作用。因?yàn)樽鳛楦拍钅Ｐ椭皇悄軌蛑庇^的看出最終的設(shè)計(jì)方案。然而要想改變這個(gè)最終模型是比較困難的。 如圖2所示，解釋了如何基于CAD運(yùn)用CATIA V5來設(shè)計(jì)汽車外形的一個(gè)方法，以及每一步的程序。 3.1 概念草圖的輸入 草圖就是概念的發(fā)展的輸入。概念草圖幫助設(shè)計(jì)師快速并且簡(jiǎn)單的達(dá)到一個(gè)令人滿意的能成為詳細(xì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)階段。草圖被輸入進(jìn)CATIA V5追蹤者模塊。他們依次排列，比如說汽車的正視圖取決于前面。同樣的，汽車的所有視圖都對(duì)應(yīng)著一個(gè)面。所謂的草圖就是由這些視圖組成的一個(gè)長(zhǎng)方形，模型就放在里面。圖3展示了運(yùn)用了手工準(zhǔn)備的概念草圖的掃描圖像輸入CAITA V5中。 3.2 曲線的追蹤與轉(zhuǎn)化 在草圖上挑選和畫出曲線，經(jīng)由這些曲線描繪出兩張草圖。所有的曲線都將取決于草圖上相應(yīng)的面。在描繪曲線時(shí)，交集法被用于產(chǎn)生曲線，所有的曲線都延伸或分割以便最終形成留下的曲線都是必需的。 在所有的這三張圖中，如果三張草圖中表示同一條曲線，在一張視圖上就會(huì)被分割成一些點(diǎn)，另外兩張視圖上提及的相應(yīng)點(diǎn)就會(huì)被轉(zhuǎn)換。 如圖4所示，一組曲線的產(chǎn)生使得勾勒出了一個(gè)個(gè)相應(yīng)的面，這些面又組成了一張草圖。 3.3 曲線分析檢查 好的曲線能夠讓最終繪制出好的曲面。因此，在繪制出表面前，要先好好的分析曲線的質(zhì)量。運(yùn)用CATIA V5曲線分析能夠檢查曲線間的平滑的連接度。假如曲率變化平滑那么這些曲線將會(huì)形成光滑的曲面。但是，假如它不平滑，控制點(diǎn)描繪出的曲線將會(huì)被轉(zhuǎn)化，于是曲率也將平滑的改變。圖5描繪了曲率的不規(guī)律變化。圖6則顯示了曲率的平滑變化。每一個(gè)彎曲部分都展示了曲率的范圍的最大化的變化。當(dāng)很多的小點(diǎn)慢慢變小，這就顯示了曲線上的平坦區(qū)域。這些點(diǎn)必需很平坦，否則，這些曲線就會(huì)出現(xiàn)頂點(diǎn)或者谷點(diǎn)。這也用在分析曲線間的連貫性。曲率的連貫性十分的重要，它將使的整個(gè)曲面沒有平面。 3.4 表面的產(chǎn)生與變化 曲線結(jié)合成面，這些面組合成了整個(gè)大表面。圖7展示了用CATIA V5制作出來的概念模型。因?yàn)楦淖兞嘶ㄊ?，被描繪成特殊部分汽車的表面，（例如，車篷和車頂就被分割成了不同的部分），被分開放置在車身。 圖8和圖9展示了一些在研究中產(chǎn)生的不同外形。 3.5 曲面檢測(cè) 為了達(dá)到A等級(jí)的表面質(zhì)量，一定要進(jìn)行曲面檢測(cè)。等輻透線和反射光線是兩種最常用的曲面檢測(cè)的工具。等輻透線用來識(shí)別兩個(gè)面之間的間斷處。當(dāng)光線從表面反射回來，加亮的地方通常反應(yīng)了曲面的形狀或形態(tài)。這些反射光線告知了用戶哪里是曲率的分割處。這些反射線有個(gè)共同點(diǎn)就是本質(zhì)反映，流線型，均勻。它被用來識(shí)別曲率的分?jǐn)嗵幒筒檎仪娴陌紨嗵?。曲率分?jǐn)嗵幱貌贿B續(xù)的高亮區(qū)域表示。圖10所示為模型上的等幅透線分布。高亮區(qū)域集中處反映了凹斷處。圖11，在曲面凹斷處的等輻透線的分布情況。而反射光線經(jīng)常被用來測(cè)量曲面質(zhì)量。當(dāng)進(jìn)行反射時(shí)，會(huì)有一系列的平行線出像在曲面的光照平面上。圖12所示了汽車表面上的反射線區(qū)域。 3.6 演示 模型演示是為了更好更清楚的呈現(xiàn)模型的外表。現(xiàn)實(shí)中的模型主要是為了使使消費(fèi)者更加喜歡賞識(shí)我們的最終模型。一個(gè)VA環(huán)境用來清楚地呈現(xiàn)和現(xiàn)實(shí)演示。圖13為由CATIA V5制作出的模型演示。 四．結(jié)論 這篇論文試圖提供一個(gè)運(yùn)用CATIA V5軟件輔助設(shè)計(jì)手工準(zhǔn)備概念草圖的系統(tǒng)方法。它亦檢測(cè)揭露兩個(gè)曲面間確實(shí)存在間斷。如果按照慣例設(shè)計(jì)表面時(shí)，曲率的連續(xù)性并不盡人意，那么表面將有間斷處，美感也將需要進(jìn)一步提高。對(duì)于需要Class-A表面的設(shè)計(jì)發(fā)展來說這是一個(gè)有用的好方法。CATIA V5的用戶能夠在他們的時(shí)間中實(shí)現(xiàn)一些技術(shù)，而不需要增加什么貴重的硬件。 參考文獻(xiàn) [1] Tovey, M. J., Newman, R. M., and Porter, S. Sketching, concept development and automotive design. Des.Stud.,2003, 24, 135–153. [2] Tovey, M. J. Concept designs CAD for the automotive Industry. J. Engng Des., 2002, 13, 5–13. [3] Subner, G., Greiner, G., and Augustiniack, S.Interactive examination of surface quality on car bodies. Computer Aided Des., 2004, 36, 425–436. [4] Hagen, H., Hahmann, S., Schreiber, T., Nakajima, Y.,Wordenweber, B., and Hollemann-Grundstedt, P.Surface interrogation algorithms. IEEE Computer Graphics Applic., 1992, 12(5), 53–60. [5] Hahmann, S. Visualization techniques for surface analysis. In Advanced visualization techniques (Ed.C. Bajaj), 1999, pp. 1–26 (John Wiley, New York). [6] Theisel, H. Are isophotes and reflection lines the same? Computer Aided Geometric Des., 2001, 18,711–722. [7] Monacelli, G. VR applications for reducing time and cost of vehicle development process. In Proceedings of the Eighth International Conference ATA on Vehicle Architectures: Products, Processes and Future Developments, Florence, Italy, May 2003 (Eurographics Association, Switzerland). [8] Barone, M. The process improvement impact on the styling workflow of an industrial design company. In Proceedings of the EUROGRAPHICS Workshop on Sketch-Based Interfaces and Modeling, 2004.