使用CATIA三维手绘和数字油泥探索汽车造型设计

寂静回声

自从汽车诞生一个世纪以来，其基本形式已经趋于成熟，在汽车造型上取得优势，是世界上各大汽车企业提高销量的重要途径。而在汽车造型设计的周期中，汽车造型设计流程对于项目周期、项目管理、设计协同以及最终设计成果具有极其重要的影响。随着电子技术的发展（即计算机辅助设计，Computer Aided Design，CAD），汽车设计也不断在发生着革命性的创新。

CATIA作为目前使用最为著名的CAD软件之一，从航天产业进入到汽车产业，辅助汽车造型甚至给整个汽车行业带来巨大影响。随着法国达索公司（Dassault Systemes）于2013年推出CATIA V6版本，即 3DEXPERIENCE CATIA ，其中三维手绘Natural Sketch与数字油泥Imagine&Shape应用更是给汽车造型设计带来了新的思路。

在传统汽车造型设计流程中，设计人员需要进行多轮方案修改，通过大量的二维推敲探索，结合手工调整油泥模型，慢慢求解出合适的设计方案。

计算机辅助设计和计算机图形学（CAD）的快速发展及其在汽车设计流程中的引入标志着传统汽车造型设计流程开始向现代汽车造型设计流程转变。虚拟技术逐步进入汽车造型设计的各个环节，很大程度上缩短了汽车造型设计的周期，减少了设计人员的工作量和制作费用，加强了设计人员及管理者之间的协作和沟通以及数据管理，最终也提高了设计的质量和水平，在各个环节的具体体现如下：

1.草图和效果图的数字化创作技术；

2.三维数字建模技术；

3.三维打印等快速原型制作；

4.逆向工程中A级曲面模型制作等。

在汽车设计创意构思阶段，很多创意设计师仍然习惯于使用最初的纸笔来进行想法的快速表现，这主要是由于此阶段所需要的快速出创意的要求和模糊的概念特征是计算机难以胜任的，在后期要表现精确的数据时计算机的优势就会体现出来；初步概念展现出以后，二维图像处理软件（例如最常使用的Photoshop）开始被用来表现概念方案，并且可以表现精细的部分，一些汽车设计师能在这一阶段几乎就能展现车辆的逼真的最终效果图，当然最终的形态、比例等在真实的三维空间中具体样子并不一定符合效果图中所展示的效果。

随着CATIA Natural Sketch的应用，三维手绘这一步骤逐渐渗透到汽车设计的前期探索环节中，而不仅限于造型基本确定之前，这样就使得油泥模型师、结构设计师等其他角色尽快获得造型的成果；然后使用CATIA数字油泥 Imagine&Shape模块进行数字油泥制作，在虚拟环境快速进行多次造型方案迭代，并处理相当部分工程问题，评审通过后，再进入一步制作等比例油泥模型制作。

Natural Sketch可以让创意设计师使用二维手绘线和路径创建三维模型。旨在为创意设计师在使用绘图板和笔时提供个性化的、像真实纸一样的体验，它同样支持键盘和鼠标的操作。此模块创建三维曲线的工作原理就是采用投影原理，在一个平面创建一条区先后切换到另一个平面，然后再次创建曲线，通过极端两条曲线在空间中的投影相交得到三维曲线。NTS的优势就是在三维空间中探索造型，更前期的思维创意可以在其它平台上完成，它填补了计算机辅助软件的空白区域，而不是为了代替其它二维绘图软件的存在。

CATIA三维手绘完善了CATIA的创意设计解决方案，使得完整的工业设计的工作流程都能在统一的环境中实现，从构思和概念到细化和设计验证，从第一张草图到最后的生产准备的3D产品。

在3D环境中绘制草图像在纸上草绘一样真实，CATIA自然草图绘制带来了革命性的逼真的创意体验，与设计师的需求相匹配。它消除了人们对3D创作的情绪障碍，使设计人员能够完全专注于创意和设计意图，而不是如何使用技术。

Imagine&Shape的技术原理是细分曲面技术（Subdivision），这是一种基于NURBS曲面建模原理并添加细分算法的一种建模方式，保留NURBS曲面精确的优势的同时使曲面易于编辑和修改调整，尤其适合前期造型探讨时不断修改方案的情况。

创意设计师承接三维手绘的概念方案，在此基础上使用Imagine&Shape进行概念模型的构筑，Imagine&Shape由于其操作简单方便，类似油泥制作模型，创意设计师和数字设计师都能胜任，也便于创意设计师利用此工具辅助造型生成以及对自己方案的优化，帮助设计师简单快速地将概念方案或者草图变成三维的空间曲面。

另外Imagine&Shape的数据可直接用于油泥加工，也可输出为stl格式用于3D打印，便于方案实体化进行评审，节省时间与资源。

使用数字油泥Imagine&Shape建模，值得注意的是：

1. CATIA中的细分曲面是精确的曲面（贝塞尔或者NURBS曲线，而不是多边形模拟曲面），这些曲面之间自动为G2连续，达到所需的美学外观；

2. 由于形体的构成方法是自由的，它十分擅长描述复杂、有机的几何形体，且十分便于进行设计更改。

根据以上对传统和现代汽车造型设计流程的分析并结合三维手绘和数字油泥的特性，可以对目前汽车造型设计流程做出如下改进：

在共同的项目协作空间中，首先制作总体项目规划，明确各部门及人员的角色和任务分工，在以后各自的工作进度也可以在工作平台中共享。由得到的市场调研数据、公司总体发展策略和工程初步需求，创意设计师开始根据得到的主题意象进行二维手绘绘制或者直接在工作空间上用三维手绘进行创意构思；这一阶段所得到的成果可直接被数字设计师利用，使用数字油泥建模快速制作模型；然后可以利用三维打印或者虚拟现实验证，多次修改评审后进入逆向工程阶段；

在整个流程中，各环节间产生的数据可以构建相应关联关系，一旦方案中某些特征进行了修改，其他设计者角色的数据也会随之更新。决策者的介入贯穿于整个设计流程，他们的方案评审不再仅限于最终的设计结果。后续工程部门的工作不再仅能在设计工作结束之后开始，而是可以根据曲面设计甚至是手绘设计阶段就开始准备。

http://player.youku.com/player.php/sid/XMjY5NzY3NTg3Ng==/v.swf

从三维手绘出发的全三维设计环境。创意设计师可以自由地通过三维曲线的形式表达他们的想法，再通过数字油泥进行快速设计方案迭代。这样设计师能够快速感受方案的在三维空间的实际效果，进行各个视角的验证，尽可能的避免由于过于夸张的艺术表现效果带来的难以解读造型本身特点的负面影响。创意设计师所绘制的想法的三维数据不仅能提高数模师的工作效率，还能用于以后任何评审、制造、验证等各个阶段，设计意图在整个流程得以保留。