车身造型（精选4篇）
车身造型 篇1
0 引言
汽车的车身作为汽车的四大总成之一, 具有非常重要的作用, 首先体现在它的外观上, 外观漂亮的汽车在市场上总是更受欢迎, 所以各大汽车生产商总是在车身造型上做了很大努力。逆向工程是全新的制造技术信息化、科学化的系统工程, 它开辟了制造零件和模具的新途径[1]。正是由于逆向技术的发展使得复杂的车身设计变得相对简单。其次, 身车的作用是利用其空腔来承载乘员和盛放货物的, 它必须要有足够的强度来保护乘员和货物的安全, 车身强度也是车身综合性能的一个重要体现。车身性能的好坏直接影响到整车的疲劳寿命、碰撞、NVH等诸多方面的性能, 因此在设计汽车时必须对车身的强度进行计算。
1 车身的逆向造型
1.1 数据的采集
数据采集是数据处理、模型重建的基础[2]。没有高精度的数据采集技术和设备就不会逆向出高水平的模型。点云数据的测量方式主要有接触式和非接触式两种[3]。非接触式测量速度快、精度高, 获得的密集点云信息量大, 最大限度地反映被测表面的真实形状。因此, 本文采用德国进口非接触式结构光光栅扫描设备进行扫描, 在测量过程中, 由于车身过于庞大测量不能一次完成, 需要多次测量。在局部测量完成后利用车身上面的相邻的3个mark点将坐标重新对齐, 这样就可以得到整个车身的点云数据。
1.2 数据预处理
在结构光栅测量系统进行车身扫描过程中, 受采样的方式、设备、环境及外界干扰等因素的限制, 测量所获得的数据不可避免地产生了误差很大噪声点和跳点, 也会存在测量障碍区, 因而要对采集到的三维数据进行预处理, 主要有误差点去除和降噪等。最后通过数据精简把过于庞大的数据点适当稀薄化。数据精简后白车身点云如图1所示。
1.3 点云的网格处理
为了更好的辨别点云的各个特征, 方便重建模型, 需要将处理好的车身点云进行网格化。网格化可以使点云看起来比较像实体, 其质量的好坏直接影响到下一步的点云数据分块, 而对最终生成的曲面也有一定的影响。其过程是在CATIAV5软件中用Insert|Mesh|Mesh Creation进行网格化。对于在网格面上局部出现的破洞, 可以利用补洞工具对局部的破洞进行修补。处理完毕的车身网格化点云如图2所示。
1.4 构造CAD模型
构造CAD模型是后续产品工程分析、加工制造的基础。所以构造CAD模型是逆向设计的重点内容之一。在点云网格化的基础上, 在CATIA软件中进行CAD模型的构建。一般来说, 汽车车身的结构都是左右对称的[4], 所以在设计的过程中可以单侧设计零件, 然后通过镜像来获得另一侧的零件, 这样既节省了时间, 又得到了完全对称的零件。在左右不对称的情况下才进行双侧零件的设计。当然逆向设计不是对原来车型的完全模仿, 在设计的过程中会改进原来设计不合理的部分。最终逆向出来的白车身CAD模型如图3所示。
2 车身有限元分析
2.1 模型的建立
在获得白车身CAD模型的基础上, 通过Hyper Mesh软件对白车身进行结构的离散网格划分。在白车身划分过程中所有网格均采用板壳单元 (shell) 进行划分。白车身的焊接工艺主要有点焊和二氧化碳保护焊等。点焊是白车身装配时最重要的焊接方式, 考虑到传递力的特性, 对点焊采用CWELD单元进行点焊的模拟。二氧化碳保护焊采用RBE2单元进行模拟, 粘胶采用六面体单元模拟。
网格划分质量的好坏直接影响求解时间和求解精度, 网格使用的不合理会导致求解过程的中断和求解结果的不正确[5]。所以划分网格是一个重要环节, 其质量要求为:单元长度最短不小于4mm, 长宽比大于1:5, 最小四边形内角大于45度, 最小三边形内角大于20度, 雅可比大于0.5, 最大四边形角度小于135度, 最大三边形角度小于120度, 单元翘曲角度不大于15度。在划分过程中对网格类型进行控制, 在模型中使三角形单元的数量占单元总数量的3.5%以内, 其余均采用四边形壳单元。整个车身的有限元模型由417676个节点, 367892个壳单元组成, 如图4所示。材料特性:弹性模量为MPa, 密度为密度为, 泊松比为0.3。
2.2 载荷工况及边界条件
强度分析模型按整车满载质量1900 kg计算, 计算白车身的强度必须把所有的车身部件的质量进行附加, 只有这样才贴近实际情况。附加质量用质量点单元CONM2模拟, 发动机、变速箱、冷凝器、油箱、水箱、备胎、前门总成、中门总成、后背面总成、发动机罩总成和座椅及乘员质量使用RBE2刚性单元加载到相应总成的安装处。该款微型客车的乘员人数为9名, 为了满足车身在极限工况下的承载要求, 文中以9名乘员 (驾驶室2名, 乘员舱7名) 计算车身所受的乘员载荷。质量点的分布情况如图5所示。
在通常情况下, 在强度分析中模拟多种工况如满载1G, 1G制动, 0.8G转弯等, 但应力最大值通常出现在右前轮左后轮均抬起150MM的情况下, 所以本文只研究此工况下受力情况。该工况模拟的是汽车在右前轮和左后轮在遇到凸包时的工况。
通过动力学仿真软件Adams模拟了微型客车右前轮和左后轮同时抬起150mm工况下输出与车身相连的6个硬点的力和力矩作为载荷输入参数。输出的相应参数值如表1所示。
将作用力和作用力矩施加在前后左右6个弹簧座位置 (后弹簧座指的是板簧的两端) , 在分析过程中通过惯性力构造一个平衡的力系, 它可以模拟无约束或约束不足系统的静态响应。
2.3 计算结果及分析
白车身强度是指组成白车身的各零部件要有足够的抗破坏的能力, 通常用分析应力来衡量, 并与其安全系数 (即零部件材料的屈服强度除以零部件的最大分析应力) 息息相关。应力越小, 安全系数越大, 强度也越高。通过后处理器Hyperview可以看到白车身绝大多数零部件应力较小 (图示已经将局部虚应力隐藏) , 应力值都在允许范围内, 车身整体应力云图如图6所示, 车身应力最大位置出现在右前轮壳位置最大应力值为233MPa。同时后地板应力值也是较大的地方其最大应力值为211MPa。前轮壳和后地板所用材料均是宝钢生产的通用低碳材料BLC, 依据宝钢所给材料参数其屈服屈服强度为140MPa270MPa。显然前轮壳和后地板的安全系数都已经超过1, 但是它们依旧是整个白车身强度最弱的地方, 若想提高整车的强度性对该两处进行加强能起到最大作用。
3 结论
以某微型面包车车身设计为背景, 介绍了由点云数据生成网格化点云, 车身CAD模型的全过程。逆向设计技术简化了模型的创建难度, 并且能设计出较为复杂的曲面, 大大缩短了新型汽车的开发周期。然而通常情况下利用逆向技术设计出来的车身其性能不一定有很高的可靠性, 在逆向出原来外观的基础上通过有限元技术对车身的强度进行分析, 通过车身的有限元分析, 获取了车身有效的可靠的应力数据。分析结果得出该车身模型在极限工况下具有较高的承载能力, 但是局部应力稍偏大可以进行局部改进, 为车身的优化指明了方向。
参考文献
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汽车车身造型模块化设计 篇2
1 传统车身造型设计流程
车身造型设计是在完成总布置草图后使车身内外拥有美观合理形貌的过程。车身造型包含外形及内饰设计。这两者都建立在总布置草图的基础之上。车身是科学与艺术的完美结合, 其不是天马行空的想象作品, 而是需要结合结构性能工艺等的综合考量。一款优秀的造型设计应该具有以下特点:
(1) 具有完美艺术形象;
(2) 具有良好的空气动力性能;
(3) 具有良好的工艺性;
(4) 具有良好的适用性;
(5) 合理的材料应用与装饰效果。
车身的造型设计首先应进行草图的绘制。在这一阶段, 设计师需要对前期的资料与调研结果有深刻的认识分析, 同时需要拓宽自己的思路与灵感。设计师还需要结合汽车品牌、车型的设计特色, 将一些特征元素运用到设计中。通过纸笔或电脑软件, 若干设计师设计出大量理想的造型方案。一位优秀的设计师需要大量经验与知识的积累, 能熟练表达设计思想, 有扎实美术功底。这时, 最初的草图往往是较粗糙的, 某些细节之处还需要推敲。经过设计师自己的反复筛选与加工, 最终得出若干表达准确、简明干净的设计草图。下一步, 对设计草图进行评审, 得出初步结果。选取具有代表性的优秀设计绘制效果图, 包括外形图、室内图和局部图。在效果图中, 通过对色彩、光影、材质等的加工, 表现出形象生动的设计方案。效果图是创意较完整的体现, 但对细节的表现有限[1]。
经过评审的效果图, 需要制作小比例模型。模型通常比例为1:5, 材料为油泥, 一般为手工制作。模型真实立体, 细节丰富, 能较好体现设计思路。其要求线面流畅光顺, 比例控制精确。模型制作完毕, 对照效果图与模型, 进行评审。评审小组一般由设计师、结构工程师和工艺工程师等共同组成。通过评审, 确定一个设计方案。
确定设计方案后, 绘制胶带图。胶带图是用胶带在墙面上贴出的1:1整车二维图。其可准确地表现车身外轮廓曲线, 需要反复精细的调整。胶带图确定后, 利用其在造型软件 (如Alias等) 中绘制三维数模。数模完成后, 利用数控切削或手工加工制作1:1油泥模型, 再经评审, 可确定最终造型方案。
2 车身造型的模块化原则
车身造型的模块化, 是特殊的模块化。模块化的核心是功能。传统的产品结构的模块化设计, 围绕着功能对机械结构与电气进行设计, 其操作对象都是客观实在的事物。而造型的模块化, 其操作对象不具有直接的客观实在性, 只是最终设计的结果反映在车身的造型上。另一点不同, 是与结构设计的模块化能够客观地评论其功能结构的合理性不同, 车身的造型无法完全按照客观的评价标准进行评价。车身的形式美、结构美与功能美都在不同程度上依赖于主观评价。本文结合造型模块化的特点, 在造型模块化体系构建之初首先提出如下原则, 作为造型模块化的指导[2]。
(1) 艺术审美原则。造型的属性既包含结构功能又包含审美功能。造型对于用户最直观的就是其审美功能。所以造型在具有合理结构的同时, 必须兼顾要能传递给用户美感, 展现其风格。
(2) 整体协调原则。造型的整体协调是造型体现其美感的前提。无序失衡的拼接无法构成和谐的整体, 更无法具有良好的审美价值。造型的整体协调依赖于造型元素的合理运用。
(3) 灵活适配原则。模块化造型需要实现模块的灵活配置。通过模块的灵活配置, 能够产生丰富的组合结果, 优化设计流程, 这样才能实现模块化的价值。同时不断设计出新的模块, 淘汰旧的模块, 保持造型设计成果的先进性。
(4) 面向用户原则。契合用户需求, 是造型的模块化设计目标之一。随着用户对产品造型的要求提高与分化, 造型的模块化设计需要满足其特殊需求。造型模块化的高级形式, 是用户能参与到其中来。模块化体系具有专门的面向用户端, 能够且易于被用户接受和使用。
(5) 绿色经济原则。造型的模块化设计必须遵循材料利用率高、回收方便。同时能控制生产成本。产品必须拥有合格的质量和寿命。
3 车身造型的模块划分
3.1 造型的功能分析
车身造型的模块化过程中, 需要区分造型的模块化与模块的造型这两个概念。模块的造型, 虽然也从产品整体的造型进行考查, 但其落脚点还是在单个模块具体的造型上。这种设计的思路, 是把完整的造型割裂成若干部分, 使完整有机的整体分散开来。这样的造型模块化, 过度依赖于结构的模块化。本文作者认为, 这样的造型模块化未从本质上把握模块与功能的关系, 未能抛开结构模块化的局限性。
功能的分析与分解是模块化的关键。通俗来讲, 从用户对造型设计的认识来说, 其需要满足如下条件:
(1) 符合使用者的审美需求。造型应给人以美的感受, 使人身心愉悦, 同时又具有一定的风格特点, 给人留下独特的印象。
(2) 需要符合产品的定位与定义。首先, 同一类型的产品, 往往具有相似比例尺寸的造型, 而在局部和细节之处不尽相同。不同类型的产品, 则造型差别较大。这一概念的另一层含义, 是产品的造型应符合人们对于其基本的理解和认知, 具有某一特定的形态, 能使人产生心理契合感。产品的特定形态, 通常也有着其空气动力学、人机工程学等的合理性。过于奇特怪异的造型设计, 往往存在某些不合理性, 受认同度也不高。
(3) 需要具备特定的功能。这里所说的功能, 是特指使用功能。为满足某些功能需求, 造型应做出相应的改变以适应。
综上所述, 可将造型的功能分为:审美功能、定位与定义功能和具有特定使用功能的功能。
3.2 造型的模块划分
经过上述造型功能的分解, 可将产品的造型分为如下模块:1.特征模块。2.原型模块。3.功能模块。以下将结合车身造型进行分析。
(1) 特征模块
特征是某物质区别于他者的特性和标志。车身造型的特征是车身独特的造型元素的应用和其携带的品牌与风格特点构成的造型信息的集合。车身结构可概括为“三围一顶”。造型特征主要体现在前后侧围和顶面。造型特征又有主次从属之分[3]。
如图所示, 主特征是指造型的主要构成部分, 不依赖于其他特征生成。例如车侧轮廓、车顶轮廓和前脸轮廓等, 都属于主特征。过渡特征是指主特征间过渡部分的造型的特征。例如A柱、翼子板等, 都属于过渡特征。附加特征是额外添加的局部造型特征。例如栅格、后视镜等, 都属于过渡特征。这种造型特征分类方法能基本概括车身所有的造型特征。
特征模块, 是将造型上所有的特征划分成一个模块。总的特征模块以下, 又可根据特征的分类和特征所处的部位进行细分, 形成一系列子模块。通过子模块的选配, 形成完整的整车造型特征模块。
(2) 原型模块
汽车可分为乘用车和商用车。根据不同标准, 乘用车又常可分为ABCD级或大中小微等车型。无论采用何种划分标准, 每种车型的车身都有其特殊的比例、尺寸、结构。这是汽车长期发展分化的结果, 也是适应各类型汽车专门用途的变化。如下图, 是典型的乘用车类型划分。
各大汽车厂商的同类车型产品的造型不尽相同, 且不光体现在其特征上。某一汽车品牌往往拥有其独特的设计风格与传统, 这使得其某类车型具有独特的、有别于其他品牌的车身比例、尺寸和结构。其车身设计的独特之处, 需要大量试验、分析和经验的积累。
造型的原型模块概念的提出, 正是基于造型风格理念在车身整体尺度上的体现。本文提出的造型原型, 是指某类产品的造型去除其造型特征的核心原始造型。其整体及各部分尺寸比例固定或在可控范围内变动。对某类产品造型原型的获得, 可采取聚类分析方法。将造型的原型划分成模块, 即原型模块。原型模块可对车身的造型和车辆的总布置产生极大的帮助。原型模块可成为特征模块与功能模块的载体, 通过与两者的结合, 实现具体的造型设计。
(3) 功能模块
车身往往需要拥有某些特定的功能设计。例如行李舱的开启与尺寸设计、车门的开启、后视镜的设计、车灯的光学设计、车身的加长加宽等都包括在此范畴。这些功能设计, 都会在原型模块的基础上, 给车身带来形态结构的变化。因此将这些功能设计划分为功能模块。
如图4是利用造型模块划分原理进行的设计实例。在该实例中, 本文作者对某款电动概念车进行了逆向建模。然后保持车身造型的原型模块不变, 设计出保险杠部位一系列形状改进的特征模块与整车配色的特征模块。完成了对该车的造型改进并制作了样件。
4 造型模块的组合方式
上述模块划分方式形成的模块, 实际上属于广义模块中的虚拟柔性模块。其特点之一是在结构上不能进行划分, 仅具有CAD中划分的意义。另一特点是其具有参数化的柔性结构[4]。柔性模块必须采用柔性接口。造型模块在组合时, 需要对模块的参数进行适当调整, 需要考虑接口的几何特征和连接特征, 例如对曲面的光顺处理等。
5 模块化造型的评价体系
5.1 产品族的概念
平台是产品族的基础。将不同的模块添加入平台中得到的满足用户需求的系列相关产品, 构成了产品族。面向用户是造型模块化的原则之一。产品族的批量定制设计是其发展趋势之一[5]。其中需要解决的问题之一, 就是评价及选取模块化设计成果。对造型进行模块化划分之后, 对不同的模块设计出一系列模块。从中选取若干模块进行组合, 设计出各种产品造型。需要针对这些不同的产品造型建立一个评价体系。
5.2 评价体系的建立
产品的评价体系, 一般由四部分构成:目标、原则、指标和方法。对评价目的的表述称为评价目标。模块化造型结果的评价目标, 是设计成果能满足市场需求和用户需求, 具有一定的可行性。
评判目标实现可能性的原则称为评价原则。评价原则一般有多种。如科学性原则、综合性原则等。评价指标则是具体化的评价原则。评价指标以明确的指标约束产品的各项性能。如图6, 是典型的产品评价指标体系。
产品的评价体系十分复杂, 涉及面十分广泛, 下文仅对其中的美学属性进行分析。艺术美学属性在造型模块化产品族中占有极其重要的地位, 又具有其特殊性。美学属性的评价指标具有一定主观性, 人的情感心理在评价过程中起着重要作用。本文认为, 造型产品族的美学属性评价指标可分为纯美学因素与用户因素。
纯美学因素是指单纯从美学原理进行考察。考察的内容包括各种美学元素应用的合理性, 其具有一定理论基础。用户因素是指从用户审美角度考察各种造型特征的接受度。具体的分类如下。指标确定以后, 则要将评价方法展开分析。
5.3 评价方法
现代综合评价方法主要分为如下几类:
(1) 专家评价方法。
(2) 层次分析法。
(3) 模糊综合评判法。
(4) 数据包络分析法。
(5) 人工伸进网络评价法。
(6) 灰色综合评价法[6]。
对各分析方法特点和适用范围进行分析, 选用方法 (2) 为各项指标划分权重。层次分析法 (AHP) 是将决策分解, 对构成元素采用定性定量分析以得到最优方案。结合美学属性的评价分析其具体步骤。
(1) 构建层次结构模型。结合5.2, 实际的层次结构模型如下。
(2) 构造判断矩阵。首先, 需要对各元素的隶属元素的重要性分别进行两者横向对比。选择1、3、5、7、9为尺度, 依次对应隶属元素1相对隶属元素2不断上升的重要性。2、4、6、8为中间值。收集若干评价成员打分的综合结果。将结果填入判断矩阵A中。
得到若干判断矩阵。然后对它们分别进行层次单排序。层次单排序, 利用特征根法、和法等方法计算权向量, 得到各隶属元对于所隶属元素的相对权重。另外, 对判断矩阵需要校核其一致性。
然后可以进行层次总排序。总排序为每个判断矩阵中的元素对于目标层的相对权重。w (k-1) 是第k-1层m个元素相对目标的权重。
pj (k) 是k层n个元素对于其上层元素j的单排权重。j=1, 2, …, m。
是第k层n个元素相对目标的权重。
经过逐层计算, 即可得到底层对于目标的权重。根据权重的大小, 很容易挑选出最为合适的方案。至此形成了完整的造型模块化评价体系。
6 总结
本文首先阐明了造型设计流程。提出了造型模块化的原则, 结合美学原理对造型模块进行了划分。将造型模块分为特征、原型与功能模块。还分析了造型模块的评价体系的建立, 对实际的车身造型模块化设计具有一定指导作用。
参考文献
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车身造型 篇3
关键词：MPU算法,八叉树,隐函数曲面,混合
0引言
在汽车设计和制造行业中,车身造型设计是汽车车型开发的关键环节。在当前国内外通用的CAD/CAM/CAE软件系统中,虽然都有专门的反求模块,但数据处理过程中需要人工干预的太多,自动化程度不高,数据处理与模型的生成速度慢。
本文将介绍一种自动曲面建模方法:多层面单位分割隐函数曲面(Multi-level Partition of Unity Implicits,MPU)[1],它能为数百万离散的点数据提供快速、准确、自适应的复杂形状重建。MPU算法是由Ohtake等人提出并在雕塑等的建模应用上取得了良好的效果,我们对算法进行了改进,并对算法在车身自由曲面上的应用进行了探讨。
1MPU算法介绍
MPU隐函数成型方法有三个关键的要素[1]:(1)分段的二次函数用于捕捉曲面的局部形状;(2)加权函数(单位分割)用于组合局部的形状函数;(3)八叉树细分方法用于适应局部形状复杂性的变化。
为了建立隐函数表达,首先用一个方框限制点集,并建立方框的八叉细分。在细分的每个单元上,建立分段二次函数(局部形状函数)来拟和本单元的点。如果成型函数逼近不够准确(不能很好地拟和点),单元将会再分,过程将重复直到取得一定的准确度。在两三个单元的公共边界附近,形状函数根据单位分割函数的加权结合在一起。曲面的全局隐函数是通过在八叉树叶应用单位分割来混合局部形状逼近得到的。
1.1八叉树细分方法
根据自由曲面测量数据庞大、密集、无序的特点,我们采用了基于线形八叉树空间分割策略的三维重建方法来建立拓扑关系,它比普通八叉树大大节省了存储空间,且蕴含有层次特性,提高了几何建模速度 。方法是首先构造一个形体(被测曲面)的最小外接正方体,并视它为曲面八叉树模型的根结点,然后把该最小外接正方体分割成大小相同的八个子立方体,且每个子立方体均被视为根结点的子结点,由此将造型空间递归细分为2的幂次方个子立方体,而分割精度根据Taubin距离[3]估计。
散乱数据点集中任意点的法向量是指该点所在局部表面的法向量[4]。我们采用CAD数据交换的事实标准文件之一的STL文件来求点的法矢量。方法是计算点的邻域三角划分中的各个三角片的单位法向量,然后用这些单位法向量的加权平均来计算点的法向量大小及方向。
1.2局部隐函数拟合
局部拟合策略依赖于给定单元球体内点的数量和这些点法线的分布。根据法线间的夹角和子区域内点的数量,将局部拟合分为三种情况并分别用二次函数逼近数据。在给定的单元内,局部拟合函数分为以下三种情况[1]:
(a) 一般的三维二次曲面,用于逼近曲面的较大部分,曲面上无边界或者包含多于一片的单元(片)。所采用的局部形状函数为
Q(x)=xTAx+bTx+c (1)
其中A是对称的3*3矩阵,b是三元素矢量,c是标量。
(b) 局部坐标的双变量二次多项式,用于逼近局部光滑的修补。采用的局部形状函数为
Q(x)=w-(Au2+2Buv+Cv2+Du+Ev+F) (2)
其中(u,v,w)是新坐标系中的x坐标,而A,B,C,D,E,F是未知的系数。
(c) 分段的二次曲面用于拟合边和角,用于重建形状特征,实际上(c)包含一定数量的测试(边测试和角测试),目的是为了决定应该用哪种逼近曲面。应用Kobbelt[5]提出的简单有效的程序实现自动识别边和角,这个观点建立在法线集的基础上。通过点的法线的分组探测尖锐特征,然后划归到(a)或者(b)类中。
当应用合适的局部形状逼近时,MPU算法的优点在于:能够从大量的数据点集中建立高质量的隐函数曲面,准确重建尖锐形状特征和快速容易地取得局部形状。
1.3混合
对局部曲面片采用加权函数(单位分割)整体拟合,单位分割法典型的用处就是把局部定义的近似值结合成整体近似。这种方法基本的思想是把数据域分成几块,在每个子区域上分别逼近数据,然后用光顺和局部加权把域内所有的局部解混合成一个。重要的特征比如最大的误差和收敛顺序是从局部继承来的。在两三个单元的公共边界附近,形状函数根据单位分割函数的加权结合在一起,在接合处达到一定的连续性。
假设一系列局部的逼近函数集Vi带有子域支撑函数{φi}。现在定义在欧几里得空间有界限的领域Ω上的f(x)作为逼近函数:
f(x)≈∑iφi(x)Qi(x) Qi(x)∈Vi (3)
假定一系列非负的支撑函数{wi(x)}比如Ω⊂∪isup p(wi),那么单位分割函数{φi}为:
undefined (4)
(3)和(4)组成了单位分割有限元方法的核心[6],这类似修改的Shepard方法[7,8]。
2MPU算法重构曲面的优势
MPU算法建立在局部形状函数、单位分割和八叉树层次上。它的优势包括:快速曲面重构和渲染,尖锐特征的表示,重构不完整数据,对于数据逼近或者插值的选择和适应各种逼近精确度的能力。图1可以看到在边和角尖锐特征处的重建,图2可以看到不完整数据的重构(图1和图2的点云数据来自于Stanford三维扫描数据库),而表1可以看到算法速度的优势。
从大量的离散点构建隐函数的技术发展水平是以RBF为基础的,而FastRBF是以RBF为基础的三维曲面重建技术。表1[1,9]列出了对于同一个模型Dragon的时间对比,可以发现MPU方法比FastRBF技术快近倍。
3MPU算法在车身曲面上的应用
应用该算法,对车身外覆盖件和内部结构件进行了曲面反求。下面所有算例的计算是在1.6GHz Pentium 4 并有256MB内存的机器上进行的,时间用秒列出。
算例1是车身翼子板的算法应用。图3左边是带有法线的点云数据图,右边是用MPU隐函数算法处理过的效果图。时间为50秒,点数为66175,单元数为37217,三角形数为294492。
算例2是驾驶室底板(截取了一半)的算法应用。图4左边是带有法线的点云数据图,右边是用MPU隐函数算法处理过的效果图。时间为246秒,点数为150000,单元数为210833,三角形数为635280。
算例3是车门后立柱部分的算法应用。图5左边是车门后立柱部分带有法线的点云数据图和用MPU隐函数算法处理过的效果图。时间为136秒,点数为77386,单元为126337,三角形数为309120。
算例4是车门前立柱部分的算法应用。图6右边是车门前立柱部分带有法线的点云数据图和用MPU隐函数算法处理过的效果图。时间为121秒,点数为101962,单元数为86201,三角形数为247632。
4结论
MPU隐函数概念上是简单的,易于实现,并能为数百万离散的点数据提供快速、准确、自适应的复杂形状重建。建立时间和内存消耗取决于重建形状的复杂程度而不是点的数量。因为MPU隐函数能给出高准确度的曲面逼近值,所以基于函数的操作比如形状混合、偏移、变形和CSG都可以轻易地实现。
MPU隐函数算法在车身曲面拟合中的初步应用表明,该方法适用于非常复杂的汽车车身造型设计和工业造型设计,能够帮助造型师快速的建立曲面模型,具有较大的应用潜力。
参考文献
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[7]Franke R,Nielson G.Smooth interpolation of large sets of scattered da-ta.International Journal of Numerical Methods in Engineering,1980,15:1691-1704.
[8]Renka R J.Multivariate interpolation of large sets of scattered data.ACMTransactions on Mathematical Software,1988,14(2):139-148.
车身造型 篇4
一、研究对象探讨
(一) 现代有轨电车概述
现代有轨电车, 是一种公共交通工具。在国内称为轻轨电车, 其英文名以Modern Tram使用最为广泛。由于有轨电车以电力推动, 不会排放废气, 因此它是一种环境友好型交通工具4。
(二) 现代有轨电车国内外研究现状
1. 国外现状
现代有轨电车自20世纪70年代诞生以来, 因其节能环保, 便利舒适等优点成为公共交通发展的新趋势, 在国外的许多城市得到了很好的发展, 并取得了显著的社会和经济效益。在现代有轨电车发展的这30年间, 国外众多国家除了对技术进行研发之外, 还秉承以人为本的外观设计理念, 对乘客的行为、心理、地域文化等方面进行广泛的关注。
2. 国内现状
目前, 我国现代有轨电车的外观设计方法与实践发展相对滞后, 现役现代有轨电车都是从国外购买引进, 没有成为彰显我国各地文化与城市形象的窗口5。因此, 在现代有轨电车车身造型设计中考虑地域文化特色, 融入情感化追求的设计研究成为了重中之重。
二、情感化设计原则在现代有轨电车车身造型设计中的应用解析
(一) 情感化设计概念
情感化设计是由美国著名的认知心理学家Donald Norman提出的, 即产品设计不仅要保证产品基本功能, 还要蕴含精神功能。通过传递某种符合用户需求信息的同时, 激发出用户正确积极情感的设计理念[6]。
(二) 现代有轨电车车身造型设计的情感化分析
在现代有轨电车车身造型设计中, 以人为本的设计思想已得到广泛关注, 车身造型设计除了要满足物理功能之外, 还要更加关注它的情感表达, 强调乘客的情感诉求。
1. 本能层面的设计策略分析
本能层面的设计是乘客首先感受到的设计成果, 是与乘客的感官息息相关的7。在现代有轨电车外观造型的设计中, 要注重用户在视觉、触觉和听觉等上的体验。不仅要具有功能性, 还要具有一定的观赏价值。
2. 行为层面的设计策略分析
行为层面的设计讲究的是效用。对于现代有轨电车而言, 优秀行为水平的设计应该是满足乘客在乘坐过程中的各种需要8, 包括生理需要和心理需要。
3. 反思层面的设计策略分析
反思层面对应于用户使用产品后获得的体验, 这与个人感受和想法有关。这一层面的设计关注的是产品的象征意义和社会价值。在车身造型的设计上, 可结合某一地区的地域文化, 从这些文化元素中提炼出具有象征性的设计符号, 并且在这些符号的使用上要体现出归属感和认同感。
三、设计实例
基于上述所提出的设计方法, 本文将以晋商文化旅游区为例, 设计一款融入晋中市地域文化特色的现代有轨电车。
(一) 地域选择
1. 晋商文化旅游区观光路线简介
晋商文化旅游区:即以榆次区、太谷县、祁县、平遥县、介休市、灵石县这6县、市、区形成的一个文化旅游区, 且这一带为晋商的金融中心。故称为晋商文化旅游区。
2. 路线各站点地域文化特点分析
晋商文化旅游区沿线为众多的山西大院, 各个大院都经历过晋商的兴盛衰亡, 是晋商文化最有力的体现, 这些大院的外观是冰冷、高大、威严的灰色城堡, 而内在却是井然有序, 华丽至极的。这正彰显出山西人含蓄内敛的性格特点。此外, 山西民俗较多, 家家户户祈盼红红火火, 家族兴旺传承。因此, 在每座大院中, 都可以看到高高挂起的红灯笼, 演绎出一幅幅“一壁灯笼照古宅”的生动画面。
(二) 地域文化元素设计符号的提取与移植
结合山西省晋中市的地域文化特色与晋商的精神内涵, 提取出红灯笼这种具有代表性的元素符号, 绘制出设计方案。
(三) 设计表现
情感化设计是人性化的设计, 讲究的是以情动人, 除了强调产品应该满足用户生理和心理的各种需要外, 还关注产品的象征意义和社会价值。将红灯笼造型运用在电车车身设计中, 不仅与当地晋商文化特色相符, 而且还象征着当地人们祈盼红红火火、圆圆满满的生活态度, 反映了人们热情、喜悦、欢笑的性格特征, 具有极强的象征意义和社会价值。
四、结语
本文分析了现代有轨电车车身造型与乘客情感的关系以及情感化设计的理论体系, 指出了情感化设计在电车车身造型设计中的必要性。在此基础上, 阐述了以地域文化为纽带的现代有轨电车车身造型的情感化设计策略, 并从本能层面、行为层面和反思层面分别进行了分析。结合晋中市晋商文化旅游区的晋商文化特色, 分析提取其典型文化符号, 将“红灯笼”这一造型应用于电车车身设计中, 不仅体现出晋中市独特的晋商文化特色, 而且彰显出“以人为本”的情感化关怀, 成为传播晋商文化的重要窗口。
摘要：本文主要研究的是情感化设计在现代有轨电车车身造型设计中的具体应用情况。首先对现代有轨电车的概念、国内外研究现状进行梳理和介绍, 对情感化设计理念、情感化设计原则在现代有轨电车车身造型设计中的应用进行了阐述。然后结合地域文化元素, 提出一种将情感化理论应用于现代有轨电车车身造型设计的方法, 并设计出一款具有山西晋中市地域文化特色的现代有轨电车。
关键词：情感化设计,现代有轨电车,地域文化,造型设计
注释
11 .向泽锐, 徐伯初, 支锦亦.中国高速列车工业设计研究综述与展望[J].铁道学报, 2013 (12) :9-18.
22 .徐伯初, 李洋等.轨道交通车辆造型设计[M].北京:科学出版社, 2012.
33 .徐伯初, 王超, 向泽锐.考虑地域文化的城市公共交通系统形象研究[J].美术观察, 2014 (8) :130-131.
44 .向泽锐.现代有轨电车车身造型设计研究[D].西南交通大学, 2009.
55 .王玮, 王喆.国外现代有轨电车外观设计分析[J].都市轻轨交通, 2013 (6) :140-142.
66 .温柔.当代情感化产品设计研究综述[J].设计, 2014 (6) :25-26.
77 .付璐, 付黎明.价值工程在汽车车身造型中的应用[J].包装工程, 2008 (3) :161-163.