（光学工程专业论文）车身数字化造型设计研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：啪盔徉 i 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 汽车是当今世界发展最快，动用资源最多的的现代交通工具。汽车设计是技 术和艺术紧密结合，充分反映人们的需求、时代技术以及社会环境的一门综合的 技术，其目的在于将理想状态用具体的形态表现出来，在与消费者的交互中给消 费者的生活带来各种积极的影响。 由理想的状态到具体形态需要各种方式的辅助技术。不论是手绘，实体模型， 还是近年来发展到新高度的数字化技术，都是对上述具体形态实现的有力辅助技 术。不同于手绘和实体模型，数字化技术是计算机技术和设计协作水平发展到较 高平台后的必然产物，几年前车身数字化仅仅作为油泥模型冻结后的数字化光顺 工具，但随着近年来快速建模技术以及实时渲染技术发展到新的高度，车身数字 化为设计的进展提供了更多的可能性。 本文重在研究车身数字化技术在造型设计中的应用，一方面从技术本身探讨 设计数模的建立方法，得到利于设计数模调整的模型建立手段；另一方面从车身 数字化技术在设计流程中的介入方式出发，对造型流程做了试探性的改进。对汽 车造型设计工作有一定的参考价值。 技术方面，本文强调了设计数模可调性的概念，通过实际操作示例指出设计 数模的价值不仅在于结果的展现，还在于其推敲的过程对设计产生的各种可能 性。 技术在设计流程中的介入方面，本文通过研究传统的车身数字化造型流程的 局限性，探讨引入并行工程的设计流程，进而提出设计数模在设计流程中的回馈 方法。 最后，本文将上述两方面提出的新方法应用于某c r o s s 车型的具体开发过程 中，再现了从初期概念，到草图，再到设计数模的推敲过程和结果，取得了较好 的效果。 关键词：造型语义，b e z i e r 模型，设计数模，可调性，c r o s s 车型 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a u t o m o t i v ei st h ew o r l d sf a s t e s tg r o w i n gt r a n s p o r t , m o s to fr e s o u r c e sa r ec o s ti nt h i sf i e l d a u t o m o t i v ed e s i g ni sa ni n t e g r a t e dt e c h n o l o g yw h i c hc l o s e l yi n t e g r a t e dt e c h n o l o g ya n da r t , f u l l y r e f l e c tt h ep e o p l e sn e e d s ，t e c h n o l o g ya n dt h es o c i a le n v i r o n m e n t t h ea i mi st om a n i f e s tt h ei d e a l s t a t ei nc o n c r e t ef o r m ，w h i c hp r o v i d e sav a r i e t yo fp o s i t i v ei m p a c to nc o n s u m e r se v e r y d a yl i f ei n t h ei n t e r a c t i o n i tn e e d sv a r i o u sf o r m so fa s s i s t i v et e c h n o l o g yw h e nm a n i f e s t i n gt h ei d e a ls t a t ei nc o n c r e t e f o r m ，w h e t h e rh a n d - s k e t c h ，s o l i dm o d e l ，o rh i g h l yd e v e l o p e dn e wd i g i t a lt e c h n o l o g yi nr e c e n t y e a r s ，a r ep o w e r f u la s s i s t i v et e c h n o l o g y u n l i k eh a n d s k e t c ha n ds o l i dm o d e l ，t h ed i g i t a l t e c h n o l o g yi sa ni n e v i t a b l eo u t c o m eo fc o m p u t e rt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ，af e wy e a r sa g ot h e b o d yd i g i t a lm o d e li so n l yaf a i r i n gt o o lf o l l o w i n gt h ef r o z e nc l a ym o d e l ，b u tw i t ht h er a p i d c o n s t r u c t i o nm o d e l i n gt e c h n i q u e sa n dan e wh e i g h tr e a l t i m er e n d e r i n gt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s ， t h eg r o w t ho fb o d yd i g i t a lt e c h n o l o g yp r o v i d e sm o r ea n dm o r ep o s s i b i l i t i e sd u r i n gt h ep r o g r e s so f t h ed e s i g n t h i ss t u d yf o c u s e so nd i g i t a lt e c h n o l o g yi nt h eb o d yd e s i g nf i e l d o nt h eo n eh a n dt h e i m p o r t a n c ea n dd i f f i c u l t yo ft h et e c h n o l o g yi t s e l fi sc o n s i d e r e d ，a n dt h ee s t a b l i s h m e n to fn e w m e a l l so fd i g i t a ld e s i g ni sp r o p o s e d ；o nt h eo t h e rh a n d ，an e wc o l l a b o r a t i v ea p p r o a c hi sp r o p o s e d f r o mat e c h n i c a li n v o l v e m e n ti nt h ed e s i g np r o c e s s ，w h i c hh a ss o m er e f e r e n c ev a l u eo nd e s i g n w o r k o nt h et e c h n i c a ls i d e ，t h ec o n c e p to ft h ea d j u s t m e n tc a p a c i t yo fd e s i g n i n gm o d e li sf i r s t p r o p o s e di nt h i ss t u d y , p o i n t i n go u tt h a tt h ev a l u eo ft h ed e s i g nm o d e li sn o to n l yt h er e s u l to ft h e s h o w , b u ta l s oav a r i e t yo f p o s s i b i l i t i e si nt h es c r u t i n yo f t h ep r o c e s so f t h ed e s i g n o nt h et e c h n i c a li n v o l v e m e n ts i d e ，f r o mt h es t u d yo ft h el i m i t a t i o n so ft h et r a d i t i o n a ld i g i t a l m o d e l i n gp r o c e s s ，t h ec o n c e p to fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n gi si n t r o d u c e d ，w h i c hp u t sf o r w a r dt h e f e e d b a c km e t h o do ft h ed e s i g n i n gm o d e l f i n a l l y , t h et w op r o p o s e dn e wm e t h o da b o v ei sa p p l i e dt ot h ed e s i g nd e v e l o p m e n to fac r o s s v e h i c l e ，t h ei n i t i a lc o n c e p t , t os k e t c h ，t h e nr e f i n e m e n to ft h ed e s i g nd i g i t a lm o d e l i n gp r o c e s sa n d r e s u l t si sr e p r o d u c e d ，w h i c ha c h i e v e dg o o dr e s u l t s k e y w o r d s ：f o r ms e m a n t i c s ，b e z i e rm o d e l ，d e s i g n i n gm o d e l ，a d j u s t m e n tc a p a c i t y , c r o s s v e h i c l e i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t ：i i 目录1 i i 第l 章绪论l 1 1 背景。1 1 2 研究目的和研究内容及拟解决的关键问题2 1 3 研究思路和方法2 1 4 本章小结3 第2 章汽车造型语义表达。4 2 1 汽车造型语义的定义4 2 2 汽车造型语义的解读4 2 2 11 本量5 2 2 2 符号8 2 2 3 质感9 2 3 车身数字化造型中的体量，符号及质感表现问题9 2 4 设计实践中的汽车造型语义传达1 l 2 4 1 市场形态语义1 l 2 4 2 设计数模之前：草图与快速渲染图1 3 2 4 3 设计数模之后：油泥模型制作，a 级曲面，各种工程问题1 4 2 5 本章小结1 4 第3 章车身数字化造型技术1 5 3 1 技术背景15 3 2 车身数字化数学模型17 3 2 1b e z i e r 曲线，b s p i n e 模型与n u r b s 曲线1 7 3 2 2b e z i e r 曲面与n u r b s 曲面2 0 3 3 数学模型在造型软件中的应用2 l 3 3 1 曲线，曲面的构建2 1 3 3 2 连续性2 3 3 3 3 数模构建2 3 3 3 4 曲面的连续性评价2 4 3 4 本章小结2 6 第4 章数字化造型在设计流程中的介入方式2 7 4 1 传统的数字信息化汽车造型设计流程一2 7 4 1 1 数字信息化汽车造型设计方法及特点2 7 4 1 2 目前汽车造型设计流程中的存在问题2 8 4 2 基于数字信息化汽车造型设计方法的汽车设计流程2 9 4 2 1 并行工程2 9 4 2 2 创意设计中的数字化造型3 0 4 2 3 设计数模的定义3 0 4 3 本章小结。3l i i i 武汉理工大学硕士学位论文 第5 章从草图到设计数模的二次造型设计3 2 5 1 关于设计数模。3 2 5 1 1 设计数模的作用3 2 5 1 2 设计数模的特性3 3 5 2 设计数模的二次造型设计开发3 4 5 2 1 手绘效果图传达的设计语义分解3 4 5 2 2 设计数模曲面的快速构建3 4 5 2 3 设计数模可调性初探3 7 5 2 4 设计数模在设计过程中的交互作用4 0 5 4 本章小结4 2 第6 章车身数字化造型案例分析一4 3 6 1 明确5 w 1h 4 3 6 2 草图与设计数模开发4 4 6 2 1 构思草图4 4 6 2 2 草图语义分解4 5 6 2 3 设计数模开发与评价4 6 6 2 4 设计数模回馈5 4 6 3 本章小结5 4 第7 章总结5 5 参考文献。5 6 j l 定谢5 8 发表论文及参研项目5 9 i v 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 背景 第1 章绪论 市场竞争日趋激烈，汽车工业飞速发展，全球的汽车生产厂商都在加快各 种车型更新换代的速度，相应的，新车型的研发时间也需要大幅度缩短。由于发 动机，底盘设计制造技术基本成熟，且难以在有限时间内形成较大的技术性突破， 新车型的变更主要体现在电子设备和造型的更新上。造型是汽车评价中最直观， 最有感染力的部分；是和广大消费者直接“对话的部分，它从很大比例上决定 了汽车作为一种商品在日益严峻的市场环境下的竞争力。 新车型的开发首先是新车身的开发，其开发周期，制造成本在整车研发过 程中占有很高比例，且有继续上升的趋势。4 0 的设计师与工程师都在从事与汽 车造型相关的开发。车身造型已成为汽车整车产品中最活跃的因素，且受制于生 产过程中的诸多限制条件，是车身开发过程的关键。 车身数字化是计算机辅助技术在车身造型方面发展到一定程度的必然产 物，它为汽车造型设计提供了更加快捷的方式，国际上包括德国大众v o l k s w a g e n ， 奔驰m e r c e d e s b e n z ，宝马b m w ，美国通用g m 等大型汽车企业的造型开发过程 已经全面进入了车身数字化阶段，通过有效的引用各种计算机辅助技术使得整个 造型设计开发过程形成一个交互性极强的数字化信息网，使车身造型工作达到不 同于以往的新平台。 我国汽车工业正在经历由引进成熟车型到自主开发设计过渡的过程，汽车 造型设计尚处在探索阶段，与国外知名的汽车制造商和设计部门还存在很大差 距。虽然目前国内汽车造型开发过程中使用到一些计算机辅助技术，但车身数字 化造型还没有系统地融入到车身造型设计流程中，导致流程互动协调性差，设计 制造精度低，设计周期长的问题：例如交互沟通不力导致数模关键部位的多次重 复修改；再例如只能一环扣一环的传统串行工作流程，不但没有发挥车身数字化 技术的优点，而且每一次变动和修改都要牵一发动全身，这显然无法适应中国汽 车工业的发展速度。 综上所述，对于目前我国的汽车造型设计所处的尴尬局面，将车身数字化 技术有效地融入汽车车身造型设计流程中，寻求一种系统的，高效的造型设计方 法迫在眉睫。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 研究目的和研究内容及拟解决的关键问题 本文首先从车身数字化技术本身对高质量曲面模型的构建问题进行深入研 究，其次结合所做项目，以及与工业设计，计算机辅助设计学科的交流，系统的 对车身数字化技术在车身造型设计流程中的应用方法进行探讨。这样做的意义在 于：可以通过理论和实践相结合的方式，探索出一种可能的，车身数字化技术与 车身造型流程有机结合的，适用于我国车身造型技术发展的造型设计方法；文中 提到的车身数字化技术的新结论，数字化造型设计流程的新方法有助于提高我们 的汽车造型设计水平。 研究目标： 首先针对车身数字化技术本身对高质量曲面模型的构建问题，重点探索高 质量曲面的划分规律，拟提出汽车高质量曲面快速建模方法的有益结论；其次结 合所做项目，以及与工业设计，计算机辅助设计学科的交流，系统的对车身数字 化技术在车身造型设计流程中的应用方法进行探讨，拟总结出一种由创意s k e t c h 到初期数模的车身数字化技术与车身造型流程有机结合的系统的方法。 主要研究内容： 1 ) 车身概念设计和造型理论的发展状况。重点理解汽车造型的语意表达以 及其对客户心理产生的交互作用。 2 ) 比较分析b b n ( b e z i e r ，b s p l i n e ，n u r b s ) 模型的特性，结合建模软件 a l i a s 的建模方式，重点研究b e z i e r 模型的性质。 3 ) 选择某车身曲面的典型部位，提供多种可能的划分方式，建立曲面模型， 并对其平顺性、点云贴合性、曲面可调性进行评估。在上述各项的基础上，研究 不同曲面划分方式对模型建立过程和结果的影响，并总结出曲面划分的指导性依 据。 4 ) 探讨上述车身数字化过程的有效介入方式，在此基础上提出由s k e t c h 到初期数模的中间辅助环节。 5 ) 进行某轿车的造型设计开发过程的案例分析。 拟解决的关键问题： 1 ) 曲面的可调整性分析 2 ) 车身数字化技术与车身造型流程的系统的融合。 1 3 研究思路和方法 拟采取造型理论与数学模型理论并行的方式，提出车身数字化技术在造型 设计流程中的有效介入方式，建立由s k e t c h 到初期数模的中间辅助环节，借助造 2 武汉理工大学硕士学位论文 型软件a l i a s 完成数模的建立，进而提出高质量曲面快速建立的有益结论。 1 4 本文主要布局和章节安排 按照上述研究思路，本文研究的主要内容和章节安排如下图1 1 所示： 第一章介绍本文研究背景和意义；第二章研究汽车造型的予以表达，第三 章从车身数字化技术的数学模型研究其在相应软件中的实施方式，这两章是本文 的理论基础；第四章介绍数字化造型在设计流程中的介入方式，重在实践部分的 基础；第五章以前三章为基础，着重从技术和流程两方面研究设计数模的建立问 题，提出车身设计数模的适形性和可调性的实现方法；第六章是第五章所提出新 方法的试验性实践过程。第七章为全文的总结和展望。 1 4 本章小结 图1 1 本文的行文流程 本章首先概括介绍了汽车数字化造型设计的发展背景，指出汽车造型是汽车 工业的重要方面，车身数字化则是在汽车造型中占有越来越重要的地位，继而提 出适应发展特点的设计方法，从而引出本文的研究目的和技术手段，确定行文思 路和章节安排。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章汽车造型语义表达 设计是一门语言，汽车车身造型设计也是如此，它是汽车与消费者直接“对 话”的部分。消费者基本上不会从专业的角度去分析和归纳一辆车造型给他们传 达的语言，但是他们却对这样的语言有着极高的敏感性，并且会在第一 时间把这种语言所包括的视觉信息，感觉信息以及其它信息与自己的需要作 比较，或认同，或排斥；上述这种对话的过程直接影响到汽车作为一种商品 在市场上的表现。 因此，专业的设计师会采取各种方法去研究汽车造型与目标消费群的这种 对话的规律性，并在设计过程中反复推敲和斟酌新的指导设计会带给目标消 费群怎样的语言。这是一个用造型达意的过程，常以草图的方式来表现。 目前在设计流程中，车身数字化造型设计已经直接渗透到初期草图的后续工 作，成为二次设计的过程。因此，为了在设计数模中将设计草图中所要表达 的造型语言迅速和准确的传达出来，首先必须清晰的理解汽车造型语义，在此基 础上指导设计数模的制作；否则，再好的建模技术，再优质的曲面质量，在没有 达意的情况下，也是徒劳无功。 2 1 汽车造型语义的定义 语义一词没有明确的定义，但究其含义可以追朔到1 9 世纪美国的芝加 哥学派，其中坚人物沙利文( l o u i sh s u l l i v a n ，1 8 5 6 1 9 2 4 ) 最先提出“形式 追随功能 的e l 号【l 】，他指出，“自然界中的一切东西都具有一种形状，也就是 说有一种形式，一种外部造型，于是就告诉我们，这是什么，以及如何与别的东 西互相区别开来”。 同样，汽车特有的外部形式告诉我们，这是汽车而不是其他事物；再者，同 是汽车，根据细分功能的不同，又可以分为许多种类，而每一种类的汽车都具有 自身独特的造型语言，正是通过这些视觉信号，人们得以区别汽车的不同种类和 特质。这样的不同种类汽车的视觉语言与人们对其的理解是一个互动的过程，汽 车造型所提供视觉语言的变化会使人们对其产生新的理解，这种新的理解又会被 设计师认知，在新一轮的设计过程中指导新的设计语言的生成，从这一程度来说， 汽车造型语义包含着设计语言与人们对其认知的互动的成分。 2 2 汽车造型语义的解读 汽车造型语义的解读过程因人而异，但对于特定时间，特定空间的特定人群 4 武汉理工大学硕士学位论文 来讲是具备一般性，且有规律可循的。对于成功的设计，其造型语义不仅能满足 目标人群的需求，而且具备很强的引导作用，成为下一代，甚至下几代产品的指 导原型【2 】。例如大众旗下的g o l f 车型，如图2 1 ，1 9 7 4 年的第一代g o l f 车型。当 时欧洲地区正面临石油危机，大众汽车在此刻打破后置发动机的传统，推出以两 厢掀背式造型为基准的高尔夫轿车，该车是在i t a l d e s i g n 设计公司由f a b r i z i o g i u g i a r o 主持设计，他的“折纸 设计方向在该车型上取得了成功。简洁明快的 造型方向，一直被g o l f 的后续车型沿用至今。 图2 1 第一代g o l f 体量，符号和质感是构成汽车造型的基本要素，这三个要素并不是孤立存在， 而是相互影响和制约。下面从体量，符号，和质感三方面分析汽车的造型语义。 2 2 1 体量 体量首先源于人们对建筑及其所处环境的空间关系带给人的感性理解。比如 北京的天安门是一个体型庞大，视觉上四平八稳的建筑。但其坐落在相对于其体 型更加开阔的天安门广场中，这种位置和空间上的对比马上会给人们留下气势恢 弘和神圣的感觉。这就是设计上常说的体量感的一种体现。 由上所述，对于汽车，体量并不仅仅指体积的大小，它包含汽车的特有形态 和比例在特定视觉空间中呈现的态势。从视觉习惯上来讲，走近一辆车，我们的 视觉首先接收到的并不是这辆车的某个细节，而是整辆车的体量给人带来的心理 暗示。因此，体量是车身造型中最总体和直接的要素，它先于符号和质感于人所 接收。下面举例说明。 如图1 2 所示，不同功能韵汽车其体量存在很大的差别，越野车的体量感体 多现在车轮和车体的比例，以及车体形态的特殊性；家用轿车体态中庸顺意，体 现出人性化关怀至上的特点；商务车体量感给人身份的心理暗示；近年来风行的 c r o s s 车型的体量则体现了不同基本型体量的特性取舍。这是总体展现在人们眼 前，且一眼就可以分辨的，是造型的重要因素。 武汉理工大学硕士学位论文 图1 - 2 左上：j e e p w r a n g l e r 右上：c h e v r o l e t - s a i l 左下：v o l k s w a g e n - j e t t a 右下：v o l k s w a g e n - c r o s s p o l o 再如图2 2 所示，现在跑车由于功能需要其形态都给人一种匍匐感，且有一 种蓄势待发的态势；但即便是具备相同功能的跑车，其体量在告知人们这是跑 车的共性的同时，也传递出风格迥异的个性特点，如图2 2 中左侧的p o r s c h e9 1 1 车型，其体态浑圆，古朴高雅，展现出德国特有的传统的机械美感：而右侧 l a m b o r g h i n ic o u n t a c h 的体态则是是见棱见方的楔形，就像被利刀迅速切削过去一 样，把意大利人纯粹的激情和奔放的性格展现得淋漓尽致。 图2 - 2 p o r s c h e9 11 与l a m b o r g h i n ic o u n t a c h 的体量感对比 体量受制于体积，形状，比例等多个因素的影响，且这些影响因素的微小差 别都可能导致体量感的本质变化。可以从以下几种对比情况加以说明： 第一，体量与比例有密切关系。这里的比例包括两方面，一方面是车辆在视 觉空间中所占的比例，另一方面是组成车辆的各种基本形体的内部比例。前者表 现在车辆作为整体在空间中所占的位置分布：由前图所示，跑车的车高普遍低于 1 6 米( 右方的c o u n t a c h 车高仅有1 1 5 米) ，车宽较一般的轿车更宽，使得其体 态的位置分布多集中在视平线下方，且占据了视野里的大量横向空间，给人很强 6 武汉理工大学硕士学位论文 的稳定感；后者表现在车辆的各部分基本形态在车辆这一整体中的相对位置分 布：如图2 3 所示，d o d g ev i p e r 车型，其车身前部的发动机舱占据了整车很大一 部分比例，这样的内部比例从体量上就给人以力量感的暗示。而大众b u l l 概念 车则是在有限的整车体积范围内采用长轴距，短前后悬的方式，使乘坐空间显得 更加宽敞明亮；这两款车型因内部比例的较大差异而表现出截然不同的体量感， 从而传达给人很明确的造型语意，让人们一眼就看出它们完全不同的使用目的。 短前悬，短后悬大空间 图2 - 3 d o d g ev i p e r ( 上) 与v w b u l l ic o n c e p t 车型内部比例关系 第二，相同的形状，不同的体积，即便是在同一视觉空间也会给人不一样的 感官体验。比如油泥模型的制作，起初的1 ：4 或者1 ：5 油泥模型虽然对设计工 作的评价和进一步展开有指导作用，但这样的模型扩大为实车大小还是会存在很 多新的视觉问题，且需要进一步修正：比如在l ：4 模型上某个流畅的大面被放 大成1 ：l 的形式，会因为视觉空间的有限而显得过于突出和臃肿，这就要求通 过修改线形等方法缩小这一部分面所占的比例，使整车的体量感看上去合适；这 也就是为什么汽车造型设计的开发流程一定要做一个l ：l 的实际大小实体模型或 者虚拟现实模型的道理。 第三，相同的形状，相同的体积，不同的质感在同一视觉空间会给人不一样 的体量感。这里的质感，是汽车特定造型下，对其色彩和材质的一种感性认识。 如图2 - 4 所示，2 0 0 5 年和2 0 0 6 年的z o n d af 车型对比，车体的形状几乎没有改变， 但相应的车体材质变化为表面无彩色涂装的碳纤维材料，配以小片的暗红色的布 项和贯穿车体侧面的暗红线条，导致2 0 0 6 年的车款较2 0 0 5 年有更强烈的手工打 造的痕迹，显得更像是一件精致华贵的手工艺品，这在体量上有一种浓缩的意味。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 42 0 0 5 年与2 0 0 6 年z o n d a f 车型对比 第四，类似的形状，相同的体积，不同的符号在同一视觉空间会给人不一样 的体量感。如下图2 5 所示，两个相等的方形，被竖线分割显得高，被横线分割 的显得低。对于车身造型是同样的道理，把车身类比于矩形，把车身上的符号类 比于分割线，这种符号对于体态的分割，从而影响汽车体量的作用是显而易见的。 大型拖车的水平分割线，使车身显得宽敞而稳定，在体量上给人相对的安全感。 2 2 2 符号 图2 5 矩形分割与m a n 拖车 符号是三个基本要素中相对明确和具体的概念，它是存在于基本形态上的点 睛之笔。车身造型语义中含有大量的符号语义，大到车身的腰线，前进气隔栅， 车灯形状，车窗形状，d , n 车门把手，后视镜，甚至每一个倒角的大小；这就要 求同一汽车造型符号的表现需要在层次分明的基础上突出主体，既不能干篇一律 求大同，平淡无奇，也不能各式各样，杂乱无章。即在美学上满足节奏与韵律之 间的依存与互动【3 j 。例如汽车车标本身就是作为品牌形象的符号，将其置于前进 气隔栅的正中，与进气隔栅直接呼应，或者直接作为进气隔栅的一部分，这就将 符号置于最显眼的位置直接表现出来。如图2 - 6 所示。车标，进气隔栅，车灯之 间的关系是相互依存和互动的，主次分明，既和谐统一又不失活跃气氛。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 6 主要符号的表现：车标，进气隔栅，车灯之间的层次 2 2 3 质感 在2 2 1 节中提到，汽车造型语义中的质感指的是是汽车特定造型下，对其 色彩和材质的一种感性认识。我们常说的汽车工艺美就属于质感的范畴。如，铸 造成型工艺，具有曲线与直线相结合的特点，给人以粗犷、原生态的感觉；而焊 接工艺棱角分明，具有刚健挺拔的形体美。从车身总体来讲，车身常用的冲压成 形工艺具有直圆结合的特点，这常常会给人以圆润、光滑的材质感；细化来说， 车身的每一个渡铬件，塑料件，铝质轮圈，或是布艺，碳纤维等其它材质，构成 了汽车的质感语义。英国m 硒品牌是一个善于运用多种方法来表现汽车质感的 品牌：如图2 7 所示为两款m i n i 车型的对比，左侧是j o h nc o o p e rw o r k s ，定位 为硬顶运动款，右侧则是软顶休闲款的c o n v e r t i b l e ，比较两款车型，我们可以发 现，即便是同一车型和车身平台，不同的材质和工艺会表现出截然不同的质感语 义，左侧鲜艳红黑搭配条状涂装表现出一定的攻击性，一体成型的亮黑硬顶与半 光运动黑塑料进气隔栅相对比是目前流行的运动款搭配，突出运动的特质；右侧 则运用了舒缓的米白色涂装，配以适量的渡铬件和暗蓝色布顶装饰，表现出自然 温和，舒适宜人的休闲质感语意。 质感表现运动獬囊惑表现休爵。何铲一：”? 图2 7 两款m i n i 车型对比 2 3 车身数字化造型中的体量，符号及质感表现问题 对于车身数字化相关工作而言，上述体量，符号及质感问题贯穿了整个设计 数模建模过程，如何准确把握设计意图，将设计语意准确的在3 d 数模中表现出 来，是一个越来越重要的课题。这在第五章中将作详细叙述；这里先简单介绍三 9 武汉理工大学硕士学位论文 者在车身数字化造型中的表现。 在符号表现中，常常遇到线形的调整等问题，比如腰线调整的塑型性和流畅 性，再比如某处隔栅的间隙调整的比例问题，等等，这需要作不断作比较，从中 寻找最优方案，而不是凭空想出来的。 在质感表现中，在渲染中对比是重要的一环。现有的渲染软件包括r 盯，3 d s m a x ，h y p e r s h o t ，i m a g e s t u d i o 等等，还原真实场景的实时渲染技术正在不断的成 熟过程中，通过这些不同肌理材质的评价，选择出合适的质感表现。如图2 8 所 示为某实时渲染过程的材质表现，我们可以发现，渲染和场景的变化是密切联系 的，材质的反射，折射或者自发光都和在某种特定环境下得到特定的质感表现， 例如镀铬件基本上是对环境的反射，此外还带有一定的金属材质成分，如果环境 过于简单或者整体泛白，比如在开阔的海边的晴朗天气，镀铬件的质感反而难以 表现，镀铬件的质感表现与其表面在车上的位置和方向有重要关系，这就要求数 模建立时对这类表面给与充分的考虑。 图2 8 某实时渲染过程的材质表现 笔者认为体量是较符号和质感更重要的造型语义要素，且是是车身数字化造 型中最难把握的一个关键因素，原因如下： 第一，大量的不确定性。二维设计草图所传达的设计语义意向停留在特定的 视觉空间内，表现于纸面之上，这种突发性和偶然性的灵感，具有一定的模糊性， 而初期3 d 数模是一个对上述造型意向具体化的过程，需要将一些由2 d 到3 d 过 程中不确定的因素具象化，而这些新加进来的大量的具象化因素对于最初体 量感设计意向有着不同程度的干扰，但这样的干扰往往又是难以被察觉的。的对 这就对初期3 d 数模的构建提出了很高的要求，需要在建模过程中不断地反思， 草图设计师的造型意向是否能够实现，如果能，如何实现；如果不能，为什么。 这对于符号和质感语义的判断是相对容易把握的，但对于体量感的判断往往是模 糊的：在设计工作中常常出现的情况是，草图设计师记录在草图上的意象被模型 师快速实现成3 d 设计数模时，只是形式上有有相似性，但并没有达意，不够出 彩，甚至与造型初衷相悖。 第二，体量上存在的问题具有相当的隐蔽性，这在数模构建初期是难以发现 l o 武汉理工大学硕士学位论文 的，需要在实践中不断调整。对于上述第一点中出现的问题，往往发现数模对于 符号和质感语义的把握都没有太大问题，但就是“不太对劲”，这时就需要考虑 体量上的问题了：需要找到最初设计意向中体量感无法达到的具体原因，到底是 出在设计草图上，还是在设计数模的把握上，还是两者皆有，然后相应的对草图， 或者数模作修改，或是两者折中。这在第五章中将作详细说明。 第三，体量上存在的问题即便被发现，也难以修改。体量是起始因素，是表 现符号和质感的基础。首先体量的修改本身存在难度，比如汽车车项盖的形状调 整，往往都是对其控制点作厘米，甚至是毫米级别的微调，但对整体体量感的表 现有很大影响，这时具体如何去调整车顶曲面的控制点，需要采取不同方案，然 后作比较；其次，体量上上出现了问题，符号和质感也要跟着做调整，比如上述 车顶做了微调之后，车窗形线，镀铬装饰条形状都要跟着做调整，以使看上去协 调，这就对数模的可调整性( 将在第五章中作详细说明) 提出了很高要求。 总之，车身数字化造型不仅仅停留在技术问题层面上，更是对草图所包含造 型语义的具体化。 2 4 设计实践中的汽车造型语义传达 在汽车造型设计实际工作中，首先要调查各种造型中可能用到的信息，研究 企业品牌产品的形态特征，研究市场上消费者的认知习惯和心理需求，流行性趋 势，在此基础上有明确的市场定位1 4 j 。其次进行二维设计表达，这是由于二维设 计表达可以实时关注设计师的灵感闪现和概念发展的各种可能性，所以造型语义 首先在二维设计草图和效果图中体现，然后过渡到油泥的制作。但由于近年来三 维造型技术的成熟和不断完善，在油泥工作之前和油泥制作过程中引入了设计数 模的概念以及相关的工作方式。二维平面载体上的造型语义被直接传达到三维数 模中，这是一个跨度很大的过程，可以称作是一个再设计的过程，造型语义是否 能够准确传达而不是背离初衷，与设计数模的表达的水平好坏是直接相关的。 2 4 1 市场形态语义 首先需要研究人们的认知习惯和心理需求。这里涉及到很多细节的和基本的 问题，例如对于一辆汽车而言，多数人在视觉上习惯性的理解为四个轮子与一个 盒子的组合体，这是与汽车的基本作用在人们心中的习惯性暗示有关的，因此， 汽车造型与盒子的相似程度与消费者对于汽车的心理需求是有一定关系的； 在设计中，既有突出盒子形态的设计，也有从视觉上将盒子感弱化的设 计，但对于多数消费者而言，汽车造型与盒子的相似程度是存在一个平衡的， 武汉理工大学硕士学位论文 如图2 - 9 所示为两种相对极端的情况：左边n i s s a nc u b e 车型整体看上去就像是 一个大盒子，突出了空间的使用效率与人性化；右边k t mxb o w 运用不同的色 块和多边的几何元素使整车看上去是由各种结构框架搭接而成，突出了结构感， 从而弱化汽车与盒子的相似性。再如本章第二节所述的v wg o l f 第一代的主 要设计师乔治亚罗认为，当交通拥挤时的汽车常以3 0 - - - 4 0 k m 时速行驶，空气阻 力已没有多少考虑的价值，因此没有必要为追求流线型车身而增加成本且车身低 矮，使乘客必须弯腰爬入车箱；同时，他还逆当时追求豪华长车身的倾向而行， 认为即使车身加长1 0 c m ，气派并无显著增加，却会使意大利公路上的2 0 0 0 万 辆汽多占2 0 0 0 k m 空间，从而加剧交通堵塞。基于这一思想，他设计了短车身， 大内部空间的“菲亚特乌诺”型轿车( 如图2 1 0 所示) ，获得了1 9 8 4 年最佳汽 车称号。设计者对已有信息的理解和深入，对市场语义有创新性和引导性的自我 认识，并坚持将这种认识结转化为设计语言，最终获得了成功。 图2 - 9 汽车与盒子的相似性：两种相对极端的情况 图2 1 01 9 8 4 年的菲亚特乌诺型轿车：短车身，大空间 其次需要时时关注流行性的形态语义。随着时间的发展，汽车同其它大多数 产品一样，其更新换代的速度越来越快，产品划分越来越细致，各种造型层出不 穷，风格各异，但从整体来看，还是有一定的流行趋势的。汽车的造型设计处于 新车型研发的初级阶段，如果仅仅考虑同期市场上的造型状况，可能到新车型下 线的那天，这样的造型特点已经过时，所以为了能预知在不久未来可能的潮流趋 势，关注市场上的各种流行语义是必须的，这样的流行语义不仅仅局限于汽车造 型本身，还包括人们日常生活各个方面。如图2 1 1 所示，为某概念车型开发前 期的流行性语义展板，围绕一个初步的设计意象，各种人们关注的新事物被筛选 1 2 实际上快速效果图与草图并无本质区别。所谓效果图也可以理解为绘制时间 更长，表现更为充分的草图。也就是说，如果在一些设计草图上投入更多时间， 进行深入细节的刻画，即可称为效果图。效果图根据绘制的精细程度分为快速效 果图和精细效果图。通常一张设计草图的绘制时间大约在几秒钟到十几分钟之 间；快速效果图的时间在数分钟到几十分钟左右；而如果绘制时间超过几小时且 绘制精细，细节丰富，即可称为精细效果刚引。对于有经验的专业设计师，准确 武汉理工大学硕士学位论文 把握空间形态的透视相对比较容易，更多的精力是放在对创新形态的思考和处理 上，如图2 1 3 所示为b m wm 1 车型快速设计速写，几秒钟到数分钟完成的快速 设计速写往往可以最及时，有效的表达设计创意最核心的信息；同时，由于设计 草图的不完整性和不确定性，也给作者和观者想象空间，正是这些想象空间给后 续的深入设计工作留有很多的可能性。 图2 1 3 快速设计速写b m w m l 2 4 3 设计数模之后：油泥模型制作，a 级曲面，各种工程问题 与其它日常生活用品相比，汽车体积大，外形控制尺寸严格，车身曲面多而 且复杂，除造型因素外，它同时受到人机工程学，机械工程学，空气动力学等多 种要素的制约【6 】。新车型的开发，从最初的概念设计到新车造出要经历1 8 到3 6 个月的设计周期，在造型