基于逆向工程的汽车车身三维造型设计(2)

所谓的直接生成曲面是指不需要构线，对点云进行处理就可以生成曲面。直接生成的NURBS曲面可以直接导入到CAD系统中进行下一步的处理，可以输出很多种格式，如IGES、STEP等。图5为生成的NURBS曲面。

图5 NURBS曲面

2.2 由点、线、面的重构过程

点—线—面过程主要是利用3D曲线、3点圆弧构建曲线，然后利用扫掠、桥接、倒圆角等命令对曲面进行处理。

1）创建车身曲线。由于车身是对称模型，因此创建曲线之前需要截取一部分点云，最后通过镜像得到整车模型。创建曲线是在已有的点云基础上截取部分点云，然后由截取的点云生成曲线，最后调整曲线的控制点来控制精度，让其和点云的误差最小。生成的曲线要尽可能简单，能够反映曲面的大致形状，这样才能保证重构后的曲面有足够的光顺性，同时误差也较小。图6为截取的车身侧面点云和由截取点云构成的线。

图6 截取的点云和构成的线

2）创建车身曲面。创建曲面通常光滑和精确是不能同时兼顾的，只能居其中或者择其一。为了控制误差，通常利用调节控制点来控制曲面与原始点云的距离，这种方法通常是手动调节，因此也是存在一定误差，但是也基本可以满足工业要求。图7为车身侧面控制点模型，图8为重构的车身侧面曲面与原始点云之间的误差。

图7 车身侧面控制点

图8 车身侧面与原始点云误差

由图8可以看出：车身侧面原始点云（蓝色区域）和重构的曲面（红色区域）分布比较均匀，这样就可以大致确保曲面与点云的误差了。如果出现大面积红色或者蓝色区域，则说明重构的曲面与原始点云误差较大，不能满足需求。这种方法是通过调节控制点来控制误差，本文车身逆向设计主要是利用这种方法。图9为通过这种方法重构的引擎盖和车身顶部曲面。

图9 引擎盖和车身顶部

2.3 各个曲面间的处理

各部分曲面创建好了之后，需要对曲面进行倒圆角、修剪、桥接、缝合等操作，以得到连续性的曲面。倒圆角是一种基本的曲面间处理方式，圆角过渡不仅避免了应力集中，提高了强度，而且直接影响产品的美观程度。图10为车尾曲面间倒圆角前后效果图。

图10 车尾曲面倒圆角前后效果

图11 整车车身模型

3 车身曲面质量评估

3.1 曲面连续性分析

对于车身而言，连续性就是指曲面间曲率均匀过渡、无坏点。曲面的连续性大致包括以下4个方面：位置连续（G0）、切线连续（G1）、曲率连续（G2）、曲率相切连续（G3）。一般情况下，只要满足切线连续就可以，基本可以满足工业上需求。在汽车行业有一个名词：A面。所谓A面就是指必须满足相邻曲面间间隙在0.005mm以下，切率改变在0.16°以下，曲率改变在0.005°以下的曲面。一般通过曲率梳可以判断曲面的连续性，曲率梳相邻曲率针长度和方向反应曲面的曲率值和曲率方向。检查U、V方向的曲率梳得到车尾和车头的分析结果，如图12所示。