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目前国内的A级曲面的制作软件中，比较常用的有 Alias、ICEM Surf、UG、CATIA V5 、Imageware/Surfacer等。 科学技术发展的今天,随着计算机技术硬件的不断发展和显卡性能的不断提升,三维曲面设计软件的曲面设计能力也得以不断加强,计算机已经由高速的运算工具演变为新产品设计的得力助手,在新产品制造业中广泛应用,其相应的设计软件也应运而生,相对低端曲面设计软件主要用于做家电、家具等小新产品的前期创意和展示,如RHINO,CINEMA 4D,3DMAX等,高端的曲面设计软件可以用来做摩托车、汽车、飞机等对曲面要求高的A级曲面,如ALIAS、CATIA，Imageware、ICEM Surf等。 总的说来,国外前期造型创意、效果图,造型曲面设计和效果渲染展示都是通过ALIAS来实现的,后期的逆向处理则根据公司的情况分别运用CATIA、Imageware和 ICEM Surf来实现的. 当然没有什么软件是全能的,充分发挥软件各自不同的特点,以适应不同设计阶段的工作要求,才有利于工作流程和方法的改善.任何事情都没有绝对,每个公司、每个使用者的不同都会使最终的设计方法、软件应用研究有所差别.但殊途同归,扬长避短,改进和提高工作效率,完善工作方法对任何人都有所裨益. 1. Alias： 大多数设计公司和整车企业采用Autodesk Alias软件作为A级曲面生成工具。它主要的优点是生成曲面的速度快，在软件中可以根据造型的意图进行快速修改，进行曲面的检测和验收，还能提供很漂亮的造型展示。 Alias 数据演示给人的感觉往往造型很眩，但在软件中展示的效果与实际车辆展示效果相差太远，样件不能真实地表达汽车的造型。另外由于数学算法的局限，它的表面质量不能达到一流水平，满足不了世界上一流汽车公司对于产品表面的质量要求。Alias Studiotools软件是目前世界上最先进的工业造型设计软件。是全球汽车，消费品造型设计的行业标准设计工具。 作为世界领先3D图形技术提供商，Alias为电影、视频、游戏、网络、互动媒体、汽车、工业设计、教育和视觉成像市场开发 了众多获奖软件、定制开发和培训解决方案。Alias同时也为从初级到高级的各类用户提供其最需要的服务项目。各类学习工具及培训、支持和专业服务能满足严格的制作需求。 设计行业客户包括 AT&T、宝马、波音、菲亚特、福特、通用汽车、本田、Italdesign、柯达、Kwikset、Mattel、Price Pfister、Renault、Rollerblade、夏普、Trek Bicycle、Teague 和Timex。 Alias软件包括Studio/paint、Design/Studio、Studio、Surface/Studio和AutoStudio等5个部分，提供了从早期的草图绘制、造型，一直到制作可供加工采用的最终模型各个阶段的设计工具。 1. Alias软件拥有： (1)灵活控制的三维空间； (2)强劲而众多的曲线及曲面控制功能，比照片更漂亮的渲染效果 ； (3)NURBS曲面输出不但可作快速成型及模具制造用途，更可直接输送至其他CAD系统； (4)使用Alias设计产品的高效率足以让您游刃有余地规划今后5年的设计。 2. Design Studio 产品设计软件 Design Studio是一个将概念设计得以实施和可视化的一个工业设计系统。 其功能模块有: (1)交互式草图及喷绘； (2)自由曲面； (3)NURBS 建模 ； (4)二维至三维数学模型的转化 ； (5)设计动画 ； (6)逼真的渲染效果 ； (7)与CAD系统的数据转化 。 3. Surface Studio A级曲面软件 Surface Studio是一个可创建A级曲面的专业曲面生成系统。 其功能模块包括： (1)直接建模 (2)曲线建模 ； (3)实时评估； (4)诊断上色 ； (5)动态曲面评估 ； (6)点云数据的处理 (7)与CAD系统的数据转换 4. Studio 高端产品设计软件 Studio提供了更完美、更直观的环境以创建自由模型和精确的可加工曲面。是一个将概念设计得以实施和可视化的一个工业设计系统。 具备Surface Studio的所有功能，外加: (1)曲率连续; (2)曲面评估; (3)高阶的曲线和曲面。 5. Auto Studio 汽车设计软件 几乎被所有的汽车生产厂商应用，Auto Studio已经成为汽车设计和造型的工业标准。可建立A级（Class-A）曲面。 具备Studio的所有功能，外加: 全局变形、点云数据处理等高端模块（Global Deformation, Point Cloud）; 高级评估工具；Eval Viewer 点云数据处理 (IRIX, Solaris, HP-UX); Spider 点云数据处理 (Windows platforms) 逆向工程 除了典型的曲面设计外，Studio Tools还可用于逆向工程。 可以输入从扫描或CMM数据得到的交叉截面。通过特殊工具,截面可以控制用于曲面设计的有用曲线.有了偏差和曲度诊断的帮助,就能完全控制曲线。 还可以获得封闭的数字化截面，大大减少了需要的直接造型的工作量。 现今的工业产品造型日趋复杂，讲求流线型和美感，产品设计师对CAD软件的要求也越来越高，一般传统的CAD软件，所给设计师曲线和曲面处理的工具有限，不能满足造型设计师的需要。Alias软件从本质上区别于CAD类软件，位于产品设计的前端。其价值在于对外形设计的高自由度及其效率。Alias软件巧妙地将设计与工程，艺术和科学连接起来，整个设计流程天衣无缝，将设计,创意,与生产一元化，成为全球工业设计师梦寐以求的设计工具。应用Alias软件，可以进行上至飞机，卫星，下至汽车，日用化工产品口红等各种产品的造型开发设计，在欧美国家也广泛用于最先进的军需品的造型设计。 2. Imageware/Surfacer： 它是处理点云的高手，在逆向工程中应用非常广。 它处理点云简单、定位准确、完成曲面速度较快。因为曲面质量不高和曲面检测手段单一导致主要的汽车厂商应用较少，主要用作辅助软件。 Imageware 由美国 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。该软件拥有广大的用户群，国外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海 DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。 以前该软件主要被应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能，然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止，如此所得到的最终油泥模型才是符合需要的模型。 它的发展方向是将高级造型技术和创意思维推向广义的设计、逆向工程和潮流市场，其最终结果就是使加速设计、工程和制造的集成、速度和效率达到高水平的解决方案。允许设计者自由地凭直觉创建，同时能够在3D环境下快速地探究和评估形状设计。在捕捉物理模型的设计意图和快速后续应用方面（如FEA或CAE创建曲面，构造完美的高质量曲面，或是检测几何的质量和精度方面），能够满足艺术家、设计师和工程师对自由曲面造型的严格的要求。 2 Imageware构建曲面的特点 Imageware能够最大程度地保证构建模型的美观、真实和曲面的光顺。通过直觉造型工具，使用者可以利用曲线、曲面或者测量点来创建自由几何。动态曲面修改工具则允许设计变更以交互的方式进行探究，并立即将设计所蕴涵的美学和工程信息可视化。实时诊断工具的使用对加工前的曲面质量提供了全面的分析，包括视觉上的分析和定量分析，消除了产生错误猜测的可能。这些工具可作为一种手段来识别曲面曲率和高光效果，以发现曲面瑕疵、偏差和缺陷。高效的连接性管理工具则保证了曲面间的完美过渡。 3 Imageware构建A面的方法 1.点云数据规划 Imageware能够用高斯滤波法滤去点云数据中的噪声，再将数据拼接成一个整体，然后对全部点云数据进行规划。其中点云数据分割是规划中的重要环节。如果数据分块得当，不仅曲面的建构会变得简单，A面的光顺性也会得到很大提高。曲率分析法是数据分块的一种常用方法。车身表面的棱线和过渡线可以通过曲率的变化加以判定。 2.创建基础面 创建基础面时，应尽量将点云数据分为多个四边形子域，并且使每块分得的数据尽可能大，这样有利于曲面的重建。在拟和四边曲线时，要选用相同的参数，以避免生成的曲面局部扭曲，质量不好。然后增加面的阶次并编辑面的控制点使其达到足够的光顺与精度。在构建过程中，如果对曲面控制点的数量与排列不满意，可以通过Specify Span功能来制定控制点的数量，同时可以选择控制点的排列方式。设计人员可以借助截面线与点云作比较，帮助引导曲面编辑，使曲面能够拟和点云。这是一个无限逼近的过程，需要借助Molding Option功能来实现动态的观察。在调整控制点时，应先调整一个方向的控制点，使其贴近点云，之后再调整其他方向， 同时打开曲面诊断工具，帮助控制曲面品质。 3.曲面间的过渡与拚接 基础面创建后，对相邻的基础面必须进行过渡匹配处理。曲面之间的过渡曲面应满足给定的几何连续条件。连续曲面的种类可以自己设定。在两个曲面进行拚接处理之前，必须保证拚接的曲面阶次的定位相同，而且两曲面的特征网格线应分布在同一平面内，这样就会使拚接后的曲面不会产生扭曲变形。 4.曲面质量检查 曲面创建后，进行渲染并初步检查曲面的质量。首先可以通过曲面曲率动态显示曲面U向和V向的曲率变化与可控制的显示曲率参数变更。然后检查一下各曲面倒圆之后的连续性，连续性误差值完全在设计师拟定的A面所要求的范围内。再用反射线法，高亮显示曲面的流畅外形。直到最终达设计师的要求。Imageware提供了诸如任意截面的连续性、曲面反射线情况、高光线、光谱图、曲率云图和圆柱形光源照射下的反光图等多种检测工具，在曲面构建的任何时候都可以检查曲面的准确性、光顺性和连续性，为判断和修改曲面提供依据。 在曲面造型领域中，A面的设计越来越受到关注。尤其是在汽车的车身设计中，A面凭借其高品质的视觉感受，已成为汽车产品的竞争利器。目前，Imageware的高级曲面构建功能和质量评估功能使其在汽车车身A面构建中的使用越来越多。除了汽车工业外，许许多多其他行业的厂商在其产品的设计和生产过程中，也需要生成像A面一样的曲面。因此，Imageware在A面设计的表现，足以使设计流畅的产品外形工作变得更加轻松自如。 3. ICEM Ｓurf: ICEM Surf 是非常专业的高级曲面生成软件，是大部分的日本、欧洲和美国汽车企业的主要A级曲面生成软件，是目前公认的生成A级曲面最好的软件。 它对于曲面的操作，自由度非常高，完全可以满足造和结构对于复杂曲面的建模需要，它主要是通过调整控制点来满足造型曲面的需求。另外，它的展示功能也非常逼真，在ICEM Surf 里面做出来的图片与真车照片几乎没有差别，也就是说它的展示效果有非常大的可信度。 ICEM Surf 比其他方法具有数据更简单、更低的数学阶次的特点，这使它更快，曲面之间的配合更好更光滑。结果是成形面的设计时间更短，具有高度的可行性、可制造性而不只是概念性的。 它的数据质量非常高，检测手段简单准确，非常适合做A级曲面。同时与其它的工程软件接口做得非常好。由它生成的曲面转入其它的工程软件几乎不会有数据质量问题，而Alias、UG、Imageware等在这方面有很多的问题。 缺点是没有实体和参数化调整整车曲面的功能。 世界顶级的产品曲面设计魔术师!更是全球知名应用到曲面设计的公司首选建 模工具! 如着名的汽车公司：福特汽车公司，奥迪汽车公司，欧宝，雪铁龙，标致汽车，莲花汽车，Karmann GmbH，兰博基尼，EDAG工程与设计集团...等汽车设计公司都是ICEM Surf 的客户，当然还有各行业的许多曲面设计建模公司也为ICEM Surf的客户. ICEM Surf所提供的尖端技术，确保用户在当今竞争激烈的全球市场上，能生产出一流的产品。被公认为建立和修改A级曲面首选系统的 ICEM Surf，能满足从美学设计人员到生产工程师等所有人的需求。 ICEM Surf的柔性产生了当今设计环境所需的高质量曲面，并大大缩短了整体设计时间。产品开发小组使用ICEM Surf，把传统工艺过程远远抛在身后。 ICEM Surf集成解决方案，能让用户实施一种被称为虚拟建模技术的全新、高效产品开发方法。设计人员和工程师可以在屏幕上，动态进行设计工作，并可立即看到他们构想的美学形像和工程效果。 只有ICEM Surf支持直接建模技术，它对设计和工程的更新周期进行优化。在创建原始形状后，用户可以通过直接建模、操纵曲面甚至直接处理扫描数据（点云），来集中精力完善形状。由于扫描数据或曲面可以被直接处理，所有特徵都得到动态更新。使用ICEM Surf，用户可以获得所见即所得的效果。 通过使用ICEM Surf全局建模特徵，整个模型细节能够以全交互和动态方式进行修改 为美学工程师提供了一个推出设计解决方案的交互式工具。通过特徵建模技术，可以不费吹灰之力，就把设计从结构化曲面调 整到要改进的美学表面。而且，利用同步进行的实时分析，能让用户在处理曲面时，从参考平面，动态观察监视反射线、曲率或偏差。采用这些方法，结果是得到了前所未有的高质量曲面，这样，设计人员就能在其它系统所需的一小部份时间内，致力于可以生产的曲面。 ICEM Surf增加了一个新的渲染模块，它提供了高级渲染功能和逼真图象，为设计人员提供了一个逼真的模型视图，以便用于展示及设计评审。在继续几何体建模的同时，使用立体方式，把CAD模型进行3D形像化。基于这些技术的ICEM Surf，是汽车、产品设计、工具和模具工业的首选工具，用于复杂曲面建模和分析。并且通过一组完善、直观及标准的CAD接口， ICEM Surf可以很方便地与任何CAD系统集成。使用 ICEM Surf，产品造型不再受工程的制约！ ICEM 造形与曲面解决方案业界中最创新、所向无敌的曲面技术工具ICEM Surf 为评估其他A级曲面处理软体效能的标竿产品。这套极具弹性的程式，大大简化了目前设计环境所要求的高品质曲面生产作业，并且也大幅缩短了整体设计时间。这样卓越的表现，关键在於使用者可从一套管理完善的资料库来建立简单而高精确度的曲面模型，使用者并能随时掌握所有状况。 采用ICEM Surf 的产品开发小组成员，可完全抛弃过去传统的作业流程。ICEM Surf的Virtual Modeling，是一个互动式的操作环境，能够让使用者进行可行性研究的分析，满足设计师和工程师的需求。只有ICEM Surf支援最直接的模型制作技术，它可以大幅缩短设计和工程方面的更新周期。 对於设计师来说，Global Modeling 可以让他们以互动且动态的方式修改整个细节模型，Global Modeling是美学设计师找出设计解决方案不可或缺的一样工具。而对於工程师来说， Feature Modeling可以让他们轻易的让结构曲面与修改后的美学曲面结合。当曲面被直接处理的时候，曲面诊断作业会自动更新。这种方式可以获得无与伦比的曲面品质，并且可以让设计师和工程师在符合生产品质的曲面上，迅速取得共识。 ICEM Surf 擅长於逆向工程的领域，超强的功能使ICEM Surf 比别的系统在更短的时间内，完成数位化实际模型的输入作业。ICEM Surf Scan可以让使用者有效率的处理密集、整齐或 随机的云状点资料；而ICEM Surf Clay则提供强化的Global Modeling支援扫瞄作业。 ICEM Surf 衔接了美学设计师和生产工程师之间的需求，除了Pro/ENGINEER之外，ICEM Surf也支援许多其他完整标准的CAD界面，利用这些界面，ICEM Surf便可以很轻易的融入任何CAD/CAM环境。 4. UG: 这是以通用汽车为代表的部分美国公司的主要A级曲面生成软件。比起Alias、ICEM Surf 软件，UG的应用更加贴近工程化，更能满足曲面结构设计的需要；另外，参数化功能是它的特色，局部参数更改可以调整造型曲面，使更改应用较为方便。 5. CATIA V5: 这是新一代主力工程软件，在结构设计上有非常大的优势。但是在A级曲面生成方面使用过于麻烦，并且约束条件较多，花费的时间比其它软件多几倍，其优势在图纸生成和实体方面应该是最好的。 下一代产品将要把ICEM Surf 的主要功能作为一个模块ICEM Shape Design添加进来，那时它将在高级曲面生成方面的应用会提高一大步。 1 CATIA介绍 CATIA是目前一种优秀CAD/CAM/CAE/PDM软件应用系统，由法国著名飞机制造公司Dassau1t 开发。工作站版的该软件运行于IBM 的工作站上，驱动系统为VM/CMS，而新版既可运行于IBM 的工作站上，也可以运行在高档微机平台上。CATIA 起源于航空工业，它可以帮助用户完成大到飞机小到螺丝刀的设计及制造，提供了完备的设计能力。其最大的标志客户即美国波音公司，波音公司通过CATIA 建立起了一整套无纸飞机生产系统，取得了重大的成功。 曲面造型模块的是评估任何一种成功的CAD 软件的基础，也是计算机辅助几何造型设计（CAGD）的主要方法和手段之一。所谓CAGD,即主要研究工程中的几何造型问题。它是对各种几何外形信息的计算机表示、分析和综合。曲面造型主要研究曲线曲面的表示方法和分析综合。广泛应用在航空、航天、船舶、汽车、轻工业等行业中。它的主要数学理论基础即为计算几何（Computational Geometry）,由函数逼近论，微分几何、代数几何、计算数学、计算机图形学等形成的。与UG、I-DEAS、EUCLID、PRO/ENGNEERING等现在流行软件相比，该软件在曲面造型方面具有其独到的数学准确性的特点。 在汽车曲面的设计中，有很多部分在结构上是由一系列复杂的空间曲面构成的，这些曲面是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，这种连接既要满足零件功能、结构的要求，又要光滑过渡，达到平顺、和谐的效果。CATIA 软件的曲面造型模块功能为这类零部件的设计提供了先进、方便、快捷的手段，使产品的设计更趋完美，设计周期越来越短，极大地提高了产品开发效率。 CATIA 曲面造型技术主要有规则曲面造型和复杂曲面造型两种，以不同的数学算法为依据，充分考虑各种可能的情况和边界条件，建立了强大的高级曲面和曲线的造型功能模块。具体如下： 根据其曲面构造的方式，曲面分为以下几类 1. 扫描曲面：发生线沿“脊线”运动扫过形成的曲面； 2. 截面驱动曲面：控制各截面形状/面积，按“脊线”运动形成的曲面； 3. 连接曲面：以确定的控制线对两个曲面倒圆形成的曲面； 4. 填充曲面：在已有的曲面围成的区域的空白处填充形成的曲面； 5. 网格曲面：由一系列纵横交错的曲线逼近形成的曲面； 6. 规律描述曲面：对构成曲面的某一特征量如角度、半径、面积等按定义的规律变化形成的曲面； 7. 布尔运算曲面：对几个曲面的布尔运算形成的曲面。 复杂曲面的造型是以不同曲线、曲面及各种边界为约束条件，由一组曲线按一定的规律运动和变化产生的。曲面的质量即曲面的光顺性取决于曲线的光顺性，因此构造高质量的曲面，必须先构造高质量的曲线。CATIA 提供了REFLECT、COMBINE，PROP 等生成光顺曲线的强大功能。通过光顺处理的曲线构造出的曲面借助于曲面渲染着色等方法进行粗略地检验、修正，还可以进一步借助于分析工具定量分析曲面的最大、最小和高斯曲率，之后根据需要进行修改，使之满足设计需要，达到满意 的效果。 因此我们可以看出曲面造型功能模块在CATIA 软件中的重要地位与巨大作用。正因为CATIA 所具有的强大的曲面设计造型功能，使我们在产品设计中外形更完美，在设计过程中对结构的了解更清晰，对结构发展的进一步探索起到了积极的作用。CATIA 的应用，使我们在汽车产品零件复杂曲面造型设计中使这项工作更加容易实现和方便操作，使设计过程简化、快捷、精确，缩短了开发周期。 A 级曲面的未来发展及在更多产品上的普及，ICEM Surf 将会起到至关重要的作用。 |
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