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隨著人們對外觀的要求逐漸提高，三維設(shè)計中曲面造型技術(shù)在汽車、航天航空、電子消費類產(chǎn)品乃至日常家用產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛。實際上，曲面造型技術(shù)很大程度上是伴隨著汽車行業(yè)發(fā)展起來的，60年代初，由于飛機、汽車出現(xiàn)大量自由曲面設(shè)計問題，法國雷諾汽車工程師皮埃爾·貝塞爾引領(lǐng)了第一次曲面造型的CAD技術(shù)革新，誕生了貝塞爾算法（即：Bezier算法），70年代出現(xiàn)了B樣條曲線概念，后來Bezier算法和B樣條曲線融合并升級為NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）方法，即非均勻有理B樣條曲線，可通過控制頂點來控制曲線曲率、長短、方向等。1991年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）頒布了關(guān)于工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的國際標(biāo)準(zhǔn)，將NURBS方法作為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)描述方法。

圖1.汽車存在大量曲面造型設(shè)計問題

曲面造型質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)：高階曲線曲面連續(xù)

現(xiàn)階段，在曲面造型設(shè)計領(lǐng)域，NURBS是主流三維CAD軟件通用的曲線曲面表達(dá)方法。而能否達(dá)到高階曲線曲面連續(xù)，是衡量一款CAD軟件的曲面造型質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。通常情況下，汽車行業(yè)將曲面分為A、B、C三個等級，其中，A級曲面既能滿足空氣動力學(xué)、幾何光滑的要求，又能滿足曲面造型審美需求，代表了最高的曲面質(zhì)量，汽車的外表面以及內(nèi)飾件的表面一般為A級曲面。

圖2.A級曲面的汽車造型

回到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎銠C數(shù)學(xué)上，三維CAD軟件是以什么標(biāo)準(zhǔn)定義曲面造型質(zhì)量呢？這就要提到“曲線曲面連續(xù)性”的概念。曲線曲面連續(xù)性是判定曲線曲面連接質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，G0/G1/G2/G3是連續(xù)光滑等級，數(shù)字越大，曲面越光滑。

圖3.曲線曲面連續(xù)等級越高，曲面越光滑

前面提到的“A級曲面”，必須滿足相鄰曲面的間隙在0.005mm以下，比頭發(fā)絲直徑還細(xì)（有些高端汽車廠商甚至要求達(dá)到0.001mm水平）、切率改變在0.16度以下、曲率改變在0.005度以下等條件，即至少達(dá)到G2以上曲面連續(xù)，這樣才能保證車身外形是光順和流暢的。現(xiàn)實中，曲面G1連續(xù)就能滿足大部分產(chǎn)品開發(fā)需要,G3高階曲面連續(xù)是目前三維CAD軟件都在追求的最高曲面連續(xù)能力，但其技術(shù)開發(fā)難度極大，能做到軟件在全球范圍內(nèi)都屬鳳毛麟角。 

中望3D曲線曲面連續(xù)技術(shù)：正從G2向G3快速進階

為了滿足高質(zhì)量、高精度的曲面設(shè)計要求，中望研發(fā)團隊在高階曲線曲面連續(xù)技術(shù)上做了深入的研究，持續(xù)提升中望3D的底層建模能力，如今的中望3D已是國內(nèi)少數(shù)擁有高階曲面建模能力的三維CAD軟件。那么，中望3D能支持的曲線曲面連續(xù)功能命令究竟有哪些，應(yīng)用程度又如何呢？

前面已經(jīng)提到，曲線是構(gòu)建曲面與造型的基礎(chǔ)，高階曲面連續(xù)很大程度上依賴于曲線之間的連接質(zhì)量。經(jīng)過持續(xù)的迭代升級，最新版本的中望3D主要NURBS曲線命令均支持G3連續(xù)，主要曲面命令均支持G2連續(xù)、部分命令支持G3連續(xù)，為曲面造型能力的快速發(fā)展打造了堅實基礎(chǔ)。

表1：中望3D曲線連續(xù)功能命令

表2：中望3D曲面連續(xù)功能命令

以上中望3D命令創(chuàng)建的曲面，通過斑馬線分析（是三維CAD軟件中分析曲面質(zhì)量的常見方法）可驗證曲面的拼接質(zhì)量達(dá)到G2及以上連續(xù)。使用曲率連續(xù)分析采樣結(jié)果，均保證曲面間隙在0.005mm以下，切率改變在0.16度以下，曲率改變在0.005度以下，達(dá)到前面提到的A級曲面邊界連續(xù)性要求。

下面，我們通過三個產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用案例來了解中望3D曲面建模能力的實際應(yīng)用效果：

（一）汽車外觀件設(shè)計

如倒后鏡等汽車的外觀結(jié)構(gòu)件的曲面拼接，其倒圓角也必須達(dá)到G2曲面連續(xù)，這樣的汽車外輪廓才能流暢。

圖4.達(dá)到G2曲面連續(xù)的汽車倒后鏡設(shè)計

（二）手機外觀面設(shè)計

現(xiàn)在大部分手機外屏特別是圓角過渡處，也要求至少達(dá)到G2曲面連續(xù)，讓整體外觀更具科技感，手持時的觸感更舒適。

圖5.達(dá)到G2曲面連續(xù)的手機外屏設(shè)計

（三）人機工程學(xué)的產(chǎn)品

一些需要滿足人體工程學(xué)的產(chǎn)品，如座椅、手持式按摩器、耳機等，也日漸要求更高的外型質(zhì)量。如下圖中的無線耳機，所有曲面拼接處要求滿足G2連續(xù)，才能更符合人體耳朵結(jié)構(gòu)。

圖6.達(dá)到G2曲面連續(xù)的無線耳機外形設(shè)計

總結(jié)：

高階曲線曲面連續(xù)技術(shù)已成為現(xiàn)代高質(zhì)量產(chǎn)品設(shè)計必備的核心技術(shù)，是衡量一款三維CAD軟件建模能力的重要指標(biāo)，同時也是幾何計算機輔助設(shè)計的技術(shù)攻關(guān)難點。目前，中望3D全面支持G3曲線連續(xù)、G2曲面連續(xù)與局部G3曲面連續(xù)，曲面建模能力接近國外主流三維CAD軟件產(chǎn)品，能夠基本滿足汽車外形及其他現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的需求。相信在中望持續(xù)壓強技術(shù)研發(fā)與攻關(guān)的驅(qū)動下，中望3D將在高階曲線曲面連續(xù)技術(shù)上有更多的突破性進展，為用戶帶來更多的驚喜。