汽车设计：A面的设计建模及评价方法

一、什么是A面？
Class A曲面是由CATIA软件开发Dassault System公司提出的新概念，主要是指车身零件中对外观和形状要求极高的曲面，如外形曲面、仪表板和内饰件的表面等。从CATIA V5版本开始，软件中新增加了ACA(Automotive Class A)模块，专门用于Class A曲面的设计。



Class A曲面与通常所说的光顺曲面有相似之处，只不过Class A特指汽车车身上的一部分曲面。依次类推车身其他表面还称为Class B（不重要表面）如内饰表面、Class C（不可见表面）等。但是现在随着美学和舒适性的要求日益提高，对汽车内饰件也提到了A-Class 的要求。因而分类随之简化，A面，可见（甚至是可触摸）表面；B面，不可见表面。
总之，Class A曲面是既满足几何光滑要求，又满足审美需求的曲面。



二、曲线曲面基本数学原理

1贝塞尔曲线
贝塞尔曲线是计算机图形图像造型的基本工具，是图形造型运用得最多的基本线条之一。它通过控制曲线上的四个点（起始点、终止点以及两个相互分离的中间点）来创造、编辑图形。
其中起重要作用的是位于曲线中央的控制线。这条线是虚拟的，中间与贝塞尔曲线交叉，两端是控制端点。移动两端的端点时贝塞尔曲线改变曲线的曲率（弯曲的程度）；移动中间点（也就是移动虚拟的控制线）时，贝塞尔曲线在起始点和终止点锁定的情况下做均匀移动。



1. 二次曲线
二次贝塞尔曲线的路径由给定点P0、P1、P2的函数B（t）追踪：



2. 高阶曲线
高阶贝塞尔曲线可如下推断。给定点P0、P1、…、Pn，其贝塞尔曲线即：



2NURBS曲线



NURBS是非均匀有理B样条曲线(Non-Uniform Rational B-Splines)的缩写。与贝塞尔曲线有所区别，Nurbs曲线允许有n(n>=2)个端点落在曲线上，将曲线分成n-1个span都是相对独立的单元，对其中任意CV的调整只对有限个span造成影响。
当n=2时，span数为1，此时Nurbs方式表达的结果相当于贝塞尔曲线。由此可知，Nurbs实际上是Bezier的推广，Bezier是Nurbs在span=1的特殊情况。



3面的数学表达原理



4体的数学表达原理

在软件中的表达方式实际上是若干封闭面构成的内部空间。一个立方体在软件中实际记录的是它的6个面，通过对其封闭面进行调整，即可实现对体的形状进行编辑。由以上论证可以看出，CV点是三维软件数据结构的基础，无论是点，线，面，体，都由其直接或间接的进行描述而成。CV点的多少决定了模型数据量的大小，理论上说，三维软件中大部分的编辑工作都可以通过对CV点进行控制来完成。



5曲率梳
如上图类似梳子一样的线段组即为曲率梳。曲率梳由大量的线段将端点平滑连接而成。每条线段的几何意义如下:以曲线上某一点为起点，向该点曲率圆心相反方向延长，长度=该点曲率x系数，再将这些线段的末点平滑连接即得到该条曲线的曲率梳。其中，系数为一个可自定义的常量。



6连续性介绍
1）GO连续（点连续）
一条曲线、曲面的一个端点或边界与另一条曲线、曲面的一端点或边界相接触，我们可认为：两曲线、曲面在这一点或边界的连接处于G0连续状态。
2）G1连续（切线连续）
曲线：曲线与曲线在某一点处于G0连续状态，且两曲线在某一点的法线相同，在这一点的切线的夹角为零度时，我们就称两条曲线处于G1连续。
曲面：如果曲面与曲面在曲线的某一处于G0连续状态，曲面a在曲线b的任意点的法线方向和曲面b在曲线b的同一点的法线方向相同，我们就称两个曲面处于G1连续。



3）G2连续（曲率连续）
曲线：曲线与曲线在某一点处于G1连续状态，两条曲线在在这一点的曲率的向量，如果两条曲线向量(方向和绝对值)相同，我们就说这两条曲线处于G2连续。
曲面：当曲面与曲面在曲线A处于G1连续状态，曲面A在曲线A的任意点的法方量和曲面B在曲线B的同一点的法方量相同，我们就说这两个曲面处于G2连续。





4）G3连续（曲率变化率连续）
在G2连续的同时还要满足在接点处曲率的变化率也是连续。



三、A级曲面的要求
1原则上必须是贝塞尔面
原则上必须是贝塞尔面，尽量不要用Nurbs面。
由前面的定义可以知道贝塞尔曲线内部一定是连续的，平滑过渡的，此结论可推广至贝塞尔曲面的情况，也即贝塞尔曲面内部一定是连续的，平滑过渡的。贝塞尔曲面不同，NURBS曲面由于高度自由的设定，使其内部span交界处的连续性只需满足G0连续，即位置连续即可。因此所有的A面标准中都会要求采用Bezier方式。



2曲面边界达到G2连续
曲面边界需要达到G2连续，对称面YO平面的连续性需要达到G3连续。



上图中为两条完全对称的贝塞尔曲线，设左边曲线函数为f(x)，右边曲线的函数为g(x)，x∈[0，1]，且f(x)，g(x)均为连续函数，可知两条曲线接合点的函数值分别为f(1)和g(0)。假设两条曲线能够达到G1连续，则有f(1)=g(0)，且f′(1)=g′(0)=0。又因为对称，所以两条曲线结合处曲率相等。由曲率公式k=|y"|/(1+y'2)3/2知，f″(1)=g″(0)。故可知，两条曲线在对称处达到G2连续。



这里我们就得到一个结论：一组对称曲线在边界处如满足G1连续，则其一定也满足G2连续。这个结论同样可以推论至曲面的情况，即一组对称曲面在边界处如满足G1连续，则其一定也满足G2连续。这个结论表明，在对称面接合边处，很容易达到一般要求的G2连续。但此时曲面质量可能是有问题的。如图中所示的这组对称面，中央接合边检测能够达到G2连续，但此时这组面的CV点有明显的波动，视觉效果是无法满足要求的，如不采用曲率梳进行检查，这样的问题非常难以发现。又由于这种达到G2但曲面质量仍存在问题的情况在非对称面中出现的概率极小，因此，大部分A面标准会重点要求对称面边界必须达到G3连续。



3曲面的阶数不超过6*6
如图两张Bezier曲面从端线算起至少需要对N+1排CV点进行控制，方可达到Gn连续。故要达到如图G2连续，显然需要6排CV点。



如果增加了一阶，可以看到，更改后的曲面产生了明显的波动，视觉感觉不佳，不能满足A面要求。但两边的连续性仍然是满足G2连续的。显然，超出的阶不但会导致数据量的增加，还会给曲面带来多余的不确定性，一旦发生问题很难被发现，因此大部分的A面标准会对阶数进行必要的限制。



四、汽车A级曲面建模的输出标准



1曲面相对点云的贴合度
逆向曲面与点云偏差不要超过0.5mm，局部地方因光顺的原因可以适当放宽，但一定要和点云断面的走势一致；出现比较明显的塌陷和凸包等品质缺陷是需和经理或项目经理沟通。制作曲面时和点云偏差尽量避免一正一负。



2造型特征的一致性
A面在光顺过程中必须和油泥点云或CAS数据保持高度的一致性，对于特征的比例、线性，相对关系必须要仔细推敲，不应刻意的去弱化或强化，尽量保证与造型数据的一致性。



3整体数据的完整性
保证整体数据的完整性，曲面过渡顺畅，自然，无明显扭曲，阴影、暗斑、退化面等缺陷；高光走势和油泥模型走势动态一致，高光线粗细均匀，过渡光顺自然，无抖动，扭曲，断裂等缺陷。

4曲率梳要求
基础大面及造型过渡大面要求G3连续，曲率梳3000倍（ICEM Surf检查）顺畅，具体应根据实际情况而定；基础面在对称处（Y=0）要求G3连续，曲率梳5000倍（ICEM Surf检查）以上检查顺畅，具体应根据实际情况而定。



5其它要求
基础曲面控制点一般为6X6，最大不得超过8X8，控制点排布要做到CV flow，在任意视图查看排列有序。造型主特征在标准三视图上视觉光顺，CV点排列有序，无跳点，和油泥模型主特征性走势协调一致。

连续性要求：

A.基本的大面要求：Position≤0.001mm，Tangency≤0.05°，Curvature≤0.1

B.其他曲面要求：Position≤0.005mm，Tangency≤0.1°，Curvature≤0.1（具体根据主机厂家的标准而定）



A面数据做至第一道翻遍圆角，制作R角时首先保证交线顺畅符合点云走势，且俩曲面之间夹角一致或均匀渐变。dts数据检查满足客户方的造型及工程要求，视觉检查无不均匀，不协调的问题。A面数据工程要求，满足碰撞、安全、人机、法规等。提交数据时应检查档案中有无多面。少面、碎面、重复面和处理不完整曲面的现象，在输出IGS文件时候要做回检查查看是否出现面还原或掉面现象。



五、汽车A级曲面的设计
1设计标准

A面代表着曲面的质量，这容易使人想到光顺曲面，不过对A面的要求要比一般的光顺曲面更加严格。从工艺上讲，A面必须符合相邻曲面间的间隙在0.005mm以下，切率改变在0.16°以下，曲率改变在0.005°以下的标准，这样才能确保曲面的环境反射不会有问题。
从美学的角度考虑，A面至少应该满足和光顺曲面相同的要求，即避免在光滑表面上出现突然的凸起、凹陷等缺陷；曲面过渡时，应至少是满足G2连续。

在车身曲面创建中，应尽可能以整体来进行，先不考虑具体的零部件分块，将整个车身外形曲面视为由一组互相连续的曲面片构成的凸壳，在保证各曲面片及拼接关系满足A面要求的前提下，再详细考虑车身的细节特征。按车身覆盖面积和造型优先级分，可以如下分类：



2点云数据的规划
Image ware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。其中点云数据的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。



3创建基础面
用Image ware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。设计人员可以通过对截面线与点云的比较，来帮助引导曲面编辑，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。



4曲面间的过渡与拼接
一个基础面创建后，对其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，必须保证拼接曲面的阶次定位相同，而且两曲面的特征网格线应分布在同一平面内，这样拼接后的曲面就不会产生扭曲变形。



5A级曲面的光顺方法
1）A级曲面中基本曲面的光顺
利用Image ware软件对某汽车模型后部进行三角化处理后的点云。根据对三角化点云的特征分析，可以将后风挡玻璃作为一个基本曲面来光顺；行李箱盖上面总体平坦，但靠近后风挡玻璃处曲率变化剧烈，所以将其在合适的位置分成两个基本曲面来光顺；根据行李箱盖立面特征将其分成３个基本曲面来处理。



曲面的边界要超过各零部件的边界，但不能超过太多。这一方面是为基本曲面和周边曲面的过渡搭接做准备，另一方面也为后续的光顺或结构工程师延伸曲面用以满足实体建模、设计修改、工艺补充面、钻模和夹具的需要，并且曲面进行正常延伸后不能出现扭曲现象。



在进行行李箱盖立面光顺时，先不考虑后牌照下陷部分、上部凸出的标志和文字，待基本曲面光顺好后再考虑这些局部特征。对于汽车的发动机盖、前后风挡玻璃、顶盖和行李箱盖等对称件，在光顺过程中不应先光顺出对称件的一半后再利用软件的对称命令做出另一半，这可能会造成曲面中间出现明显的位置连续，这在光顺中是不允许的。所以，建议对称曲面用一个曲面来表示，如下图所示：



对于光顺后的每一个基本曲面都要进行评价，利用控制顶点、曲率梳、斑马线和高斯曲率等评价方法检验曲面是否达到Ａ级曲面的要求，同时还要检验光顺曲面与点云之间的偏差是否在要求的误差范围内。
2）A级曲面中过渡曲面与局部特征的光顺
在基本曲面光顺完成并经检查无误后，即可对相关的过渡曲面进行光顺，如行李箱盖上面和立面之间的过渡曲面。光顺过渡曲面要考虑两个问题：一是过渡曲面和基本曲面之间的连续性；二是基本曲面之间的理论交线对过渡曲面的影响。由Ａ级曲面的要求可知，曲面之间的连续性是在曲率或者以上几何连续，所以在光顺Ａ级曲面的过渡曲面时要选择能达到曲率或挠率连续的构造方法。

理论交线的品质一方面可以检验基本曲面的品质好坏，另一方面也影响过渡曲面的品质。如果理论交线出现异常，那么生成理论交线的基本曲面的品质必然存在问题，建立在基本曲面上的过渡曲面也不会符合Ａ级曲面的要求。所以，在这种情况下要对基本曲面的控制顶点的排列及次数等进行调整，使生成的理论交线单凸，且曲率梳也不能出现异常。如果基本曲面是由几个曲面拼接而成，那么各段交线之间必须达到曲率或者以上几何连续。汽车车身外表面是复杂的空间自由曲面，其基本曲面的理论交线必然是空间自由曲线，所以对曲面之间的交线评价必须从相互垂直的两个方向进行。下图所示的白线梳是对行李箱盖上面与立面交线从俯视方向和后视方向观测的曲率梳图，可见在两个方向上曲率梳所显示曲线是单凸的，该交线具有很好的品质。



获得品质良好的基本曲面交线后，即可利用过渡曲面构造方法构造出过渡曲面，此时要将基本曲面多余的部分剪切掉。在剪切之前必须检验过渡曲面的边界品质，评价边界曲线曲率梳形状，要求每段边界曲线单凸，且曲率梳没有突变或者异常。下图是过渡曲面边界曲线后视方向评价图。从图中可看出，虽然其边界曲率梳中间部分较好，但在其两端出现上边界曲率梳上翘、下边界曲率梳反凹现象。这说明两边界的品质不理想，同时说明过渡曲面也存在问题。



抽取过渡曲面的两条边界进行光顺处理，使边界线为一段曲线，即Bezier曲线，同时将其次数降为５阶，得到图示光顺后的曲线。从图中可看出，光顺后的曲线具有很好的品质。



用光顺后的曲线对基本曲面进行剪切后得到高品质的边界，然后重新构造过渡曲面，令过渡曲面在ｕ、ｖ两个方向的补片数都为１，其次数在５次之内，并使其与基本曲面的连续性满足要求。用同样方法可光顺出其它过渡曲面。

6曲面质量检查
曲面创建后，应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A面所要求应完全在设计师拟定的的范围内。再用反射线法，高亮显示曲面的流畅外形，直到最终达到设计师的要求。Lmage ware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。

六、汽车整体特征造型
汽车A级曲面设计是汽车造型设计的最后阶段，它是整车造型、表面品质控制的重要阶段，对A级曲面的最终评审确认意味着造型设计阶段的完成。因此，A级曲面设计阶段承载着造型设计和工程设计的双重责任。汽车整体特征造型主要从以下方面描述。



1造型特征一致性
汽车造型特征是汽车整车造型的基本元素，而造型特征又是通过主造型特征线来表达，它们组成了整车造型风格的基本框架，如，侧围的腰线特征决定了侧围型面的饱满度及腰线的走势;前、后风窗的轮廓线决定了前、后风窗的形状和侧围立柱的形状;前、后组合大灯的轮廓线决定了前、后车灯的外型及与周围部件的配合关系等。造型特征的一致性主要是指汽车A级曲面光顺后的特征线与原始造型特征线的吻合度，它包括以下两方面要求。



1）A级曲面主特征线与造型特征线的几何偏差
汽车A级曲面的光顺一般是基于CASA面或电子油泥模型来进行的。受造型各制作环节、曲面的光顺要求、整机布置、整车制造工艺等因素的影响，A级曲面在光顺过程中与造型CAS面或电子油泥模型存在定的偏差，如果此偏差过大，则会影响汽车的整体造型，因此在光顺过程中需要对曲面的偏差进行控制。一般主要大面(比如侧围、顶棚、前后风窗等)与点云的误差应小于等于3mm，小的造型特征如车灯、后视镜、把手、扰流板等应根据实际情况尽量将偏差控制在0.5mm以下，可在ICEMsurf环境中通过诊断工具Diagnoses中的偏差Deviation来保证此设计状态。



2）特征线走势的一致性
在汽车A级曲面光顺过程中会遇到特征线与原始造型偏差较大的情况，这时不仅要考虑光顺特征线与原始造型之间的偏差，还应考虑光顺特征线的走势是否与原造型特征线的走势一致，这就要求A级曲面工程师要把握好造型师的设计意图，对一些不确定的因素要仔细推敲和及时沟通，对造型上的设计变更要及时提供更改数据给造型师进行造型变更的确认。虽然对造型特征线的把握存在一定的难度，但还是有规可循的，造型特征线的主要特性是对比呼应、均匀或渐变、走势一致等，这也是当今汽车造型风格的基本特点。



2特征线条的光顺性
整车造型风格主要由主造型特征线来体现，如腰线、水切线、发动机盖流水线和汽车各部件之间的分缝线等，这些特征线构成了整车造型风格的主基调，其它小的造型特征如组合灯、手柄、装饰亮条、防擦条、门槛护板等也与这些造型特征相呼应，达到浑然一体的效果。因此，主造型特征线条的品质是评价整车造型优劣的决定性因素，而评价主造型特征线条品质的主要指标就是它的光顺性，即必须为单段的Bezier曲线，控制点数小于等于6，且其投影在3个标准视图上的控制点必须规律有序。

对于整车主造型特征线在3个标准视图上的投影都必须是光顺的，而对于一些形状较复杂的特征线(如分块线、轮眉线等)也要保证至少在2个标准视图上的投影线是光顺的。在ICEM surf环境中检测特征线条的光顺性时，可通过诊断工具Diagnoses中的曲率Curvature功能来评价投影曲线的曲率疏效果，也可通过不等比例放大工具来诊断控制点的排布是否规律有序。



3产品造型分块的合理性
造型分块与造型师的设计风格有很大关系，而且汽车产品的分块在油泥阶段要完整地体现出来。但分块不仅是要体现一种造型的需求，而且还要考虑汽车各部件之间的配合关系及汽车主机厂的制造工艺水平，因此汽车产品的分块不可能在造型阶段完全确定下来，需综合考虑产品的造型风格、装配工艺等因素后最终协调而确定。产品造型分块的合理性主要体现在以下二方面：
1）汽车造型的美学要求
汽车产品的分块应与汽车的造型风格协调一致，遵循“对比呼应、均匀或渐变、走势一致”等造型风格的基本特点。



2）汽车各部件的装配工艺要求



汽车各部件的分块线要考虑汽车各部件之间配合的可行性、经济性、舒适性等。上图为某两款车型尾部的分块线布局，左图车型后组合灯的一部分布局在行李舱盖上，这样可保证较大的行李舱空间，但增加了制造难度和生产成本，适合中、高档车型;右图车型后组合大灯整体布局在侧围上，导致行李舱空间较小，适合经济车型。下图为车门分块线角度对舒适性的影响四，适当增大α和β角度能够改善驾乘人员的出人方便性。



七、车身曲面光顺性的评价方法



1车身特征线检查



2曲面网格线检查
控制点的排列决定了网格线的排列，所以最先检查控制点排列的光顺性。控制点光顺排列不允许出现Ｓ型，控制点的排列方式如图。



进行网格线的检查，通常是将车身侧围曲面投影到ＸＺ平面内，将车身前、后围曲面投影到ＹＺ平面内，将车顶曲面投影到ＸＹ平面内，分别检查网格线。网格线分U、V方向排列，实际上，欲达到双向网格线光顺比较困难，而且网格线光顺并不说明曲面就光顺，还需要检查曲面的曲率分布情况。

3曲面曲率检查
曲面的曲率可直接利用曲率梳进行检查，需要分别检查曲面Ｕ、Ｖ两个方向的曲率梳和截面线的曲率梳。
1）曲面Ｕ、Ｖ方向的曲率梳检查
曲率梳检查包含３个方面的内容：检查曲率分布均匀性；保证曲率梳没有太大的起伏或波动；曲率包络线不存在突变和拐点。利用曲率梳可以直观地判断曲面拼接是Ｇ2连续还是Ｇ3连续，判断方法同曲线一样。车身曲面要求拼接质量较高，大曲面的拼接要求Ｇ3连续，过度曲面的拼接至少是Ｇ1连续，通常要求Ｇ2连续。



2）曲面的截面线检查
截面线检查通常也称断面线检查，该方法是用一组等距离的平面去切割所需检测的曲面，分析这组平面与曲面交线的质量，以判断曲面的质量。截面线是由3组平面分别从X、Y、Z３个方向去截被检查的曲面所得的相交线，这样就可以从各个方向去分析曲面的光顺性。为了准确地判断曲面的质量，可以合理地定义两相邻平面之间的间距，生成一组能反映被检查曲面特征的断面线。同时，不断检查断面线的曲率分布图，观察曲面在各个断面上的曲率分布情况，判断曲面各处的曲率分布状况。



4光照渲染检查
车身曲面部分或全部生成且拼接完成后，需要对整体曲面进行评价。利用光照效果渲染检查整体曲面，通过变换观察角度、改变光源位置及亮度、变换曲面的颜色等手段来检查曲面拼接的光顺性，再根据处理后的图像光亮度分布规律来判断曲面的光顺程度。如下图所示，图像明暗度变化比较均匀，则曲面光顺性较好；反之，如果图像在某区域的明暗度与其它区域相比变化较大，则曲面光顺性较差。



车身曲面造型完成以后，可用彩色打印机输出彩色造型效果图，也可用大屏幕投影设备在大屏幕上显示，充分表现３D对象。曲面的细微缺陷利用光照渲染很难检查出来，需要利用高光线检查。

5高光线检查
高光线模型是由一组平行线光源投影到曲面上得到的一簇高光线构成。高光线模型对曲面的法向变化较为敏感，可以用来检测曲面法向（或曲率）的不规则性。高光线检查（通常也称“斑马线”检查），是指在被检查的曲面上生成黑白相间的条纹线（高光线模型）来检查曲面质量的方法。若在检查曲面上的斑马线分布均匀，则表明被检查的曲面光顺性较好；如果所生成的斑马线出现了旋涡，则表明被检查曲面在旋涡处出现曲率变化不均匀或出现了拐点。
此外，如果在被检查的两曲面相接处，斑马线分布均匀、合理，则表示两曲面具有良好的连续性；如果斑马线出现折线，则表示两曲面在相接处曲率变化较大，不能满足曲面光顺的要求。



利用斑马线分析曲面拼接的连续性方法为：G0的斑马线在连接处毫不相关，线和线之间不连续，通常是错开的。G1的斑马线虽然在相接处是相连的，但是从一个表面到另一个表面就会发生很大的变形，通常会在相接的地方产生尖锐的拐角。G2的斑马线则是相连，且在连接处也有一个过渡，通常不会产生尖锐的拐角，也不会错位。G3与G2的斑马线很难区别，通常利用斑马线检查不出曲面的G3拼接。

在曲面建模时，通过移动或旋转平行线光源，就能通过检查高光线实时判断曲面的质量。通常是最先利用光源X、Y、Z方向的高光线，然后旋转光源检查任意方向的高光线以判断曲面的质量。通过以上各步骤，如果每一步检查都是光顺的，就判断曲面为光顺的。
曲面光顺性检查的基本过程如图：



八、结语
汽车车身Ａ级曲面的光顺是一项复杂的工作，要根据车身的特征对点云进行细致的分解，找出合适的光顺方法：首先光顺基本曲面，在基本曲面的基础上光顺过渡曲面，并将复杂特征部位曲面补上；然后用边界裁剪出需要的曲面。

对曲面的评价应在构造曲面的过程中进行，这样可以及时发现曲面的造型问题、光顺问题和工艺问题，以便减少设计缺陷和制造成本。

汽车设计

设计理论

由于汽车是一种包罗了各种典型机械元件、零部件、各种金属与非金属；材料及各种机械加工工艺的典型的机械产品，因此其设计理论显然要以机械设计理论为基础，并考虑到其结构特点、使用条件的复杂多变以及大批量生产等情况。它涉及许多基础理论、专业基础理论及专业知识，例如：工程数学、工程力学、热力学与传热学、流体力学、空气动力学、振动理论、机械制图、机械原理、机械零件、工程材料、机械强度、电工学、工业电子学、电控与微机控制技术、液压技术，液力传动汽车理论、发动机原理、汽车构造、车身美工与造型、汽车制造工艺、汽车维修等。

发展

在近百年中，汽车设计技术也经历了由经验设计发展到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段。20世纪60年代中期，在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)等新方法，使设计逐步实现半自动化和自动化。
经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学的计算方法，使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。一种新车型的开发，往往要经过设计—试制—试验—改进设计—试制—试验等二次或多次循环。反复修改图纸，完善设计后才能定型，设计周期长，质量差，消耗大。
随着测试技术的发展与完善，在汽车设计过程中引进新的测试技术，和各种专用的试验设备，进行科学实验，从各方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试。同时广泛采用近代数学物理分析方法，对产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究，这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。电子计算机的出现和在工程设计中的推广应用，使汽车设计技术飞跃发展，设计过程完全改观。汽车结构参数及性能参数等的优化选择与匹配，零部件的强度核算与寿命预测，产品有关方面的模拟计算或仿真分析，都在计算机上进行。这种利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计(CAD)。
在产品开发的整个过程中，产品先天质量决定于设计，产品在包括原材料、锻造、使用、维修等各方面的花费，即广义成本的70%是由设计阶段决定的。因此设计方案的修改尽可能地在产品开发的前期进行，使产品设计一次成功，避免在产品开发后期因改变设计而造成的巨大浪费。

内容

汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。整车总体设计又称为汽车的总布置设计，其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求，并将这些整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能。
特点和要求零件标准化、部件通用化和产品系列化
(1)由于汽车出产量大，品种及型号多，设计中实行零件标准化、部件通用化和产品系列化，可化生产，提高工效，保证产品质量，降低生产成本，减少配件品种，方便维修。
(2)考虑使用条件的复杂多变
为了使所设计的汽车产品；具有竞争力，设计中就要充分考虑。其对复杂多变的使用条件的适应性。特别应注意热带、寒带等不同的气候条件和高原、山区、丘陵、沼泽、沿海等不同的地理条件，以及燃料供应，维修能力等不同的使用条件对汽车结构、性能、材料、附件等的特殊要求。
(3)重视汽车使用中的安全、可靠、经济与环保
汽车良好的使用性能是设计者要追求的目标，不同的汽车使用性能也是不同的(例如：动力性、汽车燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性、舒适性、通过性以及可靠性、耐久性、维修性和对环境保护的影响性能等)；而且在某些性能之间有时是相互矛盾的。因此；要在给定的使用条件下协调各使用性能的要求，优选各使用性能指标，使汽车在该使用条件下的综合使用性能达到最优。特别要重视使用中的安全、可靠、经济与环保。
(4)车身设计既重视工程要求，更注重外观造型
汽车车身的外形、油漆及色彩是汽车给人们的第一个外观印象，是人们评价汽车的最直接方面，也是轿车的重.要市场竞争因素，是汽车设计非常重要的内容。车身造型既是工程设计，又是美工设计。从工程设计来看，它既要满足结构的强度要求、整车布置的匹配要求和冲压分块的工艺要求，又要适应车身的空气动力学的要求而具有最小的，空气阻力系数。从美工设计来看，它应当适应时代的特点和人们的爱好，要像对待工艺品那样进行美工设计，给人以高度美感，起到美化环境的作用。
(5)在保证可靠性的前提下尽量减小汽车的自身质量
和固定的机械设备不同，作为运输用的汽车，其自身质量直接影响其燃油经济性。和单件生产/小批量生产的产品不同。作为大批量生产的汽车，减小其自身质量可节约大量的制造材料，降低生产成本。合理地减小汽车的自身质量，会对汽车工业和汽车运输业带来巨大的经济效益。最优化设计方法可满足这方面的设计要求。
(6)设计要在有关标准和法规的指导下进行
除设计图纸的绘制与标注应按有关国家标准进行外，汽车设计还应遵守与汽车有关的一些标准与法规。中国汽车工业标准包括与国际基本通用的汽车标准和为宏观控制汽车产品性能和质量的标准，它包括国家标准、行业标准和企业标准。汽车标准又分为强制性标准和推荐性标准。强制性标准主要有：整车尺寸限制标准、汽车安全性标准、油耗限制标准、汽车排放物限制标准及噪声标准。为使我国汽车产品进入世界市场设计时也应考虑到国际标准化组织汽车专业委员会(ISO/TC22)制订的一些标准和美国国家标准协会(ANSl)、美国汽车工程师学会(SAE)标准、日本工业标准(JIS)、日本汽车标准组织(JASO)标准、日本汽车车身工业协会标准(JABIA)、日本汽车轮胎标准(JATMA)、日本汽车用品工业协会标准(JARP)、日本蓄电池工业协会标准(SBA)以及联合国欧洲经济委员会(ECE)、欧洲经济共同体(EEC)所制订的汽车法规。
(7)汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程、管理工程的系统工程
汽车是由人来驾驶和乘坐的，因此其设计必须考虑这种人车关系，即操纵要方便、乘坐要舒适。汽车是一种交通工具，其设计必须符合交通工程的要求。

设计过程

产品开发
在汽车产品开始技术设计之前，必须制订产品开发规划。首先，必须确定具体的车型，就是打算生产什么样的汽车。其次是进行可行性分析，根据用户需求、市场情况、技术条件、工艺分析、成本核算等，预测产品是否符合需求，是否符合生产厂家的技术和工艺能力，是否对国民经济和企业有利。第三步是拟定汽车的初步方案，通过绘制方案图和性能计算，选定汽车的技术规格和性能参数。最后一步是制定出设计任务书，其中写明对汽车的形式、各个主要尺寸、主要质量指标、主要性能指标以及各个总成的形式和性能等具体要求。
产品开发的前期工作，是分析各方面的影响因素，明确产品开发的目的和工作方向。否则，不经过周密调查研究与论证，盲目草率上马，轻则会造成产品先天不足，投产后问题成堆；重则造成产品不符合需求，在市场上滞销，带来重大损失。在产品开发的前期，企业为了进行各种研究与探讨，概念设计和概念车在近些年来逐渐兴起。概念设计，是对下一代车型或未来汽车的总概念进行概括描述，确定汽车的基本参数、基本结构和基本性能的设计。概念设计同样需要研究产品的开发目的、技术水平、企业条件、目标成本、竞争能力等。概念设计可能只停留在图纸上和文件上的描述，称为“虚拟的”概念车；也可能制造出实体的样车供试验和研究。概念设计可能只是一种参考方案或技术储备，也有可能纳入正式的产品开发规划。所以概念设计只供产品开发参考，但也有可能成为正式产品开发规划的重成部分，成为新一代车型的初步设计。

初步设计
汽车初步设计的主要任务是构造汽车的形状设计，主要包括如下内容：
(1)汽车总布置设计 总布置设计(又称初步造型)，是将汽车各个总成及其所装载的人员或货物安排在恰当的位置，以保证各总成运转相互协调、乘坐舒适和装卸方便。为了保证汽车各部分合理的相互关系，需要定出许多重要的控制尺寸。在这个阶段，需要绘制汽车的总布置图，绘出发动机、底盘各总成、驾驶操作场所、乘员和货物的具体位置以及边界形状；也包括零部件的运动(如前轮转向与跳动)范围校核。经过汽车总布置设计，就可确定汽车的主要尺寸和基本形状。
(2)效果图是表现汽车造型效果的图画。造型设计师根据总布置设计所定出的汽车尺寸和基本形状，就可勾画出汽车的具体形象。效果图又分为构思草图和彩色效果图两种。构思草图是记录造型设计师灵感的速写画。彩色效果图是在构思草图的基础上绘制的较正规的绘画，需要正确的比例、透视关系和表达质感。彩色效果图包括外形效果图、室内效果图和局部效果图，其作用是供选型讨论和审查。效果图的表现技法多种多样：可采用铅笔、钢笔，也可采用毛笔(水彩画或水粉画)等，而月前较流行的是混合技法——用麦克笔描画、喷笔喷染以及涂抹、遮挡等同时表现技法。只要效果良好，表现技法可不拘一格。
(3)制作缩小比例模型
缩小比例模型是在构架上涂敷造型泥雕塑而成。轿车缩小模型常用1：5的。比例，亦即是真车尺寸的1/5。英、美等国采用英制尺寸，模型的比例是3/8。造型泥是一种油性混合物，又称油泥，在常温下有一定硬度(比肥皂硬些)，涂敷前须经烘烤。缩小比例模型是在彩色效果图的基础上更进一步表达造型构思，具有立体形象，比效果图更有真实感，要求比例严格、曲线流畅、曲面光顺。雕塑一个缩小比例汽车模型，需要从各个角度审视，反复推敲，精工细雕，因而很难在两三天内完成。
(4)召开选型讨论会
经过初步设计，绘制出一批彩色效果图和塑制出几个缩小比例模型，就可以召开选型讨论会。会议的目的是从若干个造型方案中选择出一个合适的车型方案，以便作为技术设计的依据。选型讨论会主要讨论审美问题，但也涉及结构、工艺等方面，故通常由负责人召集造型设计师、结构设计师和工艺师等参加会议。选型讨论会结束，说明选定车型的造型构思基本成熟，汽车的初步设计亦结束。

技术设计
技术设计包括确定汽车造型和确定汽车结构两个方面。
(1)确定汽车造型
1)绘制胶带图。胶带图是用细窄的彩色不干胶纸带粘贴成的1:1(全尺寸)汽车整车图样，可表达零部件形状及外形曲线。胶带图的外形曲线数据取自选定的缩小比例模型，可用来审查整车外形曲线的全貌。如发现某条曲线不美观或不符合要求，可将胶带揭起重新粘贴，直到满意为止。胶带图完成后，缩小比例模型放大的曲线又经过进一步修订。
2)绘制1：1整车外形效果图。单纯由缩小比例的绘画表达汽车的外形效果尚嫌不够，还需要绘制等大尺度(全尺寸)的彩色效果图。现代造型设计非常重视等大的尺度感。缩小比例图样和全尺寸图样的真实感是截然不同的。打个比方，雏鸡看上去很小巧可爱，若放大5倍就显得太胖太臃肿。汽车也是一样，缩小比例模型上某些圆角或曲线看上去很小巧雅致，放大5倍后就显得笨拙臃肿。因此，汽车形状的最后确定，不能从缩小比例的图样或模型直接放大，而应经过1：1效果图和1：1模型的修正，以符合等大的尺度感和审美要求。
3)制作1：1外部模型。1：1外部模型是汽车外形定型的首要依据。根据缩小比例模型的放大数据，结合胶带图和1：1效果图的的修订情况，就可以制造1：1外部模型。这个模型是在一个带有车轮的构架上涂敷造型泥而雕塑成的。由于要用数以吨计的造型泥，并雕塑得细致、平整、光顺，所以制造一个1：1外部模型的时间很长，通常需要几个星期。
4)制作1：1内部模型。1：1内部模型用以审视汽车内部造型效果和检验汽车内部尺寸。1：1内部模型与1：1外部模型同时制作，其设计和尺寸相互配合。1：1内部模型的形状、色彩、覆盖饰物的质感和纹理都应制造得十分逼真，使人具有置身于真车室内的感觉。
5)造型的审批。1：1外部模型、内部模型、效果图完成后，需要交付企业最高领导审批，使汽车最终定型。汽车造型设计是促进汽车销路的重要竞争手段，大公司为了击败对手会采用频繁更换车型的手段，对汽车造型设计的需求就十分迫切，并在整个汽车设计过程中占有愈来愈重要的地位。
6)确定汽车结构
汽车造型审定后，就可以着手进行汽车结构设计。
汽车的结构设计，是确定汽车整车、部件(总成)和零件的结构。也就是说，设计师需要考虑由哪些部件组合成整车，又由哪些零件组合成部件。零件是构成产品的最基本的、不可再分解的单元。毫无疑问，零件设计是产品设计的根基。零件设计时，首先要考虑这个零件在整个部件中的作用和要求；其次，为了满足这个要求，零件应选用什么材料和设计成什么形状；最后，零件如何与部件中其他零件相互配合和安装。按照零件所使用的材料，可分为金属材料和非金属材料两大类。
确定汽车零件的形状，也要花费设计师许多心血。例如，发动机气缸体的形状就非常复杂，需要设计气缸和水套，考虑与气缸盖、油底壳的接合，安装曲轴、进气管、排气管和各种各样的附属设备，乃至气缸体内部细长的润滑油通道……，所有这些因素都应考虑周全，每个细节均不能遗漏。汽车车身零件的形状就更特别，既不是常见的平面或圆柱体，也不是简单的双曲面或抛物面，而是造型师根据审美要求而塑造的。在确定零件的形状时，还需要考虑零件的制造方法，例如零件在机床上怎样装夹定位，刀具怎样加工，半成品怎样传送、堆叠等。
设计师必须把所设计的汽车结构用图纸表达出来。图纸是设计师与企业中的工艺师、技工和其他人员交流的“工程语言”。我国颁布了10多项机械制图的国家标准，规定了绘制机械产品图纸的方法。在工科院校还设置专门的课程，训练学生掌握这种标准的工程语言。图纸绘制的方法，是按照投影原理并借助于几个视图、剖面或局部放大等，把产品的立体形状和内部结构详细而清晰地表达出来。图纸应按指定的比例绘制并且写出对产品的技术要求。零件图需要详细地标注出各部分的尺寸。总成图应清楚地表达零件相互装配的关系并标注出相关的装配尺寸。设计一辆汽车，需要绘制数以千计的图纸。一些复杂的图纸，图面的长度竟达3-5m。
在设计时，设计师必须无条件地执行国家制定的有关法规和标准。对于出口的产品，还必须执行外国的标准，如ISO(国际标准化组织)、SAE(美国汽车工程师协会)、JIS(日本工业标准)、EEC(欧洲经济共同体)、ECE(欧洲经济委员会)等标准。图纸绘制成后，需要将部件和零件按照它们所属的装配关系编成“组”及其下属的“分组”号码。每个部件、每个零件及其图纸都给定一个编号，以便于对全部图纸进行管理。