proe曲面设计技巧讲义

proe曲⾯设计技巧讲义

曲⾯理论基础

作者：倪⽯（地上乐园⼜⼀村）

曲⾯是什么？

也就是弯曲变化的⾯，它的本质是什么？

曲⾯由曲线交织⽽成，在⽇常⽣活当中更多的是样条曲线交织⽽成，⼤⾃然当中有很

多函数曲线抛物线、双曲线、阿基⽶德螺线，但是在曲⾯造型设计中⽤得相对⽐较少，主要⽤到的是样条曲线（所谓样条曲线是指给定⼀组控制点⽽得到⼀条曲线,曲线的⼤致

形状由这些点予以控制.⼀般可分为插值样条和逼近样条两种,插值样条通常⽤于数字化绘图或动画的设计,逼近样条⼀般⽤来构造物体的表⾯.）

如果你要熟悉⼀个城市的交通路线，你会怎么做呢？骑⼀个⾃⾏车或电动车或摩托车

在⼤街上跑个半天或⼀天吗？我的做法是先看地图，对这个城市的交通系统有⼀个整

体的认识之后再去⾛⼀⾛，很快你对这个城市的道路，街道的⽅向就了解很清楚了。

我们怎么找到⽣活当中的⼀些原形把它对应起来呢！我们知道电流和⽔流有极其多相

似的地⽅，其实曲⾯就好像我们常见的⾐服的布料，在风的作⽤下就是曲⾯了，同样的，曲⾯和布⾯也有极其多相似的地⽅，了解这⼀点将能对我们构造曲⾯有⾮常⼤的

帮助，了解的布料的特性，它的编织特性，我们建构曲⾯将变得⾮常简单。

曲⾯设计铁律

⼀、简化原则A、以尽可能少的点来构线，以尽可能少的线来做⾯（易于控制，便于修改）

对于造型中的曲线，更多的内部点就可以产⽣更多的变化且更容易表达形状，但内部点越多，曲线的光滑度(质量)越差。在满⾜形状要求的前提下，要尽量采⽤少的内部点来进⾏造型曲线的绘制。对于曲⾯来说也⼀样，应该有尽可能少的线来构建曲⾯。B、以尽可能简单的⽅式来建构曲⾯，这样以后修改⽅便.

C、复制模型的模块化，同样的事情相同的原则来简化处理

D、以尽可能少的⾯来形成体（便于修改和控制、做好的⽂档会有可能需要进⾏数据转换，如果碎⾯很多的话⾮常容易导致⾯的丢失，移位和变形）

⼆、最⼤化原则A．曲⾯的边界⾯积最⼤化也就是邻边正交最⼤化，就是尽量做正交型的⾯

B．裁剪区域最⼤化，让曲⾯有最⼤的延展空间

C．基⾯最⼤化，做⼤⾯，裁⼩⾯（可以⽤极限法思维：如果很⼤的⼀块曲⾯上取⼀个很⼩的⾯，那这个⾯可以视为平⾯）

D．容积最⼤化-------充⽓模型（怎么样判断曲⾯的优劣，主要看两⾯相交的地⽅）

三、顺势原则A．按趋势建⽴边界曲线或控制曲线（有的地⽅不做会塌陷）

B．建⽴符合曲⾯⾛势的过度曲⾯（做融合，例如两边混合，曲率控制）

C．裁剪曲⾯时留出来⼀部分，把基⾯对⾯的影响保留（不能是点，点对⾯的影响是⾃由的）

D．带的运⽤（在构建五边⾯时⾮常有⽤）

四、逼近原则A．曲线的拟合重构（复制整合或重新构建曲线）

B．曲⾯的⾃适应性

C．不相切分型⾯的处理

五、转化原则A.⾮四边⾯的转化（不是所有四边⾯就好，但是所有曲⾯都尽量转化为四边⾯来构建）B.曲⾯⾛势的转化(⾮常重要！)这个在急剧变化过渡的地⽅体现

六、最⼩化原则A．⼩曲⾯的⼩化，也就是尽可能做⼩⼀点

B．缺陷影响的弱化

七、优化原则A．特殊曲⾯的特殊处理（渐消⾯，曲⾯倒圆，异形按钮）

B．曲⾯的曲线的反向优化法（⾮常重要的技巧，⾼⼿的绝招）因为你不知道这个地⽅要不要加多⼀条线，或者这条线的形状怎么样才更好C．局部处理法

⼋、构⾯顺序原则（拆⾯）

对于复制曲⾯要预估曲⾯形态和⾛势，选择合理的创建顺序，基本上⼤⾯先构

建，再是⼩⾯，然后是过度⾯。

拆⾯的意义：1）解决收敛的问题2）增加曲⾯的可修改调整的性能

3）优化曲⾯模型品质 a、改善曲⾯光顺程度 b、改进曲⾯的⼯

程性4）复制模型的组⾯需求

曲⾯的检验：检查曲⾯光滑度、曲率变化的连续性等项⽬，来确认曲⾯是否符合设计要求。⼀般情况下，对曲⾯进⾏渲染render或shading处理，通过visibility（可见度）、transparency（透明度）、light（灯光设置）等⼿段，产⽣⾼清晰度的曲⾯，判断曲⾯的光滑性。此外，还可以⽤Analysis-Surface analysis⼯具，对曲⾯的最⼩曲率半径、最⼤曲率半径、⾼斯曲率（Gauss curvature）等项⽬进⾏检测，从曲率图表、彩⾊图象的颜

⾊变化，可以直观地了解曲⾯的光滑性，如图4所⽰。如果曲⾯的外观质量不符和设计要求，可以修改曲⾯的参数，以得到效果符合要求的曲⾯。由于Pro/E软件的基本特征之⼀就是参数化，通过改变参数实现曲⾯的变化是很容易的。

曲线的G0，G1，G2连续是什么意思:其实就是求导数，看曲线变化的规律，如果变化的规律也相同就是⾮常相似的东西，我们会说他和他爸爸很像，到底有多像呢，什么都像。只要两点相交就是G0，G1

是要求连接点相切，⽽G2则是曲率连续也就是只要你画的线曲率连续，构建的模型⼀般就可以达到G2连续。

以上是G2连续即曲率连续（所以也是需要给它更⼤的空间来过渡，这就是原因）

以上是G1连续即相切连续A⾯指的是A级曲⾯。也就是汽车设计⾥⾯常说的CAS(Class-A-Surface)。在汽车设计

领

域这是⼀个极为重要的概念也是汽车设计师和A⾯师的必备技能。 CAS指的是具备很⾼

质量的曲⾯，所谓曲⾯的质量在视觉上的直观表达就是⾮常光顺、没有褶皱和⽆理由的不

连续。从数学上说，CAS指的是各个分⾯之间具备G2级连续性以及曲率半径跳跃⼩于⼀定值的曲⾯。G2连续是必备的，但是曲率跳跃则是各个车⼚的要求不⼀样。其中GM的

要求⽐较低，是0.05mm，丰⽥次之，是0.03mm，BMW和VW的要求最⾼，达到0.02mm。⼀般汽车的曲⾯极为复杂，你到我的空间⾥⾯看看应该能找到我做的⼀辆车的Alias线框图，就可以看到有些⼤曲⾯绝对不是⼀下⼦成型的，⽽是分成了好多个⼩⾯拼凑起来，所以曲⾯之间的衔接极为重要，这就是连续性的要求。然⽽连续性要求达到之后，

还有⼀个半径跳跃，如果半径跳跃过⼤，从斑马纹检测和环境反射检测出来的结果就是S

纹和褶皱，看起来很不爽。所以做A⾯要求简单、直接、光顺，⼀般横纵CV不超过6个，也就是U和V都是最⾼D5级曲线。做A⾯对技术的要求极⾼，没有对计算机图形学的

⼀定理解和长期NURBS建模的经验是搞不定的，它的核⼼就是分⾯，曲⾯怎么分割才最

容易达到效

果，因为汽车⾥⾯很多都不是标准NURBS曲⾯的四边结构⽽是三边、五边甚⾄六边，这

就要求很⾼的分⾯技巧，也是Alias L3设计师的考核重点。很多⼤⼀⼤⼆信⼼满满想做汽车的童鞋，到了⼤四真正进⼊汽车⾏业的属于寥寥⽆⼏，⼤多数都是被这个A级曲⾯建构给吓跑的。

什么是收敛？简单来说就是R值接近为0，也就是U⽹格和V⽹格趋向于交织于⼀点。

收敛的影响：A，影响曲⾯的可延伸性。B，影响边界条件的定义。C，影响曲⾯的加厚D，影响实体的抽壳。

练习讲评

顺势练习讲评1、寻找对应的边（顺势1的上部分），考虑正交原则

2、基⾯先做，过度⾯后做（狭长形的）

3、反向优化法的由来及应⽤（调整原来的基⾯，形成顺势）

4、裁剪⾯之前先延伸其中⼀边以保留原来⾯的趋势

5、通过不同的裁剪形成不同的对应边，形成不同的⽹格和趋势过渡（分散过渡趋势）

6、观察顺势练习2这个模型在哪⾥有，可以⽤得上。不要单为了做练习⽽作练习两边⾯讲评1、获得⼩曲⾯的三种⽅法 a.可变扫描（在造型⾥⾯也可以）。b.通过四边⾯。c.通过三

边⾯再裁剪。2、如何获得两边混，⼀边必须是整⾯的侧边，这样做的⾯不⽤再做⼩的曲⾯去形成四边

⾯以使所有边都顾及3、有剧烈变化的线条如何将其趋势控制在很⼩的范围内变化，先做⼀根线逼近原来的曲

线（⾃⾏车座），再将⽣产的⾯按⾛势裁剪4. ⼀个⾯出现过渡不均匀，两种⽅法解决问题，⼀种隆起⼀种塌陷都可以达到效果

5.两边⾯的特点 A，只有⼀个⽅向具有线条且较狭长，或者另⼀⽅向有线条也只是较总体来说较短。B，三边⾯是其三边基本上都是差不多具有同等长度6.对于两边⾯，我们可以选择先做中间再做两头，也可以先从两头做起，使中间形成⼀个四边⾯，但是要求所有的⾯⽆收敛，也就是所有的⾯形成正交的⽹格，如使⽤可变扫描获得7不要让任何⼀块质量不是很好的曲⾯成为影响整体的基⾯，因为⼀旦这样的基⾯形成，以后的影响将⽆法消除，造成整个⼯作处于⽆意义的状态，好像建房⼦地基都是斜的。

⽛刷的讲评1，⾸先考虑到拔模⾓度的处理，两种解决的办法：A，利⽤可变截⾯扫描（垂直于投影）来做辅助⾯，当作边界混合时可以⽤来和它相切。B，直接利⽤可变截⾯扫描（垂直于投影），注意选择那⼀条线作为原点轨迹线。2，检测⽤来构⾯的线是否符合⾓度（拔模要求），A,草绘（去参照）。B，直接⽤测量

3，思考：a 为什么在可变扫中的草绘中复制的线条要去掉参考，b，样条和圆锥曲线的⽐较，也就是饱满度

箭头的讲评1，这种外形看似复杂的东西（如⿊桃图标）的处理⽅法，沿它的外形来切它的样⼦

2，拉伸剪切时转化为样条能是切的地⽅不形成内部边（转为样条之后不要将它的参照删掉了）

3，如果是直线和圆弧相切，看曲率是只能看到圆弧的曲率，直线是没有曲率的，所以我们通常的对⼀条边倒圆⾓并不能形成G2连续，⼀定要重新构⾯才能做到。

4，转⾓的地⽅最好加两条线控制，这样不⾄于有的地⽅曲率过⼤有看不出来

5，相切的线条的影响不能带到⾯中来，解决的⽅法是：A，裁剪掉之后进⾏两边混，构建⼀条线来逼近他，最后再把这条线加进去6，造型⾥也可以获得截⾯线

7，局部不理想区域只需将不好的地⽅裁剪掉

8，曲⾯的⾃适应性，1侧边的曲线会影响曲⾯的形状、2在合并时虽然没有完全重合不过还是能合并。

9，特别⼤的范围不要⽤曲率，相切就可以了，毕竟曲率的影响是有限的，⼤的范围的控制还是依靠线条。只⽤曲率是会塌陷的。有例为证

三边⾯的讲评1，船形玩具

A，这样的形状底部可以切成椭圆再与外边的线去接，这样我们可以避免产⽣内部控制线

B，线与线相接的⽅式多种多样，我们只取我们想要的⽅式，如船型我们可以先形成⼤⾯，再切成想要转变的边

C，这⾥考核的是局部模型（什么是局部模型）

D，⼤⾯的形成对于我们来说⾮常重要

E，在尾部加控制线会有意想不到的转变F，与⾃⾏车座对⽐⼀下

2，变化勺形

其中各种边的对应关系的变化（切法不同）3，狗⾻头⾯（要隆起来

三边⾯的洗⼿池

像两边凸凹对⼀条直边或弯曲边的情况可以切成⼀整条边去对拿⼀个边（优先采⽤），另⼀种就是⽤三边分别去对，看哪⼀种效果更好⼀些，如果整条边去对的情况不好的情况下可以尝试⽤反向优化的⽅法再调整⼀下

关于洗⼿池⾯那个急剧变化的地⽅尝试使他变化趋缓⼀些

四边⾯的讲评

⼏个技巧1，处理天圆地⽅的情况，先形成四边⾯，再将⾥⾯的⾯缩⼩成再做⼀根形状类似的线来切掉原料的⾯，再做⼀个⼀个四边⾯相切，可以做得很漂亮。2，倒圆⾓的处理，当有倒圆⾓出现异常的时候要将其优化⼀下。A,在对⾓线⾯中，先将边倒圆⾓，这时候再将上边的边倒圆⾓的话会出现异常的抬升，那么此时可以先做⼀个⾯再实体化裁剪掉边缘抬升的部分，这样再倒圆⾓的话就会⾮常光顺。B，前⾯形成的菱⾓倒圆，这样下⾯不好做，此时可以将钱的圆⾓与基⾯形成⼀条交截线，再去做曲⾯裁剪掉多余的实体3，可以⽤可变截⾯扫描来倒圆⾓，这样有碎⾯产⽣也不会挤到⼀起去，后⾯的T表⽰打相切（试⼀试）注意⽅向

4，波浪曲⾯（头发效果）注意做⾯的先后顺序，有时候做⾯出现⾯反向的情况是因为系统⾃动默认的相切情况不是我们想要的相切⾯5，在造型内很轻松获得截⾯线

四边⾯之⽛刷头

单⾯的碎线（也就是虽然是⼀个整⾯，但是边的线条却是好多段）变成整线的⽅法：a、