产品改良设计-电子教案-唐智13第五章2.ppt

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5.3样条线之间的长度和角度关系,如前文所述，样条曲线是通过一组逼近“特征多边形”（即壳线，hull）的光滑参数曲线所构成的，作为样条曲线的参数特征壳线。

我们都知道，产品改良设计的本质是对产品表面样条线进行新的规划和布局，通过样条线之间的和谐关系（如平行、近似平行、逐步过度等）的实现，塑造产品的整体秩序和视觉美感。

然而，曲线之间的关系往往只能够以视觉判断的手段实现。

典型的案例是在汽车设计中，很多无法通过数学或实验方法界定的样条线都是由富有经验的设计师通过视觉判断来决定的，这必然导致了极大的个人主观认识，有时甚至会造成偏差，更无法从科学数据的角度提供参考。

此时，壳线（hull）成为实现曲线间的数字化比对分析的理想工具。

案例：

下面的两个案例将通过两种不同的测量、比对方法，对这一过程进行进一步解释和分析。

如图所示，线条1、2、3为三条相似的三阶样条曲线，其起始点固定于同一平面内的同一水平线上。

现分别测量1、2、3每条壳线长度和两两壳线间的角度，同时测量位于样条曲线起始点上的壳线与固定起始点的水平线间的角度。

图5-4三阶样条曲线比对分析,测量后，对相关数据进行对应记录，如表所示.,表5-1样条曲线比对分析测量数据,图5-5中的数据虽然能够显示每条样条曲线的各自数值特征，但对实际的线形分析意义不大，因此还需要对1、2、3壳线的对应长度和角度进行两两比较，获取比值的近似值（如图5-6所示，此处取两位有效数字）,为了进一步得到图5-5中9组比值间彼此的关系，我们将各组比值中的长度比作为横坐标值，角度比作为竖坐标值，绘制在平面坐标系中，利用回归分析的方法，观察各个点对直线函数y=x的离散程度。

如图5-6所示。

图5-6各长度比与角度比数值离散分布图,由图5-6易观察到突变点（图中蓝色圈出的点）的分布出现在远离线性函数y=x的位置上，这两个突变点A、B在寻线中的关系表现在以下两个部分，如图5-7、图5-8示。

图5-7突变点A相关联的线条和其壳线关系图5-8突变点B相关联的线条和其壳线关系,通过上述的数据分析和视觉观察，我们容易发现，当两条样条线壳线的长度比、角度比在平面坐标系中逼近线性函数y=x离散分布时，样条线自身的曲率和趋势都具有最大化的相似性，视觉上具有相对良好的秩序感，因此我们可以认为，样条线的这一部分是彼此协调的；反之，如图7中的A、B点，其分布要偏离y=x，此时两条样条线相关部分的曲率和趋势就失去了协调性（如图5-7、图5-8蓝色标示部分所示），而这便成为产品改良设计中，产品表面样条线重设计的数据参考。

在具体的操作过程中，首先定义出各样条线间“寻线”与“被寻线”的关系，以“寻线”为基础对“被寻线”做相应修改，修改的原则是要兼顾产品结构、线条自身比例与美感、修改后的比值点在平面坐标系中分布于线性函数y=x附近。

这一过程通常要反复进行。

案例1是以水平线为基础对各样条线内部壳线间关系进行测量，并将不同样条线间相对应壳线数值进行求比的分析方法。

这一方法较适用于确定“寻线”后，对多个“被寻线”进行分析和改良。

在下面的案例2中，我们将提供两条样条线间的参数比对分析方法，该方法更为简单便捷，适用于对“寻线”自身线形和谐程度的分析，其方法的核心是直接对不同样条线间对应壳线关联数值进行测量和比对。

案例2,样条线B,样条线A,图5-9,如图5-9所示，A和B为两条三阶样条线，先将其起始点固定于同一水平线上。

确定两条线的“寻线”和“被寻线”关系，并以“寻线”为参照，测量出“被寻线”各壳线对应与“寻线”壳线的角度数值，相关确定“寻线”、“被寻线”的放方法可参考5.3.2。

这里，为了更直观的表述两条样条线间的对应壳线关系，我们建议对测量所得的角度值取正弦函数，其原因在于对于两条极限逼近的样条线，相对应的壳线也应极限接近于平行状态，即两者角度的正弦值逼近与数值0。

在本案例中，三段对应壳线角度的正弦函数分别为：

sin8.38=0.146；sin10.30=0.179；sin9.13=0.159。

通过数值和线形观察，我们容易发现，只要对中间的壳线进行参数修改便可实现两样条线的协调。

需要强调的是，任何样条线的中间CV点均被两条壳线所共享，因此调节一条壳线时往往会影响与之共享CV点的另一条壳线，若这一影响显著，我们还需要对受影响的壳线进行相关调节。

不同风格产品中的线条角度关系，包括直线与直线、直线与曲线趋势线、曲线与曲线趋势线间的角关系，并不一定能用一种固定的角度关系来证明其和谐性，但是较为统一的线条角度范围必然也决定了产品的整体秩序、视觉美感和身份表征。

5.4产品线条的特征获取与优化,5.4.1产品线条的特征获取工具与方法,在产品的改良设计中，想要对产品表面样条线进行分析，首先需要对其进行提取，相关的软件工具主要集中在产品设计领域中。

本节我们主要提供通过Solidworks提取、Illustrator修改以及通过Rhion提取、Illustrator修改的研究方法（线条修改也可使用CorelDRAW或Photoshop等平面软件，读者可根据偏好进行选择使用，以下只例举Solidworks和Illustrator）。

通过Solidworks提取、Illustrator修改的研究方法：

步骤一,在Solidworks中建立模型，选择某一标准视图内的模型轮廓线，转换实体。

步骤二,选择曲线，右键，显示控制多边形。

步骤三,在“智能尺寸”选项下，标注贝塞尔曲线下壳线（hull）的长度与角度。

步骤四,选择模型整体右击选择“隐藏”，只在主界面留要分析的线，正等轴测投影。

步骤五,在工程图中导出成AI格式的文件，在Illustrator中进行分析修改，最终呈现改良后的曲线。

对以上两种方法的步骤一，如能获取产品清晰的六视图，同时又不需要对现有产品进行模型重建，可直接将六视图导入，利用相关工具直接获取需要提取的产品样条线。

5.4.2产品线条的特征优化概括,产品表面线条数量往往随着产品复杂度的增加而倍增，这一现象无疑为实际的产品线条提取增加了难度。

在产品的分析过程中，依据设计师对产品提出的要求，根据设计师个人的主观感受合理优化产品线条的特征通常会对线条提取起到事半功倍的效果。

下面，我们将对如何有效优化产品线条的特征提供参考。

1、产品线条特征优化的依据产品的开发设计过程是一个实质上有别于产品改良设计的过程。

在这一过程中，不同种类的产品都可被视为由一个规则几何体经过体的布尔加减运算后所得到，此处以3dsmax和Rhion建模过程为例，若这一过程使用Solidworks等工程建模软件，则可概述成规则集合体通过拉伸切除、曲面运算、实体装配等方法获得。

因此，任何产品都可以通过逆向方式回到相对规则的产品形态。

从另外一个角度来说，产品本身的复杂性也是存在其规律的。

产品的复杂体现在产品的细节结构和表面装饰性特征上，这些细部构造无一例外的是遵从产品本身大的结构特征。

所以说，产品整体形态可以通过产品具有鲜明特征并且极其突出的结构特征来概括。

正如毕加索的抽象艺术，正是利用事物的主要特征来表现，在鲜明的视觉感受背后留给人们极大的想象空间。

2、产品特征线条优化的方法分析视图中每组线的寻线关系，需要提取主要线条。

这要先将产品转换为运算前的状态，即一个较为规则且表面线条数量较少的几何体，如图5-10所示。

图5-10产品完整状态视图及简化到基本形体的状态,图5-11对简化后的基本形体进行主要线形的提取,完成逆向工作后，需要根据简化后的形体特征，确认决定这一形体特征构成和走向的主要“支撑”线条，并对其进行提取。

确定“支撑”线条可供参考的方法是以产品的功能域为基础提取产品构造线，如图5-11左图，以人机交互区域为基础，提起了三条构造简化形体的样条线；右图则是以产品工作域为基础提取了两条主要的构造样条线。

3.产品线条特征的逼近性,本书提供了一种全新的通过科学数据分析，以产品表面样条线重设计为基础的产品改良设计方法，但这并不否认设计师作为设计工作主体，其个人审美情趣以及市场需求对产品带来的主观因素影响，相反，我们应该对这种主观因素影响予以充分的肯定和足够的尊重。

工具的提出，只是为了辅助设计师更好的为其设计工作，尤其是有序的产品设计工作服务，其意义好比于排线手法对于素描、黄金分割对于平面构图的意义。

在计算机图形学中，几乎每一种线条都有数学获取公式作为来源依据，即便实现，软件、测量、投影、加工、装备等设计环节中的多个误差都会将这一准确性大大削弱，因此，我们所提到的产品秩序性是在视觉审美可接受范围内的一种相对秩序。

在产品线条提取中，要求构造一条曲线严格通过截取数据点是没有什么意义的，我们应做到“不求甚解”，用曲线逼近构造样条线，而将更多的时间和精力放在产品表面整体样条线的和谐配置关系，以及主要样条线的美学意义上。