收稿日期：２０１９－０８－２２
作者简介：王立宏（１９８８ ），男，工学学士，工程师，研究方向为汽车ＣＡＳ设计㊁Ａ面设计㊁３Ｄ打印快速成型㊁数字模型可视化渲染等㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｅｅｈｏｏ＠ｏｕｔｌｏｏｋ ｃｏｍ㊂
ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０２０ ０２ ００９
基于Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ的汽车格栅ＣＡＳ模型参数化设计
王立宏
（北京现代汽车有限公司，北京１０１３００）
摘要：参数化设计是目前汽车造型发展的重要趋势之一㊂一般参数化设计造型特征较为复杂，汽车ＣＡＳ设计师需花费很长时间来构建三维模型，影响开发周期㊂运用Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ参数化设计工具快速准确地完成前格栅ＣＡＳ模型并通过调整参数即时衍生出多个备选方案㊂与传统建模方式相比，参数化设计通过参数驱动模型，缩减方案的选择周期，同时直观快速的参数化设计模型拓展了设计师的思维，激发新的创作灵感，对以后的汽车参数化造型设计有一定的启发性和指导意义㊂
关键词：汽车造型；参数化设计；快速建模中图分类号：Ｕ４６
ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＤｅｓｉｇｎｏｆＧｒｉｌｌｅＣＡＳＭｏｄｅｌＢａｓｅｄｏｎＧｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ
ＷＡＮＧＬｉｈｏｎｇ
（ＢｅｉｊｉｎｇＨｙｕｎｄａｉＭｏｔｏｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｉｓｏｎｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｒｅｎｄｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｍｏｄｅｌｉｎｇｄｅｓｉｇｎ．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｐｅａｋｉｎｇｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｃｏｎｔａｉｎｓｍａｎｙｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆｓｉｍｉｌａｒｂｕｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇｕｎｉｔｓ，ＣＡＳｍｏｄｅｌｅｒｃａｎｎｏｔｂｕｉｌｄｃｏｍｐｌｅｘｐａｒａｍｅｔｒｉｃ３Ｄｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｗａｙｓｒａｐｉｄｌｙ．ＢｙｕｓｉｎｇＧｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ，ｇｒｉｌｌｅＣＡＳｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔａｎｄｍａｎｙａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓｗｅｒｅｄｅｒｉｖｅｄｑｕｉｃｋｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｗａｙｓ，ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｅｄｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｒｉｖｅｍａｎｙａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙｂｙｍｏｄｉｆｙｉｎｇｒｅｌａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｃｏｎｔ
ｒｉｂｕｔｉｎｇａｌｏｔｔｏｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅｉｍｍｅｄｉａｔｅａｎｄｉｎｔｕｉｔｉｖｅｍｏｄｅｌｂｕｉｌｄｉｎｇｃａｎａｌｓｏｅｘｐａｎｄｍｉｎｄａｎｄｉｎｓｐｉｒｅｎｅｗｉｄｅａｓ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｍｏｄｅｌｉｎｇｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｍｏｄｅｌｉｎｇ；Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎ；Ｆａｓｔｍｏｄｅｌｉｎｇ
０㊀引言
参数化设计最早在建筑领域应用较多，目前已有大量实际建筑应用，国内比较著名的参数化建筑有鸟巢及水立方等㊂随着参数化设计工具的推广及现代制造工艺的进步，越来越多的汽车上出现了参数化造型特征，其中汽车前格栅最易被参数化设计，如图１所示的奔驰ＣＬＡ参数化造型前格栅，称之为 满天星 ，通过小六边形的亮点围绕着奔驰三叉戟圆形ＬＯＧＯ及前格栅边框有规律地排布，营造出紧致而又精致的美感，为整体造型锦上添花㊂对于 满天星 等参数化造型特征，传统的建模方式可实现，但无论是初次建模还是后期方案推敲修改，均避免不了大量的手工操作，严重影响造型开发效率㊂合理运用参数化设计可很大程度上提高ＣＡＳ建模速度，缩短造型开发周期
㊂
图１㊀奔驰ＣＬＡ
１㊀参数化设计优势与工具介绍
１ １㊀参数化设计优势
参数化设计（Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎ）目前还没有一个广泛认可的定义，一般理解为将某些重要因素变成某个函数的变量，通过改变该变量值，改变函数结果，从而生成不同的方案㊂
（１）传统设计的局限性
在传统造型概念设计过程中，设计师通过头脑风暴㊁联想㊁比拟㊁仿生等思维创作汽车造型，产生出概念方案，选定方案效果图后根据效果图在三维软件如Ａｌｉａｓ中搭建汽车三维模型，此过程称为汽车ＣＡＳ设计阶段㊂在此阶段经常会进行方案调整或者衍生出其他方案，但ＣＡＳ设计师通过Ａｌｉａｓ软件等手动调整方案或者搭建衍生方案时往往需要重新建模，耗费大量时间与精力，而设计师在等待ＣＡＳ模型修改的时候也容易淡化创作灵感，创作思维不连续㊂
（２）参数化设计的优势
参数化设计方法主要在ＣＡＳ模型阶段进行，通过构建逻辑规则，将主要的造型特征变量用参数驱动，通过更改参数可即时生成三维模型，并衍生出多个造型方案，模型具有逆向可调性，极大地缩减ＣＡＳ模型搭建时间；同时设计师可直观观察对比各个衍生方案的优缺点，进行选择或者二次创作，设计灵感不再随机㊁创作思维得以连续㊂
参数化设计解决了传统造型设计遇到的瓶颈，最重要的意义在于提高了效率，降低了成本，缩短了ＣＡＳ建模时间，拓展
了造型设计思路，有利于突破汽车造型的现有局面㊂１ ２㊀参数化设计工具介绍
目前参数化设计工具主要有Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ㊁Ｄｙｎａｍｏ等，其
中Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ功能强大㊁稳定性好，本文作者采用Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ
进行参数化模型搭建㊂
Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ（下文简称ＧＨ）是一款在犀牛软件环境下运
行的采用程序算法生成模型的插件，是目前比较流行的参数化设计工具㊂ＧＨ把相关功能封装在一个运算器内，这些运算器又称为 电池 ㊂ＧＨ将编程节点可视化，设计人员只需对运算器输入某些参数，就可以得到相关结果，降低了设计人员的学习成本，不过仍需相关设计人员具有编程知识㊂打开犀牛软件加载ＧＨ插件后的界面如图２所示，运算器连接起来的图也称之为 电池图
㊂
图２㊀ＧＨ界面
使用某个运算器时直接将运算器从面板中拖入工作区，点击运算器两侧的半圆可以将各个运算器连接起来，如图２所示为加法运算器，左侧Ａ和Ｂ为输入端，右侧为输出端，输出运算后结果㊂
２　格栅ＣＡＳ模型参数化设计
汽车前格栅作为汽车前脸造型非常重要的部件，在造型设计中一直处于十分重要的地位，很多车型的家族化特征主要由其前格栅定义，如雷克萨斯纺锤形前格栅㊁宝马双肾形前格栅㊂
点阵式格栅是前格栅的常见形式，一般由基本的造型单元通过复杂的排列组合实现，如沿二维平面分布㊁围绕中心布置㊁旋转缩放等，此类排列组合是有规律的，可以通过调节某些参数实现㊂下面通过某个点阵式前格栅的建模简述通过ＧＨ实现参数化设计的过程㊂
２ １㊀格栅参数化设计逻辑分析
北京现代汽车有限公司图３为点阵式前格栅的方案图，可以看出，基本造型单元
为一个梯形体，除了中间部分其他造型单元均有规律排列，通过阵列可以在平面上实现㊂但一般前格栅造型单元空间排列都比较饱满，侧面看是向外鼓出的，基本造型单元趴在一张空间立体面上，采用常规
建模方法在平面阵列完成后，仍需要手动或者通过其他方式将其排列到空间位置，耗费很多时间；在推敲此方案时，如增多几行几列或者排列角度再变化一些，手动建模繁琐耗时
㊂
图３㊀前格栅效果图分析
经过分析，正面看，造型排列如图３中虚线所示，基本的梯形造型单元可以在Ａｌｉａｓ中手动完成，造型单元排列比较复杂，趴在了一张空间曲面上，在ＧＨ中实现比较方便，基本逻辑顺序见图４
㊂
图４㊀格栅参数化设计逻辑
下文即按图４中逻辑顺序在ＧＨ中一步步搭建出格栅㊂
２ ２㊀画纵横交叉线
通过３个点画出一条ＮＵＲＢＳ曲线，作为横条，按Ｚ方向
阵列（ＬｉｎｅａｒＡｒｒａｙ运算器）６个，同理做出竖条并阵列，阵列后每根竖条曲线绕着一端端
点转动（Ｒｏｔａｔｅ３Ｄ运算器）某个角度，离Ｙ０线越远的曲线转动角度越大，每个线的转动角度可由等差数列实现，电池图如图５所示， 犀牛 里生成的曲线如图６所示㊂
图５㊀
画纵横交叉线电池图
图６㊀ 犀牛 里中生成的纵横交叉线
２ ３㊀交叉线投影至空间曲面，提取交叉点
将上一步中生成的横纵线投影至指定的曲面，提取交点，
用ＰｏｉｎｔＬｉｓｔ运算器可显示各个点的编号，再使用分流运算器
（Ｄｉｓｐａｔｃｈ），输入端Ｐ的参数为布尔值ＴＲＵＥ㊁ＦＡＬＳＥ，即第０个点对应ＴＲＵＥ，分流至输出端Ａ；第１个点对应ＦＡＬＳＥ，分流至输出端Ｂ；第２个点对应ＴＲＵＥ，分流至输出端Ａ；第３个点对应ＦＡＬＳＥ，分流至输出端Ｂ㊂以此类推，从中筛选出想要的点，作为格栅每个造型
单元最后要移动到的位置点㊂此案例中要用到的点为Ａ端输出的点，即序号为０㊁２㊁４㊁６㊁．．．．．．的偶数点㊂相关电池图见图７，犀牛里生成的图像见图８
㊂
图７㊀
投影并提取交叉点电池图
图８㊀投影并提取交叉点后的模型
２ ４㊀造型单元复制移动至各交叉点
好造型单元要移动到的位置点后，把造型单元复制移动
到对应的位置点即可，但在实现复制移动前，为了方便调整，此处增加两项功能：（１）缩放功能，即图９中Ａ区域电池图，对应图１０（ａ）；（２）移动功能，即图９中Ｂ区域电池图，对应图１０（ｂ），以后可通过调整此处，实现整体排列多样化㊂
ＧＨ中移动物体需要指定移动向量，图９中Ｃ区域的提取向量起始点对应图１０（ｃ），Ｖｅｃｔｏｒ２Ｐ运算器将Ｃ区域提取的向量起始点与图８筛选后的点合成移动向量，之后造型单元（见图
１１）按这些向量移动即完成复制移动，生成格栅主体㊂图９中Ｄ区为显示向量，对应图１２中箭头，图９中Ｅ区为移动运算器，对应图１２中造型单元
㊂
图９㊀
造型单元复制移动至各交叉点电池图
图１０㊀Ａ，Ｂ，Ｃ
区域电池图模型
图１１㊀
选取基本造型单元
图１２㊀复制移动造型单元
２ ５㊀缩放边缘造型单元
效果图中为越接近格栅边框的造型单元越小㊂可以提取格
栅边框上的线，称之为干扰曲线，依次计算每个造型单元位置
点到这条线的距离，以此距离除以某个合适的数值，作为各自造型单元的缩放倍数㊂为保证不至于缩放过于夸张，此处使用
Ｍｉｎｉｍｕｍ运算器和Ｍａｘｉｍｕｍ运算器将缩放比例限制为０ ５８ １，电池图见图１３，生成的效果见图１４
㊂
图１３㊀
缩放边缘造型单元电池图
图１４㊀缩放后的模型
２ ６㊀搭建各个造型单元之间的桥连部分
做各个造型单元之间的桥连部分㊂桥连分横竖两部分，此
处阐述横向桥连做法，竖向桥连做法一致，只是参数需要调整㊂横向桥连基本思路为先画出两两单元间的连线，观察图１５
可得，序号为０的造型单元右边的点连接序号为１的造型单元左边的点，需要提取两组点，一组造型单元右边的点，一组左边的，两组点提取过程一致，但两点连线时须错开一位造型单元（Ｓｈｉｆｔ运算器），见图１６，否则出现图１７所示情况
㊂
图１５㊀
搭建好的桥连曲线
图１６㊀搭建桥连曲线电池图