分析车灯配置系统之配光纹快速建模系统

　　汽车车灯配光纹的作用

　　汽车车灯配光纹的特点

　　汽车车灯通常由灯泡、反射镜和配光镜三个部分组成，其中反射镜和配光镜上分布着数以百计的配光纹，用以调节灯泡发射光束的亮度、均匀度和照明范围，直接决定着汽车的使用性能和安全性能。配光纹种类很多，不同配光纹的配光效果不同。一般情况下，一个 汽车车灯同时配置多种配光纹，常见的有金字塔配光纹、鱼眼配光纹、四角电铸纹和六角电铸纹等。

　　图1 汽车车灯配光纹分类

　　如图1所示，为六角电铸纹形式的车灯配光纹。可以看出，配光纹具有单元尺寸小、单元结构类似、单元数量多和造型精度要求高等特点。由于配光纹单元一般分布在车灯曲面上，因此建模时不能简单的采用阵列完成。为此，手工造型时，虽然各个配光单元结构类似，但仍然需要逐个单元绘制，重复性工作量较大，通常占整个车灯造型工作量的20%以上。因此，如果能提高配光纹的造型效率，将直接缩短汽车车灯新产品开发周期并降低开发成本。

　　汽车车灯配光纹的构成

　　汽车车灯配光纹建模的必要性

　　本文介绍的汽车车灯配光纹快速建模系统，目的就在于提高车灯造型中的配光纹造型效率。配光纹单元数量多、结构类似、重复性工作量大的特点，非常有利于采用造型软件的开发工具进行二次开发，使得自动编程实现配光纹造型成为可能。

　　1. 配光模建模原理

　　1.1手工造型

　　车灯配光纹种类不同，造型方法也不同。总的来说，一般的配光纹建模过程可分为两步：网格划分和生成配光纹。

　　1.1.1

　　网格划分是指在曲面上生成曲线，用来确定配不我纹的边界，如图2所示，网格的生成是为配光纹的建模作准备。在手一造型过程中，按照测量值在曲面上逐条绘制曲线，其过程比较繁琐，常常需要辅助平面与曲面取交线的方式来生成所需的曲线。

　　1.1.2生成配光纹

　　配光纹生成的一般过程是：将划分好的网格线作为曲面上的边界线;确定配光纹单元的顶点;确定配光纹单元在空间的边界线;通过边界线做出配光纹单元的面，生成配光纹。以三角电铸纹为例，其手工造型主要分为以下四个步骤：

　　1)绘制三角电铸纹单元在底面上的三条边界线，如图3(a)所示;

　　2)绘制单元在空间的顶点，如图3(b)所示

　　3)连接顶点和三个底面交点，生成三条空间边界线，如图3(c)所示

　　4)每三条边界线生成一个有界平面，这些有界平面即构成了三角电铸纹，如图3(d)所示

　　1.2自动建模

　　所谓自动建模，即分析配光纹的几何特征和手工造型的操作步骤，抽象出几何模型，用程序实现造型功能，自动生成配光纹的过程。如图4(a)所示，为某组三角电铸纹实例。经观察发现，该组配光纹由两种不同的三角电铸纹单元组成，排布呈现一定的规律性。在自动建模时，首先，确定最小的重复单元，如图4(b)所示，然后将最小重复的单元用程序实现。最后，采用循环用的方式，即可生成任意数量的同类型的三角电铸纹。

　　实现该三角电铸纹最小重复单元的自动建模主要分为以下五个步骤：

　　1)手动选择或自动生成网格，即单元在车灯曲面上的边界线，如图5(a)所示

　　2)由边界线相交确定底面交点，如图5(b)所示

　　3)每三个底面交点确定一个中心点，将该点沿曲面的法矢量方向偏置指定距离(本单元有两个不同数值)，成为单元的空间顶点，如图5(c)所示

　　4)连接空间顶点和对应的底面交点，生成空间边界线，如图5(d)所示

　　5)每三条空间边界线确定一个有界平面(Bplane),这些有界平面即构成了三角电铸纹的最小重复单元，如图5(e)所示

　　该程序实现的难点在于方向的控制。三角电铸纹相对车灯曲面的位置有两种，因此在生成配光纹之前，先在曲面上生成一个指示方向的箭头，程序将按照选择的方向生成配光纹。根据三角电铸纹的生成原理，方向归根到底取决于图5(c)所示的空间顶点相对于底面的位置，因此这一步骤的关键是如何实现每个空间顶点的相对于底面的方向与箭头所指的方向保持一致。解决的方法是两者共同传递一个代表坐标轴方向的mod值，在生成指示箭头和生成空间顶点的偏置点的子程序的变量中都包含此mod值，以确保生成的所有三角电铸纹相对车灯曲面的方向和箭头指示方向保持一致。

　　程序实现的具体步骤如下：

　　1)确定生成网格类型;

　　2)生成网格;

　　3)输入配光纹的几何参数;

　　4)生成配光纹。

　　“ 手动选择网格”即曲面内已存在所需曲线，只需手工依次选择这些曲线即可。“手动选择网格”即曲面内只有一条纵向两条原始曲线，程序自动生成所需的两组曲线。包括“曲线均匀偏置”和“曲线非均匀偏置”两种方式。“曲线均匀偏置”就是先将曲线离散成若干个点，每个点沿曲线在该点产法向方向在曲面内偏置相同的距离，然后再将偏置后的点拟合成曲面内的曲线，即为均匀偏置后的曲线;“曲线非均匀偏置”原理类似，区别在于曲线上每个点的偏置距离成等差数列。程序流程如图6所示

　　2. 配光纹快速建模系统

　　本系统基于UG NX软件平台，利用简单易学、交互性强的二次开发工具Open GRIP ,开发出若干实用性强、操作简单、稳定性好的配光纹建模功能。

　　本系统按照程序功能分为灯花、电铸纹、条纹面和辅助功能四个部分。其中，“灯花可分为鱼眼配光纹、金字塔配光纹、梅花配光纹和侧面配光纹等功能模块;“电铸纹”可分为三角电铸纹、四角电铸纹和六角电铸纹等功能模块;“条纹面”内包含三角条纹面、倒圆角条纹等不同生成条纹的方法;“辅助功能”

　　内包含三维投影、实体复制、万能网格等功能模块，如图7所示。

　　3. 应用实例

　　采用汽车车灯配光纹快速建模系统中的鱼眼配光纹的过程如下：

　　1)确定网格类型，先选择“自动生成网格”再选择“曲线均匀偏置”;

　　2)选择网格基面，选择两条原始曲线，如图8(a)所示;输入偏置距离为2，偏置数量为3，生成的偏置曲线如图8(b)所示。

　　3)输入鱼眼的参数，顶点高度为1mm,生成鱼眼纹如图8(c)所示

　　实验发现，完成30个鱼眼纹的单元的造型，一个熟练的工程师手工造型需要时间为60min左右，而鱼眼配光纹自动建模只需1min(随着计算机性能的提高，该时间还将不断的缩短)。单元数量一定的情况下，对照每种配光单元的手工和自动建模时间，实验结果如表1所示

　　配光纹种类数量手工建模时间

　　(min)自动建模时间

　　(min)效率对比

　　(倍)

　　鱼眼配光纹600约12002060

　　金字塔配光纹600约6001540

　　四角电铸纹600约18003060

　　六角电铸纹600约24003080

　　4. 结束语

　　基于汽车车灯配光纹的手工造型原理和思路，利用UG的二次开发语言Open GRIP,开发了汽车车灯配光纹快速建模的自动化。该系统入门门槛低、易操作，能够极大的提高造型效率和精度。事实证明，本系统的成功开发对于提高车灯实体造型效率，加快相关车灯产品的开发进程，有着十分积极的意义。