CAS设计：数码程序引领汽车设计革命！

汽车设计借助数字技术，飞速发展

20世纪80年代中期，由于数字技术的应用，汽车产业迅速向数字化方向发展，与原来的手工作业相比，缩短了生产周期。汽车设计的全球化，创造出了高品质的设计产品，在时效性和经济方面都带来了很大的变化。

设计像汽车这样形体较大的产品时，不能采用一般的数字硬件系统，而要采用有投影墙（Power Wall）和虚拟现实空间的Cave、与汽车实物同样大小的可视化系统虚拟现实技术VR（Virtual Reality）等规模较大的数字化基础设施。通过这种设施的建构，各地区的工作室能够同步进行设计的品评，对汽车设计可以随时进行改造，所以在高级产品的设计和概念车设计中广泛应用。除此之外，这些数字技术程序有缩短造型周期、节约生产成本、可省略比例模型的制作环节、在短时间内完成所有内外饰表面和大部分细节的三维可加工数据模型的制作任务等很多优点。

未来数字基础设施的建构要与系统的完善、性能的改进等紧密联系在一起。以目前的技术发展情况来看，必须靠数字技术的优势来弥补传统技术的不足。韩国汽车产业也从2000年开始引用计算机辅助造型技术CAS(Computer Aided Styling)新型技术，来推进汽车设计的开发。

数字技术的发展

20世纪60年代，汽车产业开始引进计算机系统；20世纪80年代，各设计领域广泛应用计算机设计程序进行设计。1982年12月在Comdex计算机经销商博览会上，美国欧特克（AutoDesk）有限公司首次推出了自动计算机辅助设计软件（AutoCAD:Auto Computer Aided Design），之后计算机设计广泛应用于汽车产业。自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制及基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。各种设计图的绘制、修改等，从设计的构思到最终阶段，将所有内容输入计算机，并且可以绘图与设计说明同时进行，包括设计自动化。

计算机的应用领域有：机械设计、电子设计、模具设计、成套设备设计、建筑工程设计、地图设计、造景设计、军事科学领域的模拟试验、电影、广告等，应用领域非常广泛。计算机应用领域的特点是缩短设计周期、提高生产质量、减少成本、缩短交货期、提高企业形象、促进合理化设计、增强市场竞争力、提出试行性方案等。

在数字系统支持下，计算机设计分为计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）与计算机辅助工业设计CAID(Computer Aided Industrial Design)。CAD是一种用计算机硬软件系统进行图形处理的技术，CAID与CAD相比，CAID更增强了产品造型的3D表现效果，使设计师有更大的空间去发挥其在造型设计上的创意，用草图、效果图、比例模型的计算机绘图工具绘制自由曲线与曲面，提高实时分辨率，就能够描绘出精确的汽车车身。绘制出的效果图通过动画影像，可以在比例模型制作之前进行产品验证、论证。随着CAID软件的不断升级，全球各大汽车公司均积极扩展VR虚拟现实技术的应用规模。

汽车实体模型的可视化虚拟现实技术的运用，使各国各地区的工作室可以在同一时间同步进行产品设计的品评论证。20世纪90年代后期，由于汽车产业的收购合并，由6家汽车制造商主导的体制开始建构，从此汽车产业向全球化发展。VR虚拟现实技术的应用，正迎合了汽车制造公司在时效性和经济方面谋求新方法的标准。汽车公司为了生产符合消费者需求的高品质、多品种车型，引用高新技术而缩短生产周期，这种以数据库为基础的计算机设计，是汽车产业发展的必然要素。

CAID发展阶段的对照表说明了20世纪80年代中期到至今，汽车产业应用CAID技术以来，在设计上带来的显著变化。将设计师绘制的曲线，通过CAID计算机设计程序处理，增强汽车造型的3D效果。

CAID的发展阶段的比较

计算机系统构成要素

投影墙（Power Wall）

汽车车身计算机辅助工业设计需要能够展现汽车实体大小的屏幕、投影仪及计算机等设备。系统中有投影墙与CAVE，而投影墙主要用于汽车实体或比实体大的汽车模型的品评论证。屏幕分为原形屏幕与平面屏幕，但为取得设计的精确效果，普遍采用平面屏幕。

目前，现代汽车公司采用三个6m×4.5m大小的平面屏幕，投射比实体大的汽车影像。与此同时，配备了对三个设计同时进行比较、分析的平面形屏幕设备，还配备了5台比利时巴可公司开发生产的大屏幕显示系统CRT/LCD。这个大屏幕投影机可以将硅谷图形公司服务器绘制的数据以1280×1024像素的高分辨率投射到这个大屏幕投影机上。巴可开发的巨型LED显示墙可以接收很多信息，而且数字映像品评会场上不仅提供绘制的数据资料，还可以通过DVD投射高分辨率的图像。同时，配有5波段扬声器，有影院般的立体音响效果。

侧图是菲亚特汽车公司现场对内饰设计进行验证，而且对音频开关类的具体问题实体或部分扩大而进行验证的图片内容。第二图是丰田汽车公司利用平面形投影墙对汽车实体的其他设计同时进行验证的图片内容。

自动虚拟环境工作室CAVE

自动虚拟环境工作室（CAVE，Computer Automatic Virtual Environment）是一种洞穴式的可视化系统，是通过洞穴状的5面玻璃进行品评论证的VR虚拟现实系统。此系统是由美国伊利诺伊大学的Tomas Defanti设计，1992年在美国计算机协会计算机图形专业组组织的计算机图形学顶级年度会议上发表。将虚拟的内容输入计算机系统中，用户通过模拟实验也能体验到实际驾乘般的乐趣，它是人与机器的交互模式，六面的投影即前后左右、顶棚及底面所形成虚拟现实的可视化系统。

通过此系统能体验到驾乘的感觉，所以能够对内饰、驾驶舱的视域、仪表板的位置等进行测评。CAVE正处于初级阶段，图像跟踪或操作按钮的测试中所必需的假想手套等感应设备还不够完善，需要进一步的改进。目前，汽车产业中投影墙主要用于汽车外观设计，而CAVE主要用于汽车内饰的设计中。(www.xing528.com)

▲菲亚特汽车公司的内饰设计验证过程 ▲▲丰田汽车公司的投影墙 ▲▲▲现代汽车公司的投影墙

▲标志雪铁龙PAS集团的自动虚拟环境工作室CAVE

通用、福特、雷诺等知名汽车公司从早期即开始应用CAVE技术，2004年10月完成的标致雪铁龙PSA集团的AND（Automotive DesignNetwork）设计中心也配备了CAVE，对超前设计（Advance Design）、数字比例模型、色彩装饰等多种计算机设计与模拟实验，通过此系统可以进行产品验证。

计算机设计系统的发展现况

2000年，韩国现代汽车公司有40多名员工，以CAS数码程序建构了CAID系统支持的VR虚拟现实技术。品评论证也以汽车实体大小进行，效果图以高分辨率投射到投影墙的第三面上，有5个波段的扬声器具有影院般的立体音响效果。2003年，概念车OLV（Outdoor Lifestyle Vehicle）即是应用计算机系统设计的车型，这款户外多用途休闲车在北美国际车展上亮相后，反响极好，从而开启了数字设计的序幕。

雷诺汽车公司从20世纪90年代开始在位于巴黎的计算机工作室CARDS（Comprehensive Automobile Research and Development Simulator，汽车综合研究开发模拟器）进行数字设计。奥迪在慕尼黑、大众在柏林设有计算机工作室，而日本设计工作室分布于世界各地区，所以有整合效果的卫星工作室。通用在全球信息可视化中心“Global Visualization Center”，利用好莱坞特殊技术对开发过程中的延迟因素和消耗材料的主要因素进行分析。利用在三维CAD系统中最为广泛应用的合成图形（UG,Unigraphics），为了实现每隔28天能有新型汽车开发，推广使用可视化（Visual Eyes）系统。

通用的IS＆S（Information System＆Service）全球产品开发信息责任人Terry Kline在长达20多年的时间里一直应用Alias公司的系统，并充分肯定了该公司产品的高效性。为了占领计算机设计的市场领先地位，通用公司与Alias公司结盟为战略性合作伙伴，他强调说，要强化设计的专业性，将重点放在全球化设计中心的建构方面。

过去的设计程序需要制作蜡模型、泡沫比例模型、用于色彩与材质研发用的多种模型。但是，计算机系统的模型制作通过影像也可以验证，所以减少了模型的制作环节。比如，对汽车内饰来说，单品类较多，1∶1比例及扩大比例通过影像可以验证各单品的组装中出现的面与线的视觉误差，所以减少了汽车模型制作过程中的烦琐程序。

目前，汽车产业正处于自动化系统的转换阶段，项目开发多以油泥模型为主。但在系统的应用中出现了新的问题，即工作人员的系统学习需要时间，高容量的数据管理系统需要改善，高分辨率的VR影像易出现问题，这些问题都需要进一步完善和改进。而缩短设计周期、人员管理简单化、减少生产成本、数据资料的建构、共有可视数据、多品种高品质产品的开发、虚拟环境处理等，这些都是这一系统的优点。

计算机设计的特点

从20世纪80年代应用数字化设计以来，经过了20多年的基础建设，未来要发展为完善的数字化全过程，我们面临着很多有待于解决的问题。就目前的各汽车公司的技术与现况来看，未来数字化发展以原模（Master Model）为主，而且会有下列几项变化。

第一，设计程序的缩短。通过全球信息来源系统，缩短了开发及制作模型所需要的时间；设计师与工程师能够有效进行沟通，避免设计过程中经常出现的差错。设计部门对风洞试验、碰撞试验、温度试验等与设计有关的空气动力学的模拟试验，其应用越来越广泛。跟踪技术或者操作按钮的虚拟手套的感知性能日益完善，未来的发展方向是从可视化到可以触摸的体验型发展。

数字化设计的前景

第二，通过跨国合作，可以在同一时间进行对汽车设计的品评论证。通用汽车公司的VR中心部门经理Don Siefkes说道，通用汽车公司拥有位于4个地区的19家通用VR工作室，虽有时差，但仍然可以在同一时间内通过可视化系统进行设计的品评论证。他还说，只要能够完善与品评论证有关的影像的分辨率、数据管理的互换系统，就能快速扩大可视化系统的应用范围。

第三，应用数字化技术之后，汽车设计模式有了很大的变化。目前，数字化设计从“缩短时间与减少生产成本”的第一阶段向“提高设计价值”的第二阶段发展。将技术开发的重点放在设计师所需要的性能上，数字化系统的应用才会更广泛。

最后一个发展阶段是设计的高效化，通过开发新型软件与连接器，各个阶段相辅相成，协调连接，将设计中的优点发挥到极致。每个阶段要以设计师为中心，就如无论所用的设计工具和性能如何发达，但无法替代设计师的设计灵感一样，各阶段的优点相互连接，数字化设计的应用范围才能越来越广泛。

数字化设计模式