CATIA Hackathon TeamB作品解析 — 合众汽车常冰导师团队

本次CATIA Hackathon是一个完全“Start From Scratch”的活动，整个设计过程从ideation开始，第一个环节就是概念的发散。比赛的工作人员准备了几百张灵感图和调研而来的灵感词汇来帮助CATIA Hackathon参赛者们发散想法，快速从中找到灵感。

比赛现场密密麻麻的灵感图和关键词

TeamB 的小伙伴们从灵感图堆中选择了一张充满着未来感的人物照片作为设计的Persona，总结了个性，年轻，潮流等关键词，并构想了一个未来年轻人类的出行体验。围绕着“个性化”，“VR体验”和“参数化”，想象在这个出行体验当中，未来人类会喜欢什么样的造型语言，又需要哪些功能，来发散我们的灵感。

TeamB 的小伙伴们一起画的满满的概念板

2. 草图绘制

由于TeamB的概念是为未来的新新人类设计的出行体验，因此外饰的造型上选取了星球爆发的形状，塑造出星球和冲击波交融的外饰曲面。内饰上以舒适的体验为出发，并与外饰风格统一选取了简洁的造型方案。

外饰草图

内饰草图

在造型完成后也可以使用Natural Sketch应用将草图导入模型空间。

人机工学是汽车设计概念的一个组成部分。它在整个设计流程中对造型的限制作用非常明显，在造型的初期，大量的限制是来自于人机工学的要求。特别在内饰设计中，由于视野/头部空间/肩部空间/腿部空间/肘高/手部最佳操作空间而影响到的造型特征俯仰皆是。

而Human Design应用是一款非常快捷方便的人机工具，能够创建人体在模型当中作为参考，并且快速的摆放人物的姿势和切换着装外表。如图Human Design还可以让人物的手部“抓住”模型中的物体，更方便的调整人物的姿态。

 Human Design 界面

在 TeamB 的造型概念当中，未来人类在车内的体验应该更加自由，无论是休息的躺姿和驾驶时的坐姿都能够灵活的切换。因而我们使用 Human Design 搭建一个躺姿和一个驾驶坐姿的人物模型，来帮助构造车的内饰部分。

用 Nurbs 建模的小伙伴们是否也曾经羡慕过细分曲面建模造型的直观和快捷呢？而 CATIA Imagine&Shape 是基于细分曲面技术的建模应用，给广大设计师和建模师更加自由的建模方式，而且能够跟 Nurbs 建模流程无缝衔接！

在界面中我们可以看到车身的曲面点都可以非常自由的用操纵轴去拉动，就像捏黏土一样快捷方便。另外 IMA 也提供了如增加面的细分，挤出面等细分建模经常使用的功能。可以说大大提高了造型建模的自由度。

Imagine&Shape 界面

而在TeamB的建模后期优化的过程中，由于原有曲面的结构不合理，是要照着原有曲面重建曲面的。而这时候IMA的Strip Drawing工具就能派上非常大的用场了！这个工具能直接在原有的曲面上直接画出结构线来重建曲面，而画出来的新曲面的点都会自动附着在原有的曲面上，使得我们非常容易去贴合原来的造型。加上直观的挤出面和吸附操作，能够让建模师很快的重建好新的曲面并且尽量地贴合好原有的造型。

使用 Strip Drawing 工具重建曲面

大到建筑，小到汽车、产品，近年来我们能看到越来越多的参数化设计：参数化的整体布置、有节奏地变化的参数化细节、交互式的参数化单元等等，代表着一种数学之美，逻辑之美，自然之美。而在3DEXPERIENCE 上，2019X版本正式发布了xGenerative Design（xGD）应用，它不仅能实现强大的参数化设计功能，更能提供可视化编程界面：而且这个应用完全基于web开发，设计师们不需要下载安装任何软件，打开浏览器就能进行建模。

xGenerative Design 能通过非常直观的方式来帮助设计师们实现各种可调参数的设计方案。接下来是 TeamB 方案中车身侧面的参数化叶片纹理的教程啦！有兴趣的同学可以通过这个视频或者视频后面的文字教程来学习一下xGD是怎么实现这个效果的。

1. 进入xGD

创建模型

① 从3DEXPERIENCE平台左上角罗盘的左象限进入3D App，找到xGenerative Design，点击进入。在弹出的 xGenerative Design 界面中点击 Create Model 。

② 输入文件名（名字记得要好好起，不然以后会找不到的！），选择工作区，点确定。

基本界面介绍

③ 进入 xGD 的界面之后，中间是模型空间，左侧是物件图层，下面是命令栏。把鼠标移动到左侧的 Design Sequence 右侧时，会出现一个笔杆的图标，点击这个图标就会弹出Graph Editor。在其中就是以节点的方式来表示物体，并且可以很方便的连接各个物体的属性。

Graph Editor 界面介绍

④Graph Editor里面物件以节点的方式呈现，每个物件节点上都会有一些附有文字标注的绿色的点，这些点标志着物件的不同属性。下方是节点栏，可以通过拖动将不同的节点拉到界面中来创建物体。节点栏的左下方是搜索栏，可以输入节点的名称来快速搜索节点。后面会介绍如何通过拖动绿色点来拉出关系线，从而链接不同节点之间的属性。

Graph Editor 视图操作

⑤ 在Graph Editor里你可以按住鼠标中键拖动来移动界面，滚动鼠标滚轮缩放，按住鼠标左键可以画出方框来多选方框区域内的节点。

2. 创建六边形网格

创建六边形网格的中心点

① 首先，我们来创建一个六边形网格的中心点，点击切换到下方命令栏的Construct标签，点击左数第七个图标，创建Points Grid，右上角会弹出一个创建物件属性的窗口。

② 点击弹出窗口上方的六边形网格图标，点击Plane 右边的空栏进行网格点所在平面的选择，再点击选择左侧的3D Shape下的ZX平面，调节弹出窗口中的Size，NumberX，NumberY参数来调整效果。这里我暂且调成了13mm，6，6，然后点OK就创建好了我们需要的网格点。

创建六边形网格

③ 接下来还是在下方的Construct标签里面，找到Polygon（左数第20个）并点击，来创建六边形。弹出窗口里面Center选择我们创建好的六边形网格点（可以点击模型空间里的点进行选择，也可以点击左侧树图里面对应的PointGrid.1），Support选择ZX平面，Side增加到6，Radius先调整到差不多的大小，点OK创建好网格。

将网格的半径和网格点的间隔联系起来

④ 在这里我们想将网格的半径和网格点的间隔联系起来，点击 左侧Design Sequence.1右边的笔杆图标来打开Graph Editor。可以看到初始的参考平面和我们之前创建的物体都以节点的方式呈现在界面中，节点上左侧的绿色点代表输入端，右侧的绿色点代表输出端。节点之间的曲线表示属性被链接起来了。我们可以通过拖动节点上的输出端到另外的节点的输入端，拉出新的曲线，来链接物件之间的属性。

⑤ 这里我们想把六边形的边长单独拖出来做一个变量，点击PointGrid.1 节点的 Side 输出，弹出一个Value窗口，点击+号就会生成一个新的变量节点。

⑥ 将变量节点的输出端拖动到Polygon.1 节点的 rad 输入上，这样六边形网格点的间隔和六边形的边长都是由同一个变量Side来控制。调节一下Side的大小，你可以看到模型空间中的六边形也同步的变化大小。

3. 以六边形中线为轴旋转

使用中心点拉出六边形中线

① 点击Construct 标签下的 Line（左数第八个图标）命令，弹出窗口上点击第二个图标切换到Line Point Direction。Point 一栏选择 PointGrid.1，Direction 一栏选择YZ参考平面，点击OK，创建好旋转的轴线。

旋转六边形

② 点击下方的Operate切换标签，点击Rotate（左数第19个图标），在弹出窗口中，Geometry一栏选择 Polygon.1，Axis一栏选择 Line.1（刚才创建的轴线），Angle可以调整来尝试效果，这里我们调到 30deg。

③ 可以点击Polygon.2左边的空白处来隐藏。更方便的预览旋转的效果。

4. 用数列和函数来控制渐变旋转

创建数列

① 打开Graph Editor，进入下方的Input标签，点击Sequence创建一个节点。单击Polygon.1的numY 输入端来新建 numY 变量，将 numY 的输出拖到 Sequence 节点 的 nb（number） 输入端。我们可以点击 Sequence 节点的输出端，点击 Value 边上的望远镜图标来打开一个 Watch 窗口，预览输出的值。

将数列对应到函数上

② 节点栏切换到Maths标签，点击Curve Evaluator创建节点。在这个节点里面有一个函数图像，图像的横轴X是从0到1，纵轴Y是从输入端的 min 值到输入端的 max 值。我们把 Sequence 节点的输出端拖动到 CrvEval 节点的 x 输入端。这样 CrvEval 节点会输出函数图像上对应着8个X值的Y值。我们可以拖动函数图像的两个端点和控制杆来控制函数形状，如图输出的是一列先升后降的值。然后我们可以点击 CrvEval 节点的 min 和 max 输入端，点击+号创建变量节点。这里我们在 max 变量数值处点击输入70deg。最后我们把 CrvEval 节点的输出拖动到 Rotate 节点上，就能用函数来控制一个渐变的旋转角度啦。

5. 将六边形转换成面

① 点击下方切换到Create标签，点击Fill，弹出窗口中 Outer Wires 一栏选择 Rotate.3，点击 OK。

6. 从六边形网格挤出（用于切割纹理所在曲面）

① 点击下方Create标签内的Extrude，在弹出的窗口里面Profile一栏选择之前创建的六边形 Polygon，Direction 一栏选择ZX平面，Length 1和Length 2都调出来一定长度，点击OK。

② 打开Graph Editor，点击 Extrude.1 输入端 l1，点击+号新建一个变量节点，将这个节点的输出端拖动到 Extrude.1 输入端 l2，就可以同时调整 Length1 和 Length2。双击变量节点的名称，可以将变量节点的名称重命名，这里我们改成了Extrusion。

7. 创建 Mapping 参考面（用于后期纹理Mapping到曲面上）

声明全局变量

① 点击 numY 的输出端，点击弹出窗口的声波图标，numY 就变成了一个全局变量。如图全局变量的连线会消失，变成一个小绿色声波。这些变量在后面将模型导入别的模块后可以直接看到，方便调整。

② 在主界面左侧的controllers里面也能看到声明的全局变量，方便调整。

创建Mapping参考面

① 下面两图解释了参考面（长方形）的最小长和宽应该是 numX*1.5R 和numY*2R。

② 进入Graph Editor，在搜索栏中输入rec找到Rectangle 2 Points, 点击创建节点

③ 同理输入XYZ创建两个Point By Coodinates节点。

④ 用Mutiply节点（搜索 * 可得）和MinusX节点（搜索 - 可得）来生成如图算式。Rectangle 节点的 sup 输入端与ZX平面连接。最后连接Fill节点生成一个面。

⑤ 可以看到生成了一个略大于纹理的参考面。

⑥ 点击Operate标签下的Scale，选择 Rectangle 进行缩放。打开 Graph Editor，将 Scale 节点的输出端连接到 Fill 的输入端（替代掉原来的 Rectangle 连接线），点击 Scale 节点的 rat 输入端新建一个变量节点，命名为Ref Scale，并且声明为全局变量。

8. 发布

装配和发布

① 完成以上步骤后，我们要将需要导出的部件使用Assembly节点先进行装配，再使用Publish节点进行发布。

② 我们可以看到每一步装配都是对数据结构进行一个“打组”的操作。

③ 最后别忘了在主界面点击Save按钮，出现Saving Document的提示才算完成。

给六边形之间留点空隙

④ 如果你希望这些六边形之间留一些空隙，可以在我们第二步生成六边形网格的中心点之后插入一个 Multiply 节点将 Rad 变量和一个小于1的浮点数（Input标签下的Real节点）相乘，再连接到后面生成六边形，这里设的是0.9。

⑤ 可以看到这里六边形之间出现了一些空隙。

9. 在原模型中导入叶片模型

在3DEXPERIENCE平台搜索打开文件

① 点击左上角罗盘的左象限，打开IMA (Imagine&Shape)模块。

② 打开你原来建好的曲面模型

③ 在上方搜索框里面搜索你 xGD 制作的文件名，右键点击 Open 打开模型。

使用全局变量调整模型

① 打开xGD制作的模型，按键盘F3可打开左侧的结构树。Design Sequence下的Parameters就是我们之前教程中声明好的全局变量。Published Geometries下是我们之前装配和发布的物体。

② 双击任意一个变量都会弹出一个编辑变量的窗口，这里我把numX从5改成6，点Apply就同步更新了模型。

插入模型

① 回到原来的曲面模型，双击结构树最顶层。然后我们右键单击结构树最顶层，选择Insert>Existing Product。

② 切换到xGD所做的模型，点击最顶层将模型插入到原来的产品中。

③ 这样xGD所做的模型就插入完成了。

10. 将纹理对应到曲面上

将要对应的曲面**到xGD的子产品下

① 为了将纹理对应到曲面上，需要将纹理和曲面放在同一个3D Shape 下面， 双击曲面所在的3D Shape，右键点击曲面（我这里将曲面所在的Geometry Set整个**过去），选择Copy。

② 双击xGD制作的子产品下的3D Shape，然后右键选择Paste。

截取曲面的一部分（IMA > Shape Operations > Split）

① 切换到 IMA（Imagine&Shape）模块，建立一个与你需要的纹理范围差不多一致的物体。

② 点击使用Shape Operations标签下的 Split, 弹出窗口中 Element to cut 选择原来的曲面，Cutting elements 选择刚才创建的物体，勾选 Keep both sides，点击OK。

③ 右键点击分割的物体和之前用于切割的物体选择 Hide/Show，来检查分割出来的曲面。

截取曲面简化 （Generative Shape Morphing > Morphing > Surface Simplification）

① 点击罗盘左象限，切换到Generative Shpe Morphing。

② 点击Morphing标签下的Surface Simplication，弹出窗口中 Surface 选择我们分割好的曲面，点OK。

③ 这样就简化成一个单曲面了（与xGD所做的参考面UV结构一致）。

使用Surface Mapping （ICEM Shape Morphing > Surface > Surface Mapping）

① 切换到ICEM Shape Morphing模块，顺便把xGD做的参考面显示出来。

② 点击Surface标签下的Shape Mapping（点击图标旁边的小箭头可以选到）。

③ 弹出窗口里面 Element 选择挤出的物体，Reference 选择之前创建好的参考面，Target 选择简化后的曲面。点OK。

④ 在弹出来的 Muti-result Management 窗口里面，选择Keep all the sub-elements。点击OK.

⑤ 这样就把挤出物体给Mapping到曲面上了。

⑥ 记得把叶片也给Mapping上去

用xGD制作的挤出物件切割曲面

① 切换到IMA模块，选择Shape Operations标签下的Split，用xGD制作的挤出物件来切割简化后的曲面。

② 隐藏掉挤出的物件。当当！可以看到叶片在曲面上展开的效果啦！

1. 使用 Live Rendering 进行渲染

在设计完成之后，就到了渲染的阶段啦。Live Rendering 模块提供完善的渲染流程，从材质到灯光再到最后的渲染调色。材质方面可以直接导入 Sustance Designer 设计好的节点式材质，非常方便的调整你所需要的参数。模块里面默认提供了一个非常全的材质库，不会用 Sustance 的同学也可以直接导入材质库的材质来完成渲染。灯光方面我们熟悉的布光方式外，还提供了HDRI的环境贴图。最后渲染我们还可以选用不同的渲染引擎。

 最终的概念图就是用 Live Rendering 渲染出来的啦

2. 使用 Product Perception Experience 进行汇报

Product Perception Experience可是模型汇报的利器呢！使用Product Perception Experience，设计师们能通过定义使用多种产品变体（比如几何变体、颜色和材料变体、简单产品行为）和实时渲染的产品体验来沟通3D设计意图和设计进度。只需要直观地记录不同的产品显示状态，不同的材质或者不同的视角，并且在汇报的时候点击这些变体，便能平滑地在这些记录好的变体中切换，提供非常流畅的汇报体验。

Product Perception Experience 的汇报功能非常直观哦