付曉莉 郭昌鑫

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)中藥熏蒸產(chǎn)品長(zhǎng)期重視功能完善，導(dǎo)致市場(chǎng)產(chǎn)品造型陳舊，缺乏延續(xù)造型特征的品牌基因問(wèn)題，提出基于擬合曲線的艙室熏蒸產(chǎn)品造型研究方法。采用提取擬合曲線進(jìn)行產(chǎn)品造型特征線的表達(dá)，建立擁有品牌造型延續(xù)特征的艙室熏蒸產(chǎn)品三維模型。以某企業(yè)的艙室熏蒸產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)一款有利于提高企業(yè)產(chǎn)品品牌標(biāo)識(shí)度的產(chǎn)品外觀，該研究方法也可以運(yùn)用于其他熏蒸產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵詞：擬合曲線;艙室熏蒸產(chǎn)品;造型設(shè)計(jì)

1擬合曲線概述

擬合曲線主要應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中，在數(shù)值分析過(guò)程中，通常多組數(shù)據(jù)相對(duì)零散不便處理，擬合曲線的目的就是使用公式化的函數(shù)解析式逼近離散數(shù)據(jù)，尋求最佳擬合曲線，體現(xiàn)數(shù)據(jù)組其中的固有規(guī)律。將計(jì)算得出的數(shù)據(jù)繪制成散點(diǎn)圖，并用一條連續(xù)的曲線平滑地把這些離散的點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，最終得出一條精準(zhǔn)的擬合曲線，便于設(shè)計(jì)人員分析。離散的點(diǎn)越多越密集，得出的曲線越精準(zhǔn)平滑，機(jī)械設(shè)計(jì)加工的效果就越好。在大型企業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，計(jì)算出的擬合曲線必須是精準(zhǔn)易算的，可以被機(jī)械工程軟件CAD或者CAM兼容實(shí)現(xiàn)的函數(shù)表達(dá)式。

在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，當(dāng)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)較多、擬合曲線多項(xiàng)式階數(shù)較低時(shí)，擬合精度和效果一般不太理想。因此，提高擬合精度和效果就需要提高曲線階數(shù)，但是階數(shù)太高又會(huì)帶來(lái)計(jì)算上的復(fù)雜以及后期計(jì)算的不便，所以發(fā)現(xiàn)采用多項(xiàng)式曲線函數(shù)擬合較多的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)于本文研究?jī)?nèi)容不太合適，通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有關(guān)學(xué)者采用分段擬合曲線可以有效解決上述問(wèn)題，在每段區(qū)間上分別進(jìn)行擬合曲線。通過(guò)擬合曲線的應(yīng)用，極大提高了造型設(shè)計(jì)研究的科學(xué)性。

2艙室熏蒸產(chǎn)品造型現(xiàn)狀

由于現(xiàn)有的熏蒸機(jī)產(chǎn)品制造工藝水平和企業(yè)購(gòu)入壓模機(jī)器的限制，導(dǎo)致目前造型材料主要以鈑金和特質(zhì)膠水進(jìn)行玻璃鋼纖維黏合的亞克力殼體為造型主要材料，現(xiàn)有造型主要依靠企業(yè)手工模具師傅的經(jīng)驗(yàn)和審美來(lái)展現(xiàn)，如圖1為企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品造型，主要由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、艙體等組成，由圖可知，床體是熏蒸機(jī)的重要組成部分，不但具有支撐使用性能，還承載著熏蒸機(jī)的產(chǎn)品特征和品牌特征。

康復(fù)熏蒸產(chǎn)品使用者在滿足基本康復(fù)使用功能后，定然希望通過(guò)產(chǎn)品造型的創(chuàng)新達(dá)到審美和情感需求的雙重滿足。通過(guò)查詢現(xiàn)有的艙室熏蒸產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品造型主要以大象鼻子的仿生設(shè)計(jì)為主要造型來(lái)源。不同型號(hào)所有艙室熏蒸產(chǎn)品如：IIA、IIIA、IIIC、IIID型號(hào)艙室產(chǎn)品，全部使用這一特征元素。因此，可以確定大象鼻子造型元素就是熏蒸產(chǎn)品的特征元素。

3基于擬合曲線的艙室熏蒸產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)分析

目前，產(chǎn)業(yè)界的設(shè)計(jì)由原來(lái)的“形式追隨功能”逐漸升級(jí)為“設(shè)計(jì)追隨情感”，由以醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品最為明顯。主要體現(xiàn)為設(shè)計(jì)者的情感意象映射到產(chǎn)品造型的形態(tài)變更，以期望通過(guò)良好的造型設(shè)計(jì)幫助康復(fù)患者快速進(jìn)入放松狀態(tài)，達(dá)到最高效率的康復(fù)訓(xùn)練。例如，大象鼻子就是通過(guò)艙室熏蒸產(chǎn)品的外觀造型提取產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要特征線進(jìn)行擬合曲線提取的，將其應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目案例中，最終得到企業(yè)目標(biāo)意象方案。

通過(guò)解構(gòu)艙室熏蒸產(chǎn)品造型，發(fā)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品造型有重要影響的造型單元分別包括：造型特征線和造型特征面以及造型特征元素三部分。其造型形態(tài)主要以直線、平面的無(wú)機(jī)形態(tài)和曲線、曲面的有機(jī)形態(tài)進(jìn)行造型表達(dá)。因此，尋找、抽取關(guān)鍵造型特征單元如下：

1）造型特征線——中心線。產(chǎn)品實(shí)際建模過(guò)程中，三維模型的三視圖都可以找到中心線體現(xiàn)產(chǎn)品平衡對(duì)稱感。中心線是幾何設(shè)計(jì)的重要特征線，也是產(chǎn)品造型約束的重要控制線。在設(shè)計(jì)造型過(guò)程中，中心線的地位舉重若輕。

2）造型特征線——輪廓線。產(chǎn)品輪廓線主要代表產(chǎn)品造型的視覺(jué)形象，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，輪廓線的勾勒主要基于產(chǎn)品意象特征來(lái)表現(xiàn)。在傳統(tǒng)造型設(shè)計(jì)中，輪廓線的推理一直代表設(shè)計(jì)師意象造型的重要也是主要方向。

3）造型特征面——基準(zhǔn)面。在推理設(shè)計(jì)過(guò)程中，基準(zhǔn)面和中心線一樣重要，需要選擇重要表面作為生產(chǎn)和裝配的的基準(zhǔn)面。同時(shí)在三維軟件中，主要通過(guò)基準(zhǔn)面進(jìn)行裝配參數(shù)設(shè)定。供后期結(jié)構(gòu)工程師做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用。

4）造型特征元素——大象鼻子附加特征輪廓線。意象造型的附加特征輪廓線主要由具有明顯標(biāo)志性的特征元素進(jìn)行表現(xiàn)。XYZ-IIA型熏蒸機(jī)的特征非常明顯，主要是依托于大象鼻子的仿生設(shè)計(jì)，提取抽象的最簡(jiǎn)元素，應(yīng)用于熏蒸機(jī)上作為特征識(shí)別元素。

4基于擬合曲線的XYZ-IIA型號(hào)艙室熏蒸產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)實(shí)踐

選取最有直觀視覺(jué)影響的側(cè)面造型輪廓線，進(jìn)行分段擬合曲線研究。

4.1提取XYZ-IIA型艙室熏蒸產(chǎn)品模型側(cè)面輪廓線放置坐標(biāo)系

本文以XYZ-IIA型熏蒸產(chǎn)品側(cè)面輪廓線為例，進(jìn)行擬合曲線提取研究。企業(yè)現(xiàn)有熏蒸機(jī)外觀造型沒(méi)有準(zhǔn)確的三維模型，艙室熏蒸產(chǎn)品沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)可循，所以首先需要對(duì)此款熏蒸機(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量、采樣，然后將艙室熏蒸機(jī)進(jìn)行側(cè)面造型輪廓線勾勒，將側(cè)面造型輪廓線等比例放置于二維笛卡爾坐標(biāo)系中，進(jìn)行擬合曲線的提取研究。

4.2基于擬合曲線的艙室熏蒸產(chǎn)品側(cè)面輪廓線的擬合曲線和函數(shù)

在三維建模過(guò)程中，資深設(shè)計(jì)師會(huì)選用最簡(jiǎn)面生成最優(yōu)的弧型造型，同理，曲線關(guān)鍵點(diǎn)越少，越容易排除干擾得到合適的擬合函數(shù)和曲線。以線段L1為例，如圖2可知，選取一個(gè)起始點(diǎn)P1和終止點(diǎn)P2以及N個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，x軸上的關(guān)鍵點(diǎn)每100mm選取一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行初始種群采樣。可得所選關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示。在Origin或Excel數(shù)據(jù)處理軟件中輸入選擇的坐標(biāo)點(diǎn)，之后進(jìn)行線性擬合或者多項(xiàng)式擬合，本文選擇Origin專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖3可知，L1線段通過(guò)初始種群坐標(biāo)擬合多項(xiàng)式函數(shù)和曲線，擬合曲線關(guān)鍵點(diǎn)的選取非常重要，否則就會(huì)得到不成功擬合曲線函數(shù)。如圖4所示，在做二維造型推演過(guò)程中，擬合出來(lái)的L2曲線不夠圓滑、順暢并且和原圖差距很大，不適合進(jìn)行造型推演。因此，接下來(lái)需要重新選擇擬合L2曲線關(guān)鍵點(diǎn)初始種群，直至得到合適的擬合曲線。

熏蒸機(jī)造型側(cè)面輪廓線為自由曲線，通過(guò)圖5可知，可以將其描述為若干連續(xù)的線段L，每段線段都由起始點(diǎn)Pn和終止點(diǎn)Pi以及控制點(diǎn)Ci在笛卡爾坐標(biāo)系中確定其位置和屬性關(guān)系。原輪廓線數(shù)據(jù)點(diǎn)非常密集，待擬合曲線點(diǎn)列中的某些特定點(diǎn)對(duì)擬合逼近曲線形狀產(chǎn)生重要影響，因此，采樣關(guān)鍵點(diǎn)的合理選取是確保擬合函數(shù)曲線精確性的重要保證。后期項(xiàng)目細(xì)化過(guò)程中可以增加新的關(guān)鍵點(diǎn)改善局部曲線的曲線曲率質(zhì)量，同時(shí)保證不影響其他符合要求的曲線段。使得出的擬合曲線函數(shù)曲率更加貼合設(shè)計(jì)者的意向造型。

在實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行中，擬合曲線特征點(diǎn)的選取需要多次選取坐標(biāo)種群，之后進(jìn)行曲線擬合，選取最符合設(shè)計(jì)者意圖的曲線函數(shù)，在二維平面中得到最優(yōu)的擬合曲線。文中的L1和L2曲線得到滿足設(shè)計(jì)師造型方案之后，需要銜接兩條曲線進(jìn)行產(chǎn)品造型推演，如表1。

4.3基于擬合曲線提取特征構(gòu)建三維模型

在Origin軟件中，將側(cè)面造型特征輪廓線和大鼻子附加特征輪廓線等主要特征線分別進(jìn)行種群采樣、曲線擬合，得到多條側(cè)面造型輪廓線和大鼻子附加特征輪廓線的擬合曲線函數(shù)與曲線，之后在二維軟件中進(jìn)行參數(shù)化曲線還原與銜接，得到參數(shù)化產(chǎn)品二維方案導(dǎo)入三維建模軟件進(jìn)行建模操作，通過(guò)模型制作如圖5，可以驗(yàn)證造型與結(jié)構(gòu)的可行性。

5結(jié)論

曲線擬合可以巧妙地避開(kāi)以往插值法、平均數(shù)值得到的曲線帶來(lái)的弊端，同時(shí)可以反應(yīng)逼近函數(shù)的特征，后期研究需要借助計(jì)算機(jī)，減少計(jì)算量同時(shí)得到精度高的數(shù)據(jù)和更符合設(shè)計(jì)師造型意向、更加實(shí)用的擬合曲線。二維特征線對(duì)三維特征面的造型意向的影響非常直觀，因此需要借助通過(guò)擬合曲線得出的擬合函數(shù)進(jìn)行曲線的推演。這在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，設(shè)計(jì)師對(duì)接工程師進(jìn)行造型細(xì)化的工作會(huì)節(jié)省很多溝通成本。同時(shí)對(duì)最大化保留設(shè)計(jì)師意向特征造型有極大益處。