2024年4月3日发(作者：两门四座硬顶敞篷车有哪些)

全虚拟设计在Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ概念车研发中的应用　

口唐明星　口张允榕　口邵景峰　口黄晴辉　

２０１８０４　上海汽车集团股份有限公司技术中心　上海

摘　要：上汽应用全虚拟设计对Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ概念车进行研发，获得了业界好评。介绍了全虚拟设计的　

硬件支持、各环节标准，以及具体应用步骤。全虚拟技术可以缩短汽车研发周期、降低生产成本、提高企　

业效率，有较大应用潜力。　

关键词：汽车虚拟设计应用　

文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—４９９８（２０１７）０６—０００７—０５　中图分类号：ＴＭ１２２　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｌｌ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｂｙ　ＳＡＩＣ　ｆ０ｒ　Ｒ＆Ｄ　ｏｆ　Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｃａｒ　ｈａｓ　ｗｏｎ　

ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｃｏｍｍｅｎｔｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ　ａｌｌ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　

ｏｆ　ｅａｃｈ　ｌｉｎｋ．ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｔｅｐｓ．Ｆｕｌｌ　ｖｉｔｒｕａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ｓｈｏｒｔｅｎ　ｔｈｅ　ｌｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｆｏｒ　Ｒ＆Ｄ　ｏｆ　

ｃａｒｓ，ｒｅｄｕｃｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔｓ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｉｔ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

２０１５年１１月２０日，上汽乘用车公司在广州车展　

上发布了荣威Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ概念车，意为荣威一愿景。此次　

发布揭开了荣威全新一代产品设计理念——律动设计　

的序幕．并指引了后续一系列荣威量产设计的发展方　

向。　

流程。用于支持Ｖｉｓｉｏｎ－Ｒ概念车的造型开发。这一套　

全虚拟设计开发流程由上汽设计中心强大的硬件系统　

提供支持。　

１．１　三屏显示系统　

上汽虚拟现实中心已经开始使用三维立体模式进　

行虚拟评审，并将单屏幕立体画面向两侧扩展，实现了　作为引领新一代设计理念的品牌设计概念车，　

Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ概念车拉开了上汽荣威品牌全新一代产品上　

市的序幕，具有重要意义。上汽设计团队在Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ　

概念车项目开发中仅耗时三个多月，就如期在广州车　

三块屏幕连贯显示三维立体画面的效果。如图１所示，　

三屏显示系统高２．５　ｉｎ，宽ｌ８　ｉｎ，相当于２２５台２４　ｉｎ　

（１　ｉｎ＝２５．４　ｍｍ）普通家用显示器拼接在一起进行显　

示。这一显示系统由世界虚拟仿真顶级供应商比利时　

ＢＡＲＣＯ提供，横向分辨率达到惊人的１２　２８８像素，能　

完美还原设计方案。在同比例情况下，视觉感知画面的　

精细程度是苹果Ｉｐｈｏｎｅ　６移动电话的１．５倍．是巨幕　

展完美亮相，取得了巨大成功。获得了媒体、消费者的　

一

致好评，并且在展后获得了由日本著名汽车设计专　

业杂志《ＣＡＲ—ＳＴＹＬＩＮＧ＞＞Ｊ￣选出的２０１５年度中国最佳　，

概念车设计大奖，成为４８年来首个获得该奖项的中国　

汽车品牌…。　

电影荧幕效果的４倍。　

１８　ｉｎ宽大屏幕能够给观众呈现一种包围式的立　

体显示，观众戴上三维立体眼镜后，仿佛直接穿越进了　

屏幕中的世界，研发中的Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ触手可及。　

究竟是什么使得Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ概念车在短时间的开　

发过程中取得如此成功的设计水准？笔者旨在阐述　

Ｖｉｓｉｏｎ－Ｒ概念车开发过程中最关键的因素——全虚　

拟设计。　

ｉ

蓝函幽薯誓圈　每　ｉｉｉＩ＿＿＿－—　

。　一

瞄幽自醯　

　

１　硬件系统对全虚拟设计的支持　

Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ概念车是上汽荣威品牌全新设计理　

念——律动设计的首次试水。这一项目不同于普通开　

‘　≤　

发项目，其开发时间十分紧迫。工作强度非常大，传统　

的汽车开发流程　已经不能满足这一项目开发的时间　

１．２　多台工作站组成的阵列集群　

如图２所示，由多台尖端工作站组成的阵列集群　

专为高端计算和虚拟化构建，具有丰富的扩展性，可以　要求，因此上汽设计中心特别研发了全虚拟设计开发　

收稿日期：２０１７年３月　

带来超强的视觉效果和超高的计算能力。工作站集群　

机械制造５５卷第６３４期　

２０１７／６　

配备业界最顶级的专业显卡．系统整体拥有高达近十　

万个ＣＵＤＡ图形处理核心．且单精度性能达到每秒　

５．２ｘｌＯ　次浮点运算，总显存容量达到３９６　ＧＢｉｔ，单通　

道带宽为２８８　ＧＢｉｔ／ｓ。正是有了这样的系统，才能保证　

大数据虚拟模型的顺畅运转。　

通过立体投影和虚拟交互手段使设汁师在造型开发初　

期就能够进行直观观测、分析和研究，并通过与虚拟模　

型的交互，在造型开发中进行快速定型和方案评估等　

工作［　】。　

３全虚拟设计各环节标准　

由于全虚拟设计的特殊性，为了满足决策者的评　

ｌ　

～—

审要求．设计师不仅仅是简单使用业界顶尖软件ＲｒＩＴＩ１　

ＤｅｈａＧｅｎ制作虚拟整车数据，而是通过实拍、测量、建　

～－　

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．　

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１　

模、还原等一系列工作模拟出真实的评审环境＿１…。　

３．１　虚拟演示材质效果　

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Ｒ　Ｉｒｒ　ＤｅｈａＧｅｎ软件中针对常见的整车材质分别建　

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立了油漆库、织物库、皮纹库、装饰件材质库等。通过扫　

描、对比分析等手段，可以将实物样件材质展示效果转　

化为三维数据模型，如图５所示。　

２全虚拟设计与传统设计对比　

对于整车开发而言，传统设计流程基本划分为战　

略阶段、概念阶段、开发阶段、产品生产成熟阶段。对于　

造型开发而言，时间节点基本划分为设计目标阶段、设　

计概念探索阶段及设计执行阶段。　

传统没计流程具体步骤如图３所示，流程中的造　

型开发过程往往需要大量的实体油泥模型来支持，而　

实体油泥模型的制作又需要花费冗长的时间才能获得　

成果　。　

全虚拟设计是上汽设计中心对全球整车开发流程　

设计阶段的优化和凋整，主要特点是通过虚拟数字化　

在材质库整理完毕后。再在已有车型上进行色彩　

验证，保证每个库中的大量材质球都是经过调试完成　

后的可用材质球，进而可以在最终虚拟渲染时直接调　

用，优化设计流程，如图６所示。　

３．２虚拟演示场景效果　

技术．确定造型选一方案后，对造型形面进行反复修　

改．直至最终方案确定，然后直接制作样车模型，中间　

不再进行油泥模型评估、样件模型评估、色彩模型评估　

等环节．这些环节的内容全部由虚拟评审代替　］。全　

虚拟设计流程具体步骤如图４所示。　

通过虚拟现实技术，可以建立大量三维数字模型，　

虽然场景和造型整体开发无关，但是往往会在潜　

意识中影响造型评估时决策者的想法。因此，为了完全　

还原真实场景。对实车评审环境进行了１：ｌ建模，同时　

拍摄了真实环境的高动态光照渲染贴图，进行了一系　

列渲染．完全模拟真实场景效果，如图７所示。整个制　

２０１７／６　机械制造５５卷第６３４期　

为了科学判断所选择的范围是否符合客观规律，　

Ｌ　０毒　峨　。　

．　

．　

又以每１０　ｃｍ为一个梯度，在软件中调试了不同身高　

观看者的观看效果，如图８所示。随后召集了３０位设　

麓搴　刍　

．　．　

计师对图８所示四个角度进行判断，选择出既能符合　

实车效果又能保证设计效果的角度，以确保最终的视　

角效果是符合正常设计开发效果要求的。在这３０位设　

计师中，ｌ６０～１７０　ｃｍ身高占ｌ７％，ｌ７０～１８０　ｃｍ身高占　

７３％，１８０　ＣＩＴＩ以上身高占１０％。通过样本分析，选择　

ｌ６０　ｃｍ效果的设计师为９位，选择ｌ７０　ｃ：ｍ效果的设　

计师为２１位，可见ｌ７０　Ｃｎｌ身高的效果的确是最符合　

…　

Ｌ　≮　．　

实际情况的，因此最终确定整体全虚拟开发的标准视　

角，如图９所示。　

、　一　

作过程中由虚拟演示团队拍摄一系列细节照，并对环　

境光进行了模拟调整。　

在场景制作完成后，虚拟演示团队邀请了１０位设　

计师对场景效果进行评分，最终得分最高的场景为标　

准演示环境。　

３．３　虚拟演示视角　

由于不同的摄像机角度会影响整体造型的效果，　

设　‘师决定研究出最符合决策者真实观看角度的摄像　

机镜头。　

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＿－Ｊ　

以外饰造型为例，由于决策者经常在距离实车５—　

６　ｍ的地方观察整车，因此假设５．５　ｍ为最佳镜头捕　

捉点，然后通过摄像机来拍摄和人眼效果一致的参考　

图。　

在同一地点，不同身高的人观察实车的视角也会　

不同。决策者普遍为男性，且平均身高在ｌ７５　ｃｍ左右．　

因此选定以１７０～ｌ７５　ｃｕｆ为主要视角高度范围。　

虱９模拟真实身高视角　

机械制造５５卷第６３４期　２０１７／６　

４全虚拟设计的应用　

在造型选一方案通过后，造型设计就从二维全面　

转入数字三维阶段。　

４。１　快速三维数字建模　

了设计方案。虚拟设计中的空气动力学分析如图　

示。　

在这一阶段，数字设计师会将造型设计师的二维　

草图向三维转化，并被要求分管不同的零件．主要有前　

后灯、格栅、车身件等大件。数字设计师会在同一坐标　

系中分５１２制作零件，最后汇集为一个完整模型。　

造型设计师会在完整模型的基础上对造型进行推　

敲，或提出一些修改性意见。这一阶段也有可能出现局　

部两套７１案或三套方案的内部评比，但不进行模型的　

制作，而是直接在虚拟软件中进行评估。　

４．２虚拟渲染　

▲图１１空气动力学分析　

５全虚拟设计经济效益　

Ｖｉｓｉｏｎ－Ｒ概念车通过全虚拟设计开发．在短短几　

这一阶段主要是调整概念车的色彩方案，所有的　

色彩方案均通过虚拟渲染进行演示。通过虚拟软件，还　

可以实现快速响应——当决策者对于色彩或材质有异　

议时，可以先调整虚拟效果（图ｌ０），获得决策者认可　

后，再反馈至供应商进行调整，这样节约了原本在供应　

商与决策者之间来回反复所需要的时间。　

个月时间内就完成了从设计到发布的全过程，在获得　

业界关注的同时，得到了业界对荣威品牌律动设计的　

肯定。　

全虚拟设计虽然本身不产生实际的经济收益，但　

却会带来可观的经济效益。　

通过全虚拟设计开发流程。可大幅缩减传统开发　

流程中的油泥模型制作成本，同时可节约造型开发中　

的时间成本。　

通常一个整车开发项目造型周期为ｌ８个月．需要　

在方案筛选阶段，制作ｌ：３或ｌ：２．５的小比例模型４～６　

个，在选一节点，制作１：ｌ外形、内饰模型各两个，在造　

型评审通过节点，制作外形、内饰油泥模型各一个，在　

数据发布节点，制作数据验证油泥模型外形、内饰各一　

个，色彩纹理验证模型三个。使用全虚拟开发设计流程　

后，一个整车开发项目造型周期时长缩短了８个月，取　

消小比例模型环节、选一节点外形与内饰模型、数据发　

▲图ｌＯ　调整色彩或材质　

布节点外形与内饰数据验证模型。以及色彩纹理验证　

模型。同时，由于全虚拟开发设计流程能够在虚拟渲染　

阶段非常便利地进行多车型配置展示．因此在造型开　

发阶段就能将今后规划的所有车型、配置视觉化进行　

４．３虚拟评审　

通过之前确定的虚拟演示标准视角、场景和光线，　

可以进行进一步的虚拟评审。在虚拟评审过程中。可以　

通过三屏系统进行方案造型选择、对比、优化等一系列　

工作。由于有了完全模拟真实场景的环境和视角．虚拟　

展示，大大降低了后续开发风险。相当于节省了两个外　

形仿真模型和三个内饰仿真模型。　

每个小比例模型成本为１０万元．每个ｌ：１外形油　

泥模型成本为６５万元。每个ｌ：ｌ内饰油泥模型成本为　

３５万元，每个色彩纹理验证模型成本为４０万元，每个　

外形仿真模型成本为８５万元，每个内饰仿真模型成本　

为５０万元，则单个项目开发流程中模型成本可节省　

８００万元。　

评审环节的可信度和真实度都大大提高，能满足在虚　

拟环境中对概念车进行决策的需求。　

４．４虚拟测试　

在虚拟数据制作的同时，３２程师和供应商可以同　

步进行工程分析和生产准备，实现数据共享，使整个５１２　

作流程成为真正意义上的同步工程。决定造型７１案的　

除了优雅美观外，还有深层次的５１２程可行性分析。在概　

念车设计开发过程中．空气动力学分析是影响造型的　

重要因素之一。Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ在设计之初有两个后视镜方　

综上所述，全虚拟设计一个项目平均就可以节约　

８００万元的研发成本，为建设环境友好型、资源节约型　

社会作出了贡献。　

（下转第２３页）　

案，正是基于不同的空气动力学分析结果才最终确定　

２０１７／６　

机械制造５５卷第６３４期　

参考文献　

［１］成大先．机械设计手册［Ｍ］．６版．北京：化学工业出版社，　

２０１６．　

出版社．２０１６．　

［８］姚其槐．精密机械工程学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１５．　

［９］黎新，陈育荣，唐朝华．精密机械机构及应用［Ｍ］．北京：化　

学工业出版社，２０１３．　

ｆ２］ＰＡＵＬ　Ｒ，ＹＯＤＥＲ　Ｊ．光机系统设计（原书第３版）［Ｍ］．周海　

宪，程云芳。译．北京：机械工业出版社，２００８．　

［３］濮良贵，纪名刚．机械设计［Ｍ］．７版．北京：高等教育出版社，　

２０ｏ１．　

［１０］刘钧，高明．光学设计［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版　

社．２００６．　

［１１］ＬＡＩＫＩＮ　Ｍ．光学系统设计（原书第４版）［Ｍ］．周海宪，程云　

芳，译．北京：机械工业出版社，２０１２．　

［４］ＳＭＩＴＨ　Ｗ　Ｊ．现代光学工程（原著第四版）［Ｍ］．周海宪，程　

云芳，译．北京：化学工业出版社，２０１１．　

［１２］曹孝柏．结构设计原理［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１５．　

△　

『５］　毛文炜．现代光学镜头设计方法与实例［Ｍ］．北京：机械工　

业出版社，２０１３．　

作者简介：　

［６］张善锺．精密仪器结构设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版　

社．２００９．　

龙云泽（１９８４一），男，工程师，主要研究方向为光机结构设　

计。　

［７］王智宏，刘杰，千承辉．精密仪器设计［Ｍ］．北京：机械工业　

（编辑　丁　罡）　

（上接第１０页）　

［３］陈柏卿．现代汽车造型设计的一般流程［Ｊ］．天津汽车，２００６　

（３）：８－１１．　

６结束语　

全虚拟设计开发方法是上汽设计中心基于日益成　

熟的虚拟现实技术和全球整车开发流程而应用的一种　

改良型设计方法，并且在Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ概念车上进行了首　

次实践。这一方法不仅在上汽设计中心内部评审中获　

得了决策层的认可，同时也在Ｖｉｓｉｏｎ—Ｒ发布后获得了　

权威认可。　

［４］贺新云．汽车造型设计中轿车设计新流程研究［Ｄ］．武汉：　

武汉理工大学，２０１１．　

［５］吴浩聪．汽车造型设计方法研究与微型的设计开发［Ｄ］．武　

汉：武汉理工大学．２００８．　

［６］戚鹏，辛献杰，郭艳．虚拟现实技术在汽车行业的应用研　

究［Ｊ］－数字技术与应用，２０１４（１０）：７６．　

［７］王震亚，李海旺．基于ＣＡＴＩＡ　３Ｄ体验平台的汽车造型设计　

流程改进［Ｊ］．工业设计，２０１５（１１）：１３２～１３５．　

［８］姚君，金然，韩叔冬，等．论品牌基因在汽车造型设计中的　

从首次应用看．开发方法对虚拟软件的依赖度十　

分高，对相应的硬件要求也十分苛刻，但是只要有了充　

分的前期准备工作，就能在相当程度上提升产品研发　

效率，进而提高企业的生产力。　

传承与创造［Ｊ］．包装工程，２０１２（２４）：３７—４１．　

［９］江漫清解读数字化汽车造型设计技术［Ｊ］．ＣＡＤ／ＣＡＭ与制　

全虚拟设计目前还处于初级阶段，未来虚拟评审　

标准将不断完善，流程也将不断优化，在汽车研发过程　

造业信息化，２０ｏ９（７）：５０—５３．　

［１０］邹方镇，朱毅．汽车造型设计评价流程与评审系统［Ｊ］．艺术　

与设计（理论），２０１３（８）：１　１３—１　１５．　

△　

中必将发挥越来越大的作用。　

参考文献　

［１］周侃．上汽荣威获评“最佳概念车”［Ｎ］．解放日报，２０１６—　

０１—１３　ｒ１０）．　

作者简介：　

唐明星（１９８１一），男，工程师，主要研究方向为汽车造型数　

字设计。　

［２］胡林，谷正气，黄晶，等．电动汽车的关键技术分析［Ｊ］．机械　

制造，２００５，４３（１０）：４５—４７．　

（编辑　尔　东）　

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上海《机械制造》杂志社有限公司出版　

《上海电气技术》（邮发代号４－９２４）　《装备机械》（邮发代号４－９２５）　

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盘　机械制造５５卷第６３４期　２０１７／６回　

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