張 敏，李 華，吳東霞，程麗娜，黃明新

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎胎側(cè)文字用于說明產(chǎn)品的規(guī)格型號和產(chǎn)地等重要信息，雖然對產(chǎn)品性能沒有直接影響，卻直接影響產(chǎn)品外觀。以前，輪胎胎側(cè)字體圖設(shè)計(jì)基本在AutoCAD中完成[1-2]。由于系統(tǒng)字體的粗度和造型不能滿足客戶的需要，一般做法為先進(jìn)行字體/符號造型設(shè)計(jì)，然后設(shè)置插入點(diǎn)，做成塊或直接保存。雖然受限于AutoCAD塊的功能，垂直方向?qū)R和扇形變形實(shí)現(xiàn)等功能只能通過排字軟件進(jìn)行彌補(bǔ)，但這一方式對統(tǒng)一字體的管理、使用還是有利的，因而各公司日積月累，積存了大量的字體。

隨著3D設(shè)計(jì)軟件在行業(yè)內(nèi)的普及，越來越多的企業(yè)轉(zhuǎn)向使用Computer Aided Three-Dimensional Interface Application（CATIA）等參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。然而CATIA在輪胎設(shè)計(jì)方面的研究大多集中在花紋、結(jié)構(gòu)等方面[3-4]，雖然一些企業(yè)和高校對胎側(cè)字體建模也有所涉及[5-7]，但都沒有深入研究。為應(yīng)對客戶對胎側(cè)設(shè)計(jì)求新求變的需求，需要開發(fā)靈活多變的自定義字體和直接將這些字體進(jìn)行排列的工具。

本工作在CATIA V5R22版本下，以AutoCAD中做好的字體為基準(zhǔn)，根據(jù)垂直方向?qū)R和扇形變形參數(shù)的要求自動選擇適當(dāng)?shù)那€作為輸入?yún)⒖迹瑢?shí)現(xiàn)上/中/下對齊和扇形變形；在創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)模塊下，通過獲取關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，并與字高進(jìn)行綁定，利用參數(shù)驅(qū)動字體尺寸的變化。這樣可將AutoCAD中通過比例進(jìn)行縮放的功能和通過編程實(shí)現(xiàn)的垂直方向?qū)R、扇形變形功能都整合進(jìn)胎側(cè)字體模板，降低了胎側(cè)字體排列程序的復(fù)雜程度。

1 AutoCAD字體模板前處理

胎側(cè)字體可以分單線字和其他字體兩類。單線字筆劃粗度保持不變，其中心線可作為模具加工的走刀軌跡；其他字體的筆劃粗度可以自由變化。這兩類字體在造型時(shí)有明顯的區(qū)別。

一個(gè)CATIA字體模板需要有支持面、曲線和插入點(diǎn)作為輸入，而字體模板的基準(zhǔn)點(diǎn)是字體的中心，因此首先需要在AutoCAD的字體上建立同樣基點(diǎn)的坐標(biāo)系用于讀取控制點(diǎn)的坐標(biāo)。一般而言，以字體幾何中心為基點(diǎn)建立坐標(biāo)系，但標(biāo)點(diǎn)符號等特殊字符需要按照其實(shí)際排列位置來建立坐標(biāo)系，如圖1所示。

圖1 單線字和特殊符號坐標(biāo)基點(diǎn)示意

對于單線字，只需要提取其筆劃中心線各關(guān)鍵控制點(diǎn)即可，但需要注意其筆劃中心線末端與筆劃末端有1/2粗度的差距；對于其他字體，則需要提取筆劃輪廓的各關(guān)鍵控制點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 其他字體控制點(diǎn)示意

2 胎側(cè)字體模板遷移

2.1 垂直方向?qū)R

為實(shí)現(xiàn)垂直方向?qū)R的功能，需要對輸入的曲線根據(jù)字高進(jìn)行上下平行偏移，插入點(diǎn)進(jìn)行投影，形成輸入曲線和插入點(diǎn)居中的3組平行曲線和點(diǎn)。建立垂直方向?qū)R參數(shù)（上、中、下），進(jìn)入知識工程模塊建立規(guī)則，選擇與垂直方向?qū)R參數(shù)相對應(yīng)的那組曲線和點(diǎn)作為字體的定位曲線和插入點(diǎn)（見圖3，從左到右依次為上、中、下）。

圖3 垂直方向?qū)R示意

2.2 建立控制點(diǎn)

先獲取AutoCAD中控制點(diǎn)的坐標(biāo)（X′，Y′），需要建立坐標(biāo)與字高的比例關(guān)系，用于實(shí)現(xiàn)字體尺寸的變化。

對于單線字，有如下變換關(guān)系：

其中，X和Y分別為CATIA中字體控制點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，H為CATIA中字體高度，H′為AutoCAD中字體高度，W′為AutoCAD中字體筆劃粗度，W為CATIA中字體筆劃粗度，α為筆劃角度。

對于其他字體，有如下變換關(guān)系：

在支持面上，在插入點(diǎn)處做定位曲線的切線，以此切線上到插入點(diǎn)的距離為橫坐標(biāo)，到切線的距離為縱坐標(biāo)，依次建立控制點(diǎn)。注意橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)由式（1）—（4）所得（如圖4所示）。

圖4 建立控制點(diǎn)示意

2.3 建立字體

根據(jù)字體筆劃需要，用直線、樣條曲線等將各控制點(diǎn)按順序連接起來。對于單線字，可以得到其筆劃中心線；對于其他字體，可以得到輪廓線。

對于單線字，需要進(jìn)一步將筆劃中心線向兩側(cè)平行偏移W/2，并以半徑為W/2的圓作為筆劃末端的結(jié)束點(diǎn)，通過外插延伸、修剪等操作，最終得到字體輪廓（見圖5）。

圖5 建立字體示意

2.4 扇形變化

在垂直方向?qū)R步驟中建立定位曲線和插入點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可以得到正常的矩形字體；以定位曲線上的距離為橫坐標(biāo)，以到定位曲線上橫坐標(biāo)點(diǎn)的法向距離為縱坐標(biāo)，可以得到扇形變化的字體（見圖6，綠色為矩形字體，白色為扇形變化的字體）。該工作可以在建立控制點(diǎn)前做，并通過規(guī)則控制即可。

圖6 扇形變化示意

2.5 模板封裝

字體參數(shù)如圖7所示，其中，aW和bW分別為字體的前、后半寬，CurW為字體寬度。

圖7 字體參數(shù)示意

在知識工程模板中建立用戶特征模板，并將H、W（單線字）、垂直方向?qū)R（Location）、扇形變化（Fanshaped）等參數(shù)發(fā)布出來，如圖8所示。

圖8 用戶特征模板示意

3 結(jié)語

本工作探討了胎側(cè)字體模板從AutoCAD遷移到CATIA的方法。

根據(jù)垂直方向?qū)R和扇形變形等參數(shù)的設(shè)置，使用規(guī)則自動選擇適當(dāng)?shù)那€和點(diǎn)作為輸入?yún)⒖?，從而?shí)現(xiàn)上/中/下對齊和扇形變形；將AutoCAD中獲取的字體關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)與字高參數(shù)進(jìn)行綁定，利用參數(shù)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)字體尺寸的變化；利用知識工程進(jìn)行字體的封裝，使模板不可編輯，實(shí)現(xiàn)模板良好的保密性。

此前在AutoCAD中所做的字體模板，功能簡單，只能實(shí)現(xiàn)簡單的尺寸變化，而且容易被編輯更改。采用本工作方案后，原來在AutoCAD中制作的字體模板可以方便地遷移到CATIA，原有字形可以繼續(xù)使用，有利于保持既有的設(shè)計(jì)風(fēng)格；甚至設(shè)計(jì)人員可以繼續(xù)使用AutoCAD進(jìn)行字體設(shè)計(jì)，然后再轉(zhuǎn)入CATIA，可最大限度地兼容以往的工作習(xí)慣；同時(shí)可將原來通過字體排列程序才能實(shí)現(xiàn)的垂直方向?qū)R和扇形變形等功能在字體模板中實(shí)現(xiàn)，有效降低了字體排列程序的編程難度。