132023-10-03 04:51:44
首先，对于船舶设计来说，不用母型船是很危险的一种行为，母型船型线往往是几代船型迭代下来的结果，其中包含了阻力、伴流、浮心等一系列重要指标，并且背后更是有船舶自重、排水量、载重吨、布置潜力等一系列因素的影响。对于造价动辄上亿的船舶来讲，无母型型线必然要经过大量的验证工作，背后的成本更是奇高。当然，一些简单的小船就另说了。
OK，回到正体，说说三向光顺。
这是我在本科阶段没想清楚的一个事情，就是教科书讲的型线三向光顺明显是一个很别扭的行为，三个方向的型线相互调，目的何在？一向调整导致两向变动，而且可能这两向里一向也光顺了，但另外一向就不顺了，那么我这一次调整动作是有效还是无效呢？虽然后来知道了一些技巧，诸如三向有什么样的大致特征，横剖线和水线对着光是最主要的，纵剖线和水线沿长度方向缩短更能看出光顺与否来。但这些都是小技巧，丝毫不能消除我心里的别扭感。
后来，看了MIT的一个船舶设计基础的公开课，找到答案了：
原来三向光顺这个事情犯了国内高校工科数学教学中常犯的一个错误：只讲结果，不讲动机！
那个公开课里还原了欧洲早期进行帆船设计的步骤，就是先拿一块木方，长宽高等比例于船长型宽型深，然后在木方上做出舷墙和中纵剖，因此为基础，刨掉多余的木头并抛光，做出光滑的外表面，就是船壳，然后将船壳横切竖切纵切，就得出三向型线。
那么，我们可以得到一个结论：型线光顺设计实质上是船壳三维曲面的光顺设计。型线不是设计的目的，船壳才是。之所以搞型线设计，只不过是因为二维图纸无法表达三维光顺，由早期的工程师想出的替代法而已。
因此，在CAD技术发达的今天，如何进行快速的型线设计？直接做曲面啊！单张nurbs曲面拉出来的船体曲面，由于其数学上的二阶连续性，必然在三向上都是光顺的。当然，船壳三维曲面是比较复杂的，单张曲面去拉出一个壳子太难了，怎么办呢？
给一个通用的思路，这是目前主流的船舶设计软件和一些歪门邪道的船壳快速生成的程序都在采用的办法。
这是一个典型的船壳，我们能看到壳子有几个主要的特征线围出来：中纵剖线，顶边线，平边线，平底线和舯横剖线是主框架，无数的横剖线和水线则是掌握船体的肥瘦。不加证明的给出大致操作方法：
1.将主框架勾勒好。这几条线能确定这条船型线大致什么样，是要尽可能光顺的。因为这些线本身是二维曲线，光顺工作不难。
2.将船体曲面分片建模，注意面与面之间的连续性。这里涉及到曲面建模的概念：相接，一阶可导和二阶可导，即G0,G1和G2。不展开了。这样就能得到最初步的光顺船壳。
3.根据所得到船壳的肥瘦，加入更多的横剖线做控制线，经过多次放样，即可生成想要的光顺曲面。
4.还是要象征性的收个尾啦，横竖纵切几刀，你要的三向光顺型线。
目前主流的船舶型线设计软件是napa，其建模逻辑就是先建框架、再加密控制线这样的步骤来的，最后得出光顺的曲面线架。对于新手适合从maxsurf学起，你会对曲面的光顺和连续性有最直观的认识。另外推荐学学rhino，这是一个强悍的曲面建模软件，而且比catia这样大家伙的更易学，你会从中学到所有类型曲面的构建逻辑，也能对型线光顺背后的数学逻辑有更多的领悟。
