CN107178751B - 具有立体发光效果的车灯配光纹及其设计生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有立体发光效果的车灯配光纹及其设计生成方法，所述配光纹由多个棱锥或多个类棱锥组成，每相邻两个棱锥或类棱锥底面共用一条边，各棱锥或类棱锥底面形态、大小具有随机性。所述生成方法是先确定边界，在边界内随机取多个离散点，生成泰森多边形，取其几何中心，再将几何中心点向法向空间偏移相同高度，最后以偏移后的点作为顶点、泰森多边形作为底面构建各个棱锥。构建类棱锥不同的是在一过渡平面区域生成泰森多边形并取其几何中心，再投影至曲面上分别形成类棱锥的底面和顶点偏移的基点。本发明的配光纹可用于车灯内配光镜上，既保证点灯均匀性，又有部分扩散光线作用，具有立体化发光的特征，还能对光学系统进行遮挡和美化。

Description

具有立体发光效果的车灯配光纹及其设计生成方法

技术领域

本发明涉及一种能使内配光镜呈现立体发光效果的随机棱锥样式的配光花纹及该配光花纹的设计生成方法，随机棱锥可以实现不同的光影效果，可使发光效果立体化，可用于汽车灯具的信号灯，属于车灯照明技术领域。

背景技术

目前车灯设计中，对于能量值要求不高的信号灯功能，为了获得均匀的点灯效果，内配光镜材料一般会采用散射材料，或者通过在内配光镜的内、外表面单双面加皮纹的方式来实现。对于能量值要求稍高的信号灯功能，为了造型不那么单一，一般会在内配光镜上加鱼眼或横、竖条花纹等规则花纹。不管是通过选材料来使得点灯效果均匀，还是通过花纹来使内配造型不单一，在此基础上出来的发光效果都是二维的平面效果，发光效果显得单调、呆板。

发明内容

本发明旨在提供一种具有立体发光效果的车灯配光纹及其设计生成方法，该车灯配光纹既可保证相对的点灯均匀性，又有扩散光线的光学作用，可以使发光效果呈现三维的立体效果，点灯效果更加生动。

本发明的主要技术方案有：

一种具有立体发光效果的车灯配光纹，由多个棱锥或多个类棱锥组成，每相邻两个所述棱锥或类棱锥的底面共用一条边，至少有两个所述棱锥或两个所述类棱锥的底面不完全相同，所有棱锥或类棱锥的顶点位于其底面的同一侧，所有棱锥的底面位于同一个公共平面上，所有类棱锥的底面位于同一个公共曲面上，所述类棱锥区别于所述棱锥之处为所述类棱锥的底面为曲面。

所述多个棱锥或所述多个类棱锥的底面形状、大小、边数具有随机性，所述多个类棱锥的底面所对应的有限曲面也具有随机性。

各个所述棱锥的底面轮廓线优选是在所述公共平面上根据随机离散点生成的各个泰森多边形，各个所述类棱锥的底面轮廓线优选是在一个过渡平面上根据随机离散点生成的各个泰森多边形在所述公共曲面上的投影。

各个所述棱锥的顶点在各自底面上的正投影优选为相应的泰森多边形的几何中心；各个所述类棱锥的顶点在各自底面上的正投影优选与所述过渡平面上各个所述泰森多边形的几何中心点在所述公共曲面上的投影一对一重合，后者的投影方向与各个所述泰森多边形在所述公共曲面上投影成各个底面轮廓线的投影方向一致。

进一步优选地，各个所述棱锥的高相等，各个所述类棱锥的顶点到相应底面的最短距离相等。

所述棱锥或类棱锥的底面的边数优选不少于三条，不超过九条。

一种车灯配光纹设计生成方法，可以包括以下步骤：

a.定义一个要在其上生成车灯配光纹的平面或曲面的封闭区域；

b.对于平面的所述封闭区域，将所述封闭区域划分成多个多边形的小单元区域，每相邻两个所述小单元区域共用一条多边形的边，至少有两个所述小单元区域不完全相同；对于曲面的所述封闭区域，将一个与该封闭区域存在投影关系的过渡平面区域划分成多个多边形的小单元区域，每相邻两个所述小单元区域共用一条多边形的边，至少有两个所述小单元区域不完全相同；

c.在每个所述小单元区域内取一个内点；

d.对于平面的所述封闭区域，将所述内点向所述封闭区域的一侧垂直偏移一定距离，形成偏移点；对于曲面的所述封闭区域，将所述小单元区域的边界以及其各自的内点按照所述投影关系投影到所述封闭区域上，分别形成投影线和投影点，将所述投影点向所述封闭区域的一侧沿所述封闭区域在该投影点的法向偏移一定距离，形成偏移点；

e.对于平面的所述封闭区域，以各个所述小单元区域为底面，以相应的所述偏移点为顶点构建棱锥；对于曲面的所述封闭区域，以各个所述小单元区域对应的投影线围成的区域为底面，以相应的所述偏移点为顶点构建类棱锥，生成车灯配光纹，所述类棱锥区别于所述棱锥之处为所述类棱锥的底面为曲面。

进一步地，所述步骤b中，所述小单元区域的生成过程优选为：在所述封闭区域或过渡平面区域内随机取多个离散点；再根据所述多个离散点生成各个泰森多边形。

所述步骤c中，优选确定并选取各个所述泰森多边形的几何中心点作为所述内点。

所述步骤d中，对于平面的所述封闭区域，所有内点优选垂直偏移相等的距离；对于曲面的所述封闭区域，所有投影点优选法向偏移相等的距离。

本发明的有益效果是：

本发明的具有立体发光效果的随机棱锥样式的车灯配光纹可以保证点灯效果像散射材料那样相对均匀连续且在外观上不单调，起到美化灯具的作用。

当所述车灯配光纹用于内配光镜时，点灯情况下，随机棱锥样式的车灯配光纹可以对位于内配光镜后面的光学系统起到遮挡作用，令光学系统在车灯外观上不可见；不点灯的情况下，随机棱锥样式的车灯配光纹也可以通过环境光线进行不同角度的折射进而对光学系统进行遮挡美化。

随机棱锥样式的车灯配光纹在光学上可以通过不同的棱面对光线进行不同角度的折射形成扩散，所以可以通过控制随机棱锥的棱面的角度来控制光线方向。

如果在常规材料如PC或PMMA的内配光镜上加上本发明的所述车灯配光纹，既可保证相对的点灯均匀性，又有部分的扩散的光学作用，同时具有随机性质的棱锥可以实现不同的光影效果，达到立体化发光的特征。

附图说明

图1为本发明的车灯配光纹的一种实施例的正面投影示意图；

图2为设置有所述车灯配光纹的内配光镜的一种实施例的侧面视图；

图3为在所述封闭区域内随机取多个离散点的示意图；

图4为根据所述多个离散点生成泰森多边形的示意图；

图5为确定并选取所述泰森多边形的几何中心点并将其作为内点的示意图；

图6为所述泰森多边形的几何中心点经空间偏移后得到偏移点的示意图；

图7为所述棱锥构建结果示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种具有立体发光效果的车灯配光纹2，如图1所示，由多个棱锥或多个类棱锥(所述类棱锥区别于所述棱锥之处为所述类棱锥的底面为曲面，相应地，类棱锥的底边也自然为曲线，本文中将它们统称为随机棱锥1)组成，每相邻两个所述棱锥或类棱锥的底面共用一条边。至少有两个所述棱锥或两个所述类棱锥的底面不完全相同，所有棱锥或类棱锥的顶点位于其底面的同一侧，所有棱锥的底面位于同一个公共平面上，所有类棱锥的底面位于同一个公共曲面上。即在平面上生成的是棱锥，在曲面上生成是类棱锥。

这些随机棱锥的底面形态、大小具有随机性。具体而言，所述多个棱锥或所述多个类棱锥的底面形状、大小、边数具有随机性，对于所述类棱锥，其底面所对应的有限曲面也具有随机性，也就是说即使两个类棱锥的底面形状、大小、边数相同，只要两个底面所对应的有限曲面不同，两个类棱锥的底面也不完全相同。光线经过上述随机棱锥样式的立体花纹的折射，既保证了相对的点灯均匀性，又对光线起到有效的扩散作用，同时棱锥的随机性可以实现不同的光影效果，从而呈现出三维立体化发光特征。

各个所述棱锥的底面轮廓线优选是在所述公共平面上根据随机离散点生成的各个泰森多边形(Voronoi图)。各个所述类棱锥的底面轮廓线是在一个过渡平面上先根据随机离散点生成各个泰森多边形，再将这些泰森多边形投影到所述公共曲面上形成。可以通过改变离散点的数量调整泰森多边形的数量，进而改变所述棱锥或类棱锥是数量以及底面的形态和大小。

各个所述棱锥的顶点1-1在各自底面上的正投影是相应泰森多边形的几何中心。各个所述类棱锥的顶点在各自底面上的正投影与所述过渡平面上各个所述泰森多边形的几何中心点在所述公共曲面上的投影一对一重合，后者的投影方向与各个所述泰森多边形在所述公共曲面上投影形成各个底面轮廓线的投影方向一致。设计时，可以在投影形成底面轮廓线时就同步取得泰森多边形几何中心在公共曲面上的投影点，再以该投影点为起点，沿公共曲面在该点的法向方向偏移一定距离得到偏移点，这个偏移点也就是要生成的类棱锥的顶点。

所述类棱锥的顶点到相应底面的最短距离(即上述投影点与偏移点之间的距离)称为所述类棱锥的高，所述棱锥和类棱锥的高可以在一定范围内具有随机性。作为优选的技术方案，各个所述棱锥的高最好相等，各个所述类棱锥的高最好也相等。这样有利于简化配光纹的设计，对配光纹的设计参数的确定也更容易把控。

所述车灯配光纹在光学上可以通过不同的棱锥侧面对光线进行不同角度的折射形成扩散，所以可以通过有目的地控制随机棱锥的侧面的角度来控制光线的方向。

在保证点灯均匀性和立体化的发光效果的前提下，所述棱锥的底面的边数可以控制在三至九条之间，以使所述棱锥的结构尽量简单，避免所述配光纹的加工过于复杂。

实践中，可将本发明的所述车灯配光纹应用于车灯内配光镜，例如将所述车灯配光纹设置在内配光镜的折射部3(即用于接收光线并将光线经折射投射向外配光镜的部分结构)的外表面上，车灯内反射镜反射出的平行光束射向折射部的内表面3-1，如图2所示，经过带有所述车灯配光纹的所述折射部的折射，光线均匀地向外投射，点灯效果相对均匀，发光效果呈现三维立体化特征，同时由于所述车灯配光纹对位于内配光镜里侧的光学系统进行了有效的遮挡美化，令光学系统在车灯外观上不可见。即使是不点灯的情况下，所述车灯配光纹也可以通过环境光线进行不同角度的折射进而对光学系统进行遮挡美化。

本发明还公开了一种车灯配光纹设计生成方法，可用于生成上述车灯配光纹，其可以包括以下步骤：

a.定义一个要在其上生成车灯配光纹的平面或曲面的封闭区域。对于平面的封闭区域，其边界应为折线。对于曲面的封闭区域，其边界是由若干平面截割所述曲面得到的曲线经过首尾顺次连接并最终闭合形成的。所述配光纹都是要设置在某个具体的实体表面上，当实体表面的边界为曲线时，可以用无限趋近的方式，用符合配光纹生成要求的上述封闭区域的边界代替实体表面的实际边界。

b.对于平面的所述封闭区域，将所述封闭区域划分成多个多边形的小单元区域，每相邻两个所述小单元区域共用一条多边形的边，至少有两个所述小单元区域的形态、大小不完全相同；对于曲面的所述封闭区域，将一个与该封闭区域存在投影关系的过渡平面区域(也是有限封闭区域，其边界与所述封闭区域完全对应)划分成多个多边形的小单元区域，每相邻两个所述小单元区域共用一条多边形的边，至少有两个所述小单元区域的形态、大小不完全相同。理论上，所述过渡平面区域可以有无数个，实践中，最好选取能使其上的点、线及其位置在依所述投影关系投影到所述封闭区域上以后不发生大的畸变的过渡平面区域。

c.在每个所述小单元区域内取一个内点(即所述小单元区域的边界之内的任意点)。

d.对于平面的所述封闭区域，将所述内点向所述封闭区域的一侧垂直偏移一定距离，形成偏移点；对于曲面的所述封闭区域，将所述小单元区域的边界以及其各自的内点按照所述投影关系投影到所述封闭区域上，分别形成投影线和投影点，将所述投影点向所述封闭区域的一侧沿所述封闭区域在该投影点的法向偏移一定距离，形成偏移点。

e.对于平面的所述封闭区域，以各个所述小单元区域为底面，以相应的所述偏移点为顶点构建棱锥；对于曲面的所述封闭区域，以各个所述小单元区域对应的投影线围成的区域为底面，以相应的所述偏移点为顶点构建类棱锥，生成车灯配光纹，所述类棱锥区别于所述棱锥之处为所述类棱锥的底面为曲面。

图3-7所示是在一个平面上生成所述配光纹的具体实施步骤。

步骤a.定义要在其上生成车灯配光纹的平面封闭区域，也就是定义要生成车灯配光纹的区域的边界。

步骤b.如图3所示，在所述封闭区域内随机取多个离散点。这些离散点的个数可根据需要确定。离散点越密集，所形成的车灯配光纹的棱锥越多。所述离散点应能较为均匀地遍布整个所述封闭区域。所述离散点可以位于所述封闭区域的边界上。

根据所述多个离散点生成泰森多边形(Voronoi图)。如图4所示，每相邻两个离散点之间为多边形的一条边。取离散点和生成泰森多边形优选通过软件实现。

步骤c.确定并选取各个所述泰森多边形的几何中心点，并将其作为小单元区域的内点，如图5所示。

步骤d.向所述封闭区域所在平面的一侧空间垂直偏移所述几何中心点相同的高度，得到偏移点，如图6所示。

步骤e.以所述泰森多边形为底面、以相应的所述偏移点为棱锥顶点，构建各棱锥，最终生成车灯配光纹，如图7所示。

Claims (4)

1.一种车灯配光纹设计生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.定义一个要在其上生成车灯配光纹的平面或曲面的封闭区域；

b.对于平面的所述封闭区域，将所述封闭区域划分成多个多边形的小单元区域，每相邻两个所述小单元区域共用一条多边形的边，至少有两个所述小单元区域不完全相同；对于曲面的所述封闭区域，将一个与该封闭区域存在投影关系的过渡平面区域划分成多个多边形的小单元区域，每相邻两个所述小单元区域共用一条多边形的边，至少有两个所述小单元区域不完全相同；

c.在每个所述小单元区域内取一个内点；

d.对于平面的所述封闭区域，将所述内点向所述封闭区域的一侧垂直偏移一定距离，形成偏移点；对于曲面的所述封闭区域，将所述小单元区域的边界以及其各自的内点按照所述投影关系投影到所述封闭区域上，分别形成投影线和投影点，将所述投影点向所述封闭区域的一侧沿所述封闭区域在该投影点的法向偏移一定距离，形成偏移点；

e.对于平面的所述封闭区域，以各个所述小单元区域为底面，以相应的所述偏移点为顶点构建棱锥；对于曲面的所述封闭区域，以各个所述小单元区域对应的投影线围成的区域为底面，以相应的所述偏移点为顶点构建类棱锥，生成车灯配光纹，所述类棱锥区别于所述棱锥之处为所述类棱锥的底面为曲面。

2.如权利要求1所述的车灯配光纹设计生成方法，其特征在于：

所述步骤b中，所述小单元区域的生成过程为：在所述封闭区域或过渡平面区域内随机取多个离散点；再根据所述多个离散点生成各个泰森多边形。

3.如权利要求2所述的车灯配光纹设计生成方法，其特征在于：

所述步骤c中，确定并选取各个所述泰森多边形的几何中心点作为所述内点。

4.如权利要求3所述的车灯配光纹设计生成方法，其特征在于：

所述步骤d中，对于平面的所述封闭区域，所有内点偏移相等的距离；对于曲面的所述封闭区域，所有投影点法向偏移相等的距离。

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