1樓：卯錨
首先，對於船舶設計來說，不用母型船是很危險的一種行為，母型船型線往往是幾代船型迭代下來的結果，其中包含了阻力、伴流、浮心等一系列重要指標，並且背後更是有船舶自重、排水量、載重噸、布置潛力等一系列因素的影響。對於造價動輒上億的船舶來講，無母型型線必然要經過大量的驗證工作，背後的成本更是奇高。當然，一些簡單的小船就另說了。
OK，回到正體，說說三向光順。
這是我在本科階段沒想清楚的乙個事情，就是教科書講的型線三向光順明顯是乙個很彆扭的行為，三個方向的型線相互調，目的何在？一向調整導致兩向變動，而且可能這兩向裡一向也光順了，但另外一向就不順了，那麼我這一次調整動作是有效還是無效呢？雖然後來知道了一些技巧，諸如三向有什麼樣的大致特徵，橫剖線和水線對著光是最主要的，縱剖線和水線沿長度方向縮短更能看出光順與否來。
但這些都是小技巧，絲毫不能消除我心裡的彆扭感。
後來，看了MIT的乙個船舶設計基礎的公開課，找到答案了：
原來三向光順這個事情犯了國內高校工科數學教學中常犯的乙個錯誤：只講結果，不講動機！
那個公開課裡還原了歐洲早期進行帆船設計的步驟，就是先拿一塊木方，長寬高等比例於船長型寬型深，然後在木方上做出舷牆和中縱剖，因此為基礎，刨掉多餘的木頭並拋光，做出光滑的外表面，就是船殼，然後將船殼橫切豎切縱切，就得出三向型線。
那麼，我們可以得到乙個結論：型線光順設計實質上是船殼三維曲面的光順設計。型線不是設計的目的，船殼才是。
之所以搞型線設計，只不過是因為二維圖紙無法表達三維光順，由早期的工程師想出的替代法而已。
因此，在CAD技術發達的今天，如何進行快速的型線設計？直接做曲面啊！單張nurbs曲面拉出來的船體曲面，由於其數學上的二階連續性，必然在三向上都是光順的。
當然，船殼三維曲面是比較複雜的，單張曲面去拉出乙個殼子太難了，怎麼辦呢？
給乙個通用的思路，這是目前主流的船舶設計軟體和一些歪門邪道的船殼快速生成的程式都在採用的辦法。
這是乙個典型的船殼，我們能看到殼子有幾個主要的特徵線圍出來：中縱剖線，頂邊線，平邊線，平底線和舯橫剖線是主框架，無數的橫剖線和水線則是掌握船體的肥瘦。不加證明的給出大致操作方法：
1.將主框架勾勒好。這幾條線能確定這條船型線大致什麼樣，是要盡可能光順的。因為這些線本身是二維曲線，光順工作不難。
2.將船體曲面分片建模，注意面與面之間的連續性。這裡涉及到曲面建模的概念：相接，一階可導和二階可導，即G0,G1和G2。不展開了。這樣就能得到最初步的光順船殼。
3.根據所得到船殼的肥瘦，加入更多的橫剖線做控制線，經過多次放樣，即可生成想要的光順曲面。
4.還是要象徵性的收個尾啦，橫豎縱切幾刀，你要的三向光順型線。
目前主流的船舶型線設計軟體是napa，其建模邏輯就是先建框架、再加密控制線這樣的步驟來的，最後得出光順的曲面線架。對於新手適合從maxsurf學起，你會對曲面的光順和連續性有最直觀的認識。另外推薦學學rhino，這是乙個強悍的曲面建模軟體，而且比catia這樣大傢伙的更易學，你會從中學到所有型別曲面的構建邏輯，也能對型線光順背後的數學邏輯有更多的領悟。
2樓：Cloud.Kong
我的研究方向不是做船殼設計的。
三線光順這塊內容我只在本科有學過。
說一下我的理解。
船舶設計上，但凡跟流體相關的課題，其實都很難解出精確值。人們根據經驗和實驗，總結出各種流體力學上的經驗公式、效能曲線等，從而在最初設計過程中得到乙個粗糙值。比如根據船舶設計要求的長寬吃水排水量航速等來決定船體的豐滿度、輪機選擇等，當然在這一設計過程中可能會對以上的長寬吃水排水量航速等進行調整。
然後就是製作模型，進行水槽實驗。測量航速阻力等各項資料，判斷合不合標準。不合適，調整模型，再次實驗，反覆進行，最終得到乙個最接近的模型。
但是這個模型還不算完，因為誰都知道模型資料和實船資料不是等比例放大的，這也有一系列的經驗公式去判斷。在實船建造前，需要船殼曲線，一般來說，船殼曲面座標越多，曲面越接近理想設計的曲面，但是這幾乎不可能。於是一般來說取有限個空間點，讓實船曲面近似接近設計就行了，畢竟設計的曲面所能達到的效果也是近似效果，並不是精確的。
這從最初計算的時候就已經決定了設計並不是1+1=2這麼精確等於的。
船舶設計當中有非常多的經驗公式，正如其命名，都是經過無數實驗測量得到的無限接近但不等於實際情況的近似值。經驗公式的確定方法，打比方來說你想計算船體阻力，那麼找所有可能與阻力有關的量，比如船長寬吃水、船體表面粗糙度、液體雷諾數等等能夠測量的資料，在一系列實驗後，找尋以上所有變數與阻力的關係，最終總結出的經驗公式就是以上所有變數的關係式，至於每每看起來很奇怪的常數項，都是經過實驗測定計算獲得的，甚至於這個常數項都不是精確值。雖然經驗公式一定意義上來說並不精確，但已經比抓瞎亂設計好多了。
而且其中的誤差在某種程度上可以忽略。就好比計算出阻力有一萬噸，實際上阻力是一萬噸零一千克，那麼這一千克誤差有沒有影響都不算大了。
在前述得到並不是極其精確的模型的基礎上，在模型上標定N多個點，得到N個空間座標，等比例放大就得到要建造的船舶上的N個點的空間座標了。傳統製造方法中，船廠是利用放樣尺/板（這個名字可能說的不對，老早前知識了記不太清了，以前在船廠見過，這個定型工具上各個定型點都是可以調的）對鋼板進行定型的，定型之後再進行焊接等操作。所以製造過程中又會損失一部分精度。
所以說白點，造船其實就是造了個大概（哭笑不得）
說說三線光順。
以前沒有電腦時候，三線光順都是用曲線闆等工具近似畫出來的。現在基本使用電腦來完成。國內國外有很多線型光順的軟體，通過內建的演算法來得到盡量通過所有點的曲線（最小二乘法/差分法等）。
很多設計軟體還附帶有流體計算的功能，可以在輸入船體資料之後，通過簡單調整（比如拖拽空間點）修改船體曲面，然後計算得到阻力等資料。但是，在完全不借助母型船的前提下，憑空設計新船，應該還是要經過初期設計，模型試驗這些步驟的，然後在把船體曲面資料丟入程式計算作進一步微調。
目前沒有聽說過有什麼軟體可以只要輸入設計的主要引數，就能自動生成新的船型資料的。主要是微觀上流體運動的隨機性導致流體力學的計算只能是巨集觀計算，公式並不是精確公式，計算機處理的方式是經過n次計算不斷逼近、收斂獲得結果的，計算量非常龐大。往往乙個很簡單的模型想要計算得到盡量精確的資料，就需要耗費幾百甚至上千小時，而做實驗可能數十小時就能得到測量結果。
所以從時間效益上來說，一般還是先用傳統方法得到近似值，再用計算機進行進一步精確。
以上就是我對你問題的思考。不敢說正確，因為這一塊知識真的很久沒碰了。
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