三維可視化 直擊設(shè)計原型

2013-05-18  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

e-works 涂彬 來源:e-works
關(guān)鍵字:可視化 協(xié)同 三維CAD 模型 PLM 瀏覽器
在制造企業(yè)內(nèi)部及企業(yè)之間,產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交流是很重要的一個環(huán)節(jié),傳統(tǒng)上一般采用紙質(zhì)文件作為交流媒介。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電子圖紙和電子文件逐漸成為了一種重要的交流媒介。在諸多的交流媒介當(dāng)中,三維模型因為其真實、直觀的特點,能夠加快企業(yè)內(nèi)設(shè)計、工藝、制造人員之間的溝通理解,因此也成為主要的交互方式。通過三維模型,甚至也能方便的與企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、市場人員、客戶等非技術(shù)部門的人員進(jìn)行交流。隨著三維CAD的不斷普及,三維數(shù)據(jù)交流日益頻繁,對三維可視化工具的要求也越來越高。針對目前市場上主流的三維可視化工具,其功能特點、優(yōu)

1 三維可視化概述

所謂三維可視化主要是指通過讀取三維CAD格式文件來對產(chǎn)品設(shè)計模型進(jìn)行查看。這里的三維CAD格式文件分為兩種,一種是原始CAD軟件生成的數(shù)據(jù)格式,另一種就是輕量化文件格式,是通過壓縮原始CAD格式文件,變?yōu)橹挥性袷?/10大小的文件格式。兩種類型的數(shù)據(jù)文件都可以通過使用瀏覽器軟件或其他方式對原始產(chǎn)品三維造型圖形進(jìn)行查看、批注等便利性交互操作。

其使用富于說服力的圖像,克服了語言障礙。強(qiáng)大的三維可視化解決方案使協(xié)同變得更加容易,企業(yè)各環(huán)節(jié)之間的溝通變得更加直觀,對產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短起到了一定的輔助作用。

    1.1 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

國內(nèi)一家某設(shè)備制造商IT部門的項目經(jīng)理認(rèn)為:3D數(shù)據(jù)的輕量級瀏覽與先前受到書面文件交換流程的限制相比,大大加快了設(shè)計方案審核速度,并為跨部門共享設(shè)計方案鋪平了道路。

對此,他解釋說:"事實很簡單,每個人看到一種設(shè)計方案、對其進(jìn)行審核,并加入自己的意見--不論他使用的是什么系統(tǒng),而且不需要IT技術(shù)人員幫助他做集成--這加快了流程速度。如今,任何參與到其中的人員都能夠?qū)υO(shè)計方案進(jìn)行審核并發(fā)表意見,設(shè)計時間也減少了。

企業(yè)可視化應(yīng)用在這里是非常重要的變更管理和批準(zhǔn)流程工具。其他人員通過可視化工具將自己的評論或建議以文本或圖形的方式放在設(shè)計文檔中,讓設(shè)計人員在第一時間發(fā)現(xiàn)問題解決問題,另外還能更早更直接的將他們的客戶引入到產(chǎn)品的設(shè)計定義階段,同時也將供應(yīng)鏈的合作伙伴和其它價值鏈上的成員引入開發(fā)流程中。最終它們希望在第一時間做出正確的設(shè)計,壓縮整個時間線,縮短業(yè)務(wù)流程,加快產(chǎn)品投入市場的時間。

顯然,目前三維可視化技術(shù)為我們帶來了許多的利好。但在過去,三維可視化采用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式,其不準(zhǔn)確和文件格式過大都影響了如IGES、STEP等曾經(jīng)比較流行的中間數(shù)據(jù)格式的發(fā)展,下面我們就來對這些逐漸走下三維可視化歷史舞臺的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行一下簡單的回顧。

1.2 早期三維可視化方式及存在問題

早期的三維可視化主要是將原始設(shè)計文件通過CAD/CAM軟件來進(jìn)行讀取,但是企業(yè)中所使用的軟件又各不相同,各CAD/CAM軟件基于歷史原因及不同的開發(fā)目的,內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄方式和處理方式不盡相同,開發(fā)軟件的語言也不完全一致,導(dǎo)致原始設(shè)計文件在不同的CAD/CAM軟件中不能被交換與共享。

    圖一

為了改善此問題,國際上出現(xiàn)了一批具有代表性的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式,如的美國的IGES,ISO的STEP,德國的VDAIS、VDAFS,法國的SET等等。產(chǎn)品設(shè)計圖檔能夠在不同CAD/CAM軟件中進(jìn)行瀏覽(見圖一)。

針對IGES和STEP格式,德國Pro STEP做了一個關(guān)于曲面模型轉(zhuǎn)換的對比測試可以很直觀的反應(yīng)目前兩種格式所存在的問題。其中有六個CAD軟件系統(tǒng)參加了測試,測試結(jié)果如下:

     ● 99.8%的曲面模型可以成功地采用STEP進(jìn)行轉(zhuǎn)換 
     ● 92.6%可以成功地采用IGES進(jìn)行轉(zhuǎn)換

    圖二

此項對比測試可以更明顯的看到,兩種格式雖然對于三維可視化起到一定的輔助作用,但無論STEP和IGES格式中任意一個都無法準(zhǔn)確的完成曲面模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

另外兩種格式的文件大小顯得較為臃腫,并且需要大型的CAD/CAM軟件系統(tǒng)的讀取支持等,不利于進(jìn)行傳播交流。這些不利因素使得我們對改變傳統(tǒng)的三維可視化方案需求迫切。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,信息化廠商紛紛推出各種新的三維數(shù)據(jù)交流及可視化方案,目的是在保留基本三維模型信息的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)文件輕量化以及與三維軟件無關(guān)聯(lián)性,來滿足企業(yè)需求。

2 眾廠商積極推出輕量級三維可視化解決方案

    2.1 主流推行輕量化格式軟件廠商一覽

各廠商都推出了能夠進(jìn)行三維可視化的輕量級CAD數(shù)據(jù)格式,具有典型代表性的見表一。目前幾乎所有的基于產(chǎn)品生命周期管理的軟件廠商都有自己的三維可視化解決方案,可見其重要性,這些廠商是根據(jù)自身的輕量化格式推出一系列解決方案。

    表一:主流廠商推出的三維可視化工具

    2.2 主流三維可視化解決方案特征功能對比

各三維可視化的解決方案很多,所具備的功能與特點也各不相同(見表二)。有的廠商只是針對自身推出的格式來進(jìn)行解決方案的展開,另外還有個別廠家推出了支持海量格式讀取的瀏覽器,并且為其配備了其他瀏覽器所不具備的強(qiáng)大功能。

    表二

2.3 主流廠商主要優(yōu)勢分析

利用CAD供應(yīng)商的輕量級格式和瀏覽技術(shù)的一個優(yōu)勢在于:它可以與原CAD軟件集成,并調(diào)出豐富的產(chǎn)品信息,增強(qiáng)圖像功能。所以,對于那些別無選擇需要在設(shè)計環(huán)節(jié)中與各式CAD軟件協(xié)作的用戶群而言,CAD供應(yīng)商的格式所帶來的工作效果是最佳的。另一方面,在營銷或銷售目的的協(xié)作方面,通過利用具備廣泛接收功能的格式,公司可以提供最佳服務(wù)。

    表三

目前,輕量化三維可視化解決方案種類很多,軟件廠商通過不同的技術(shù)手段實現(xiàn)也不經(jīng)相同,有基于功能強(qiáng)大的直接瀏覽器,有通過格式轉(zhuǎn)換后進(jìn)行三維可視化,有通過為系統(tǒng)安裝插件來解決可視化需求等,下面就針對這些解決方案進(jìn)行逐一介紹。

3 三維可視化 CAD圖檔的輕量化格式引路

隨著產(chǎn)品復(fù)雜程度的日益提升,產(chǎn)品設(shè)計的原始圖檔也變得較為龐大,動輒上百兆,很不利于文件的傳閱。這就需要我們對原始設(shè)計CAD文檔進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將其變?yōu)檩p量化文件格式。轉(zhuǎn)換生成CAD圖檔的輕量化格式,其方法主要分為兩種,一種是通過安裝特定插件通過大型CAD軟件系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,另一種則是通過廠商推出的第三方轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

    圖三

有了這些經(jīng)過處理后的輕量化格式后,我們就可以對其進(jìn)行便捷的傳閱,針對格式轉(zhuǎn)換后文件的瀏覽方式同樣也分為兩種:第一種是通過三維可視化瀏覽器,第二種是通過安裝系統(tǒng)插件來實現(xiàn),下面就對這兩種不同的方式進(jìn)行介紹。

基于輕量化格式轉(zhuǎn)換的三維可視化瀏覽器是指將轉(zhuǎn)換后的格式文件以特定的瀏覽器為載體進(jìn)行讀取。例如下圖中的U3D與JT格式,從其瀏覽方式可以看到類似這些格式的文件是依托特定的瀏覽器進(jìn)行讀取。下面就主要介紹下Adobe和Siemens PLM兩家公司的三維可視化方案。

    圖四

    3.1 Adobe PDF  瀏覽功能持續(xù)拓展

Adobe 公司推出的Acrobat 3D提供了一個主動性的應(yīng)用環(huán)境以及很多通用的數(shù)據(jù)格式支持,利用它能夠從多種工具中導(dǎo)入CAD文件,并轉(zhuǎn)換成Universal 3D(U3D)格式,這樣就能將各式各樣主流 CAD 格式的 3D圖像轉(zhuǎn)換匯入Adobe PDF檔案中,大家可以通過Adobe Reader(PDF瀏覽器)來打開和使用這些文件,且對產(chǎn)品能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放或斷面等相對復(fù)雜的處理(見圖五)。

    圖五:使用Adobe Reader瀏覽三維圖形

雖然U3D格式需要配合瀏覽器使用,但這對其并不造成影響,Acrobat 3D以及U3D最大的優(yōu)勢就在于,使用者不用下載特殊瀏覽軟件,因為Adobe Reader(PDF瀏覽器)的擁有十分龐大的客戶群,人們可以直接通過該軟件直接進(jìn)行查看。 隨著Adobe公司三維可視化領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展,使得旗下軟件Adobe Reader的瀏覽功能又得到了進(jìn)一步的拓展加強(qiáng)。

3.2 Siemens PLM  JT2GO瀏覽器傳播JT格式

由JT驅(qū)動的一組產(chǎn)品和過程范圍較廣泛,涵蓋三維數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)的整個生命周期,從產(chǎn)品概念、產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、制造一直到生命周期結(jié)束。經(jīng)優(yōu)化后的JT可以執(zhí)行所有可視化任務(wù)。Siemens PLM還提供了JT2GO三維可視化器為JT提供支持(如圖六),為JT格式的傳播起到了很大的輔助作用。

    圖六:使用JT2GO瀏覽三維圖形

當(dāng)然,幾乎每個廠商都會提供相應(yīng)格式的瀏覽器,并不僅限于上述的兩個廠商,這些瀏覽器只能讀取單一的或者極少量的文件格式,具有很大的局限性。但不能否認(rèn),為輕量化格式量身打造的可視化瀏覽器對格式的推廣起到的很大的輔助作用。

目前,普遍軟件廠商推出的格式都能夠使用微軟的WEB瀏覽器進(jìn)行瀏覽,顯然其傳播性又得到了極大的提升,從而撬開了三維可視化的一個新的便捷領(lǐng)域。

通過為系統(tǒng)安裝特定插件后,使這些輕量級格式轉(zhuǎn)換文件能夠通過Web瀏覽器直接打開進(jìn)行瀏覽。為了更好的進(jìn)行企業(yè)間的交流,還可以把格式文件嵌入到OFFICE等辦公軟件中去,充分利用了WORD、EXCEL和郵件的可編輯性和傳閱性。另外軟件廠商為配合不同人群使用,也推出了配套三維可視化瀏覽器進(jìn)行讀取查看(如圖七)。如達(dá)索系統(tǒng)、Autodesk等軟件廠商。

    圖七

    3.3 達(dá)索系統(tǒng) 擺脫CATIA系統(tǒng)來查閱三維模型

3D XML是一種通用的、輕量的、基于XML的格式。該格式可以與Web緊密集成,使其具備了廣泛的傳播性。3D XML 高度壓縮復(fù)雜數(shù)據(jù),提供快速的文件傳輸和縮短加載時間,同時保持交換文件的精確幾何圖形。

企業(yè)可以通過這個技術(shù)在網(wǎng)上建立三維的零部件庫,以便企業(yè)宣傳,用來和供應(yīng)商交流。提高了信息交流以及協(xié)同工作的能力,人們不需要再安裝龐大的CATIA系統(tǒng)來瀏覽數(shù)據(jù)文件,WORD、EXCEL、WEB都成了它便捷的瀏覽載體。

    3.4 Autodesk 龐大軟件擁有群支撐DWF文件推廣

為了能夠在Internet上顯示AutoCAD圖形,Autodesk采用了一種稱為DWF(Drawing Web Format)的新文件格式。DWF文件格式支持圖層、超級鏈接、背景顏色、距離測量、線寬、比例等圖形特性。用戶可以在不損失原始圖形文件數(shù)據(jù)特性的前提下通過DWF文件格式共享其數(shù)據(jù)和文件。其廣泛推廣需依托Autodesk所擁有的龐大的客戶群體。

當(dāng)然,并不只是達(dá)索系統(tǒng)的3DXML和Autodesk的DWF格式能夠基于WEB瀏覽器進(jìn)行查看,很多軟件廠商都涉足此地。廠商的競爭,產(chǎn)生了各式種類的3D圖形文件格式與相應(yīng)的瀏覽器插件的混亂局面。結(jié)束這些最好辦法是微軟在它的WEB瀏覽器中預(yù)裝一個或幾個實時渲染插件,以至于互聯(lián)網(wǎng)3D圖形的觀看者不必花費時間去下載插件。然而,微軟并未選中任何一家公司作為其合作伙伴,也許在某一天微軟會推出它自己的一整套解決方案,從而保持它在互聯(lián)網(wǎng)3D圖形領(lǐng)域中的霸權(quán)地位。

基于輕量化格式的三維可視化具有很多優(yōu)點,但大多都是針對各自的輕量化格式展開解決方案,這樣就造成了使用者的一些局限性。眾多的軟件廠商意味著擺在人們面前的格式不會是單一的,為了解決此問題,出現(xiàn)了一些支持海量格式讀取的可視化瀏覽器。

4 三維可視化 支持多種文件格式的直接瀏覽器

這類瀏覽器普遍具有的特點是能夠讀取多種數(shù)據(jù)格式,并且具備一些普通瀏覽器所不具備的功能(見表二)。按照使用特點它們可以分為兩種:第一種就是直接可以對各類文件格式進(jìn)行直接讀取瀏覽,第二種就是先經(jīng)過轉(zhuǎn)換然后再進(jìn)行讀取,同時支持多種文件格式的轉(zhuǎn)換(見圖八)。下面就對這類瀏覽方式的主要幾個供應(yīng)廠商進(jìn)行簡單的介紹。

    圖八

    4.1 ORACLE  任何格式文件都可以來AutoVue體驗

在企業(yè)可視化方案這一新興市場中,ORACLE公司推出了企業(yè)可視化解決方案AutoVue,它的最大特點就是能夠讀取廣泛的三維格式的文件,而無需通過專業(yè)軟件。它所提供的統(tǒng)一的獨立界面以及應(yīng)用工具包,可以瀏覽、標(biāo)注、打印和轉(zhuǎn)換各種電子文檔,并完全保留原始文檔的完整性和安全性。還提供了基于網(wǎng)頁的瀏覽功能。除此以外,AutoVue產(chǎn)品也可與文檔管理 (PDM)、產(chǎn)品生命周期管理(PLM)、企業(yè)資源計劃 (ERP) 等系統(tǒng)集成,實現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的可視化,目前很多PLM/PDM的廠商都通過集成了AutoVue來實現(xiàn)其三維可視化解決方案(見表一),另外AutoVue的可視化解決方案的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛,如鋼鐵,石化,電力,基礎(chǔ)設(shè)施等非PLM的領(lǐng)域都有用它來實現(xiàn)三維可視化。

與ORACLE的AutoVue不同的是,也就是我們提到的第二種三維可視化瀏覽解決方案,通過支持多格式轉(zhuǎn)換后進(jìn)行讀取的軟件產(chǎn)品,下面就介紹幾個比較有代表性的TransMagic、天喻的InteVue和的eDrawings,他們都是基于多格式轉(zhuǎn)換的直接瀏覽。

    4.2 TransMagic 支持多格式轉(zhuǎn)換與讀取

TransMagic也是解決制造業(yè)互通操作之間所面臨問題。提供多種格式轉(zhuǎn)換功能,使得模型能夠在3D CAD/CAM/CAE系統(tǒng)之間快速轉(zhuǎn)換。支持多種三維CAD模型文件格式的類型,并可以瀏覽、修復(fù)、交換3D CAD數(shù)據(jù)。

    4.3 InteVue三維輕量化遠(yuǎn)程瀏覽器

由于當(dāng)前Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶寬的限制,基于三維數(shù)模的數(shù)據(jù)協(xié)同存在傳輸效率低下的問題。為了提高共享協(xié)同效率,天喻公司提供了基于三維輕量化模型的可視化協(xié)同解決方案(如下圖),支持對proe、UG、CATIA、、SolidEdge、Inventor等三維模型的輕量化和可視化,并以通用接口支持與PDM的集成。InteVue首先將三維CAD模型轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的、大小僅為原模型二十分之一的輕量化模型,基于輕量化模型可實現(xiàn)三維可視化瀏覽與批注、三維虛擬裝配、三維裝配動畫、三維爆炸視圖生成等。

    圖九

    4.4  直接打開文件

eDrawings是一種極度壓縮的、可通過電子郵件發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件。通過安裝eDrawings Professional直接從, AutoCAD , CATIA , UG, Inventor, proeNGINEER ,Solid Edge等發(fā)布eDrawings。它對于任何需要與設(shè)計團(tuán)隊的其他成員共享數(shù)據(jù)和協(xié)同工作的人來說都是一款理想的工具。用審閱激活的 eDrawings 共享產(chǎn)品設(shè)計,可以讓無數(shù)的接收者對您的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)提供反饋,進(jìn)行協(xié)作。

    另外通過安裝免費eDrawings 插件(eDrawings Viewer only),非CAD人員可以直接打開和查看的高度壓縮 2D 和 3D eDrawings文件(如圖十)。

    圖十

    5 三維可視化發(fā)展

從08年來看,達(dá)索系統(tǒng)收購3DVIA,致力于3D虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域,其中的3DVIA Composer模塊就完全可以取代當(dāng)前的3DXML,3DVIA Composer可讀取包括CATIA、Pro/ ENGINEER 和其他許多標(biāo)準(zhǔn)CAD 格式的 3D CAD 數(shù)據(jù),還可創(chuàng)建高度壓縮的輕化文件格式。3DVIA Composer 可輸出許多標(biāo)準(zhǔn)文件格式,包括 Microsoft? Office、PDF、HTML、SVG、CGM 等,其功能也能融入到所有主流的PDM產(chǎn)品中。這又將是三維可視化領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)。

PTC在09年初推出了Windchill Productpoint可視化協(xié)同解決方案,在Productpoint中,瀏覽各種格式的三維模型成為其最基本的功能,因此也可猜想,PTC支持的三維可視化格式不再局限于PVS,而是逐漸開放,有了更多的外延。

可以預(yù)知,一直致力于JT2GO瀏覽器的Siemens PLM,也不會僅僅只滿足于目前所能瀏覽的幾種格式,在不久的將來能看到它全新的功能。

另外,我們還可以看到國產(chǎn)的PDM/PLM普遍都采用了集成AutoVue瀏覽器來實現(xiàn)其系統(tǒng)的三維可視化功能(見表四),基與其瀏覽器的強(qiáng)大功能,使整套系統(tǒng)能夠讀取多種文件格式,為使用企業(yè)帶來了極大的便利。

    表四

整個三維可視化領(lǐng)域可以說在不停的發(fā)展進(jìn)步,從格式的笨重到輕巧,從支持少量格式瀏覽到支持多種格式瀏覽,不斷滿足著客戶對三維可視化的各種需求。

    總結(jié)

目前,三維可視化通過平民化的可操作性和輕巧性,能夠為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、市場人員、客戶等非技術(shù)部門的人員提供充足的3D信息,使他們能夠在工作中便利的利用這些數(shù)據(jù)。企業(yè)設(shè)計與制造工程人員較早的接觸到虛擬的數(shù)字化產(chǎn)品細(xì)節(jié),并進(jìn)行溝通協(xié)調(diào),對提高產(chǎn)品的品質(zhì),加快設(shè)計方案審核速度,以及保證產(chǎn)品的順利量產(chǎn)都有極大的輔助作用。

但是,眾多廠商的三維可視化解決方案勢必會產(chǎn)生出大量的不同種類的格式文件,這樣對人們也會造成一定的困擾,這就需要軟件廠商將各自的文件格式及瀏覽器變得更加開發(fā)。另外,功能強(qiáng)大的產(chǎn)品一直以來都是人們目光聚集的焦點,對軟件也一樣,針對三維可視化瀏覽器來說,那些只能讀取少量格式的瀏覽器不會很符合大眾的口味,那么支持多格式的瀏覽器會擁有很大的市場潛力。

隨著三維可視化的發(fā)展,將來客戶還可以更直接的參與產(chǎn)品定制,甚至到產(chǎn)品設(shè)計階段中來,人們的個性化需求將會在未來得到充分滿足。

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