三維可視化 直擊設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)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?yàn)槠湔鎸?shí)、直觀的特點(diǎn),能夠加快企業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)、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(duì)三維可視化工具的要求也越來越高。針對(duì)目前市場上主流的三維可視化工具,其功能特點(diǎn)、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(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(xiàng)目經(jīng)理認(rèn)為:3D數(shù)據(jù)的輕量級(jí)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(jì)方案審核速度,并為跨部門共享設(shè)計(jì)方案鋪平了道路。

對(duì)此,他解釋說:"事實(shí)很簡單,每個(gè)人看到一種設(shè)計(jì)方案、對(duì)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(jì)方案進(jìn)行審核并發(fā)表意見,設(shè)計(jì)時(shí)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(píng)論或建議以文本或圖形的方式放在設(shè)計(jì)文檔中,讓設(shè)計(jì)人員在第一時(shí)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(jì)定義階段,同時(shí)也將供應(yīng)鏈的合作伙伴和其它價(jià)值鏈上的成員引入開發(fā)流程中。最終它們希望在第一時(shí)間做出正確的設(shè)計(jì),壓縮整個(gè)時(shí)間線,縮短業(yè)務(wù)流程,加快產(chǎn)品投入市場的時(shí)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(duì)這些逐漸走下三維可視化歷史舞臺(tái)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(jì)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(jì)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(jì)圖檔能夠在不同CAD/CAM軟件中進(jìn)行瀏覽(見圖一)。

針對(duì)IGES和STEP格式,德國Pro STEP做了一個(gè)關(guān)于曲面模型轉(zhuǎn)換的對(duì)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(gè)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(xiàng)對(duì)比測試可以更明顯的看到,兩種格式雖然對(duì)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(gè)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(duì)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(shí)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(jí)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(jí)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(duì)比

各三維可視化的解決方案很多,所具備的功能與特點(diǎn)也各不相同(見表二)。有的廠商只是針對(duì)自身推出的格式來進(jìn)行解決方案的展開,另外還有個(gè)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(jí)格式和瀏覽技術(shù)的一個(gè)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(duì)于那些別無選擇需要在設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)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(jì)的原始圖檔也變得較為龐大,動(dòng)輒上百兆,很不利于文件的傳閱。這就需要我們對(duì)原始設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行便捷的傳閱,針對(duì)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(shí)現(xiàn),下面就對(duì)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(gè)主動(dòng)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(duì)產(chǎn)品能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放或斷面等相對(duì)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(duì)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?yàn)锳dobe 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(dòng)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(gè)生命周期,從產(chǎn)品概念、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(gè)廠商都會(huì)提供相應(yīng)格式的瀏覽器,并不僅限于上述的兩個(gè)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(duì)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(gè)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(jí)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(shí)間,同時(shí)保持交換文件的精確幾何圖形。

企業(yè)可以通過這個(gè)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(jí)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(gè)或幾個(gè)實(shí)時(shí)渲染插件,以至于互聯(lián)網(wǎng)3D圖形的觀看者不必花費(fèi)時(shí)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(huì)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(diǎn),但大多都是針對(duì)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(huì)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(diǎn)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(diǎn)它們可以分為兩種:第一種就是直接可以對(duì)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(shí)支持多種文件格式的轉(zhuǎn)換(見圖八)。下面就對(duì)這類瀏覽方式的主要幾個(gè)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(yàn)

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(diǎn)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(dú)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(jì)劃 (ERP) 等系統(tǒng)集成,實(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)三維可視化瀏覽與批注、三維虛擬裝配、三維裝配動(dòng)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(duì)于任何需要與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(jì),可以讓無數(shù)的接收者對(duì)您的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)提供反饋,進(jìn)行協(xié)作。

    另外通過安裝免費(fèi)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(shí)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(huì)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(shí)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(gè)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(duì)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?yàn)槠髽I(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(jì)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(duì)提高產(chǎn)品的品質(zhì),加快設(shè)計(jì)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(huì)產(chǎn)生出大量的不同種類的格式文件,這樣對(duì)人們也會(huì)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(diǎn),對(duì)軟件也一樣,針對(duì)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(huì)很符合大眾的口味,那么支持多格式的瀏覽器會(huì)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(jì)階段中來,人們的個(gè)性化需求將會(huì)在未來得到充分滿足。

相關(guān)標(biāo)簽搜索：三維可視化 直擊設(shè)計(jì)原型 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Ansys培訓(xùn) Abaqus培訓(xùn) Autoform培訓(xùn) 有限元培訓(xùn) Solidworks培訓(xùn) UG模具培訓(xùn) PROE培訓(xùn) 運(yùn)動(dòng)仿真