三维可视化 直击设计原型

2013-05-18  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

e-works 涂彬 来源:e-works
关键字:可视化 协同 三维CAD 模型 PLM 浏览器
在制造企业内部及企业之间,产品数据的交流是很重要的一个环节,传统上一般采用纸质文件作为交流媒介。随着计算机技术的发展,电子图纸和电子文件逐渐成为了一种重要的交流媒介。在诸多的交流媒介当中,三维模型因为其真实、直观的特点,能够加快企业内设计、工艺、制造人员之间的沟通理解,因此也成为主要的交互方式。通过三维模型,甚至也能方便的与企业领导、市场人员、客户等非技术部门的人员进行交流。随着三维CAD的不断普及,三维数据交流日益频繁,对三维可视化工具的要求也越来越高。针对目前市场上主流的三维可视化工具,其功能特点、优

1 三维可视化概述

所谓三维可视化主要是指通过读取三维CAD格式文件来对产品设计模型进行查看。这里的三维CAD格式文件分为两种,一种是原始CAD软件生成的数据格式,另一种就是轻量化文件格式,是通过压缩原始CAD格式文件,变为只有原格式1/10大小的文件格式。两种类型的数据文件都可以通过使用浏览器软件或其他方式对原始产品三维造型图形进行查看、批注等便利性交互操作。

其使用富于说服力的图像,克服了语言障碍。强大的三维可视化解决方案使协同变得更加容易,企业各环节之间的沟通变得更加直观,对产品开发周期的缩短起到了一定的辅助作用。

    1.1 缩短产品开发周期

国内一家某设备制造商IT部门的项目经理认为:3D数据的轻量级浏览与先前受到书面文件交换流程的限制相比,大大加快了设计方案审核速度,并为跨部门共享设计方案铺平了道路。

对此,他解释说:"事实很简单,每个人看到一种设计方案、对其进行审核,并加入自己的意见--不论他使用的是什么系统,而且不需要IT技术人员帮助他做集成--这加快了流程速度。如今,任何参与到其中的人员都能够对设计方案进行审核并发表意见,设计时间也减少了。

企业可视化应用在这里是非常重要的变更管理和批准流程工具。其他人员通过可视化工具将自己的评论或建议以文本或图形的方式放在设计文档中,让设计人员在第一时间发现问题解决问题,另外还能更早更直接的将他们的客户引入到产品的设计定义阶段,同时也将供应链的合作伙伴和其它价值链上的成员引入开发流程中。最终它们希望在第一时间做出正确的设计,压缩整个时间线,缩短业务流程,加快产品投入市场的时间。

显然,目前三维可视化技术为我们带来了许多的利好。但在过去,三维可视化采用的数据转换方式,其不准确和文件格式过大都影响了如IGES、STEP等曾经比较流行的中间数据格式的发展,下面我们就来对这些逐渐走下三维可视化历史舞台的数据格式进行一下简单的回顾。

1.2 早期三维可视化方式及存在问题

早期的三维可视化主要是将原始设计文件通过CAD/CAM软件来进行读取,但是企业中所使用的软件又各不相同,各CAD/CAM软件基于历史原因及不同的开发目的,内部数据记录方式和处理方式不尽相同,开发软件的语言也不完全一致,导致原始设计文件在不同的CAD/CAM软件中不能被交换与共享。

    图一

为了改善此问题,国际上出现了一批具有代表性的数据交换标准格式,如的美国的IGES,ISO的STEP,德国的VDAIS、VDAFS,法国的SET等等。产品设计图档能够在不同CAD/CAM软件中进行浏览(见图一)。

针对IGES和STEP格式,德国Pro STEP做了一个关于曲面模型转换的对比测试可以很直观的反应目前两种格式所存在的问题。其中有六个CAD软件系统参加了测试,测试结果如下:

     ● 99.8%的曲面模型可以成功地采用STEP进行转换 
     ● 92.6%可以成功地采用IGES进行转换

    图二

此项对比测试可以更明显的看到,两种格式虽然对于三维可视化起到一定的辅助作用,但无论STEP和IGES格式中任意一个都无法准确的完成曲面模型的数据转换。

另外两种格式的文件大小显得较为臃肿,并且需要大型的CAD/CAM软件系统的读取支持等,不利于进行传播交流。这些不利因素使得我们对改变传统的三维可视化方案需求迫切。

随着技术的不断进步,信息化厂商纷纷推出各种新的三维数据交流及可视化方案,目的是在保留基本三维模型信息的基础上,实现文件轻量化以及与三维软件无关联性,来满足企业需求。

2 众厂商积极推出轻量级三维可视化解决方案

    2.1 主流推行轻量化格式软件厂商一览

各厂商都推出了能够进行三维可视化的轻量级CAD数据格式,具有典型代表性的见表一。目前几乎所有的基于产品生命周期管理的软件厂商都有自己的三维可视化解决方案,可见其重要性,这些厂商是根据自身的轻量化格式推出一系列解决方案。

    表一:主流厂商推出的三维可视化工具

    2.2 主流三维可视化解决方案特征功能对比

各三维可视化的解决方案很多,所具备的功能与特点也各不相同(见表二)。有的厂商只是针对自身推出的格式来进行解决方案的展开,另外还有个别厂家推出了支持海量格式读取的浏览器,并且为其配备了其他浏览器所不具备的强大功能。

    表二

2.3 主流厂商主要优势分析

利用CAD供应商的轻量级格式和浏览技术的一个优势在于:它可以与原CAD软件集成,并调出丰富的产品信息,增强图像功能。所以,对于那些别无选择需要在设计环节中与各式CAD软件协作的用户群而言,CAD供应商的格式所带来的工作效果是最佳的。另一方面,在营销或销售目的的协作方面,通过利用具备广泛接收功能的格式,公司可以提供最佳服务。

    表三

目前,轻量化三维可视化解决方案种类很多,软件厂商通过不同的技术手段实现也不经相同,有基于功能强大的直接浏览器,有通过格式转换后进行三维可视化,有通过为系统安装插件来解决可视化需求等,下面就针对这些解决方案进行逐一介绍。

3 三维可视化 CAD图档的轻量化格式引路

随着产品复杂程度的日益提升,产品设计的原始图档也变得较为庞大,动辄上百兆,很不利于文件的传阅。这就需要我们对原始设计CAD文档进行转换,将其变为轻量化文件格式。转换生成CAD图档的轻量化格式,其方法主要分为两种,一种是通过安装特定插件通过大型CAD软件系统进行转换,另一种则是通过厂商推出的第三方转换软件进行转换。

    图三

有了这些经过处理后的轻量化格式后,我们就可以对其进行便捷的传阅,针对格式转换后文件的浏览方式同样也分为两种:第一种是通过三维可视化浏览器,第二种是通过安装系统插件来实现,下面就对这两种不同的方式进行介绍。

基于轻量化格式转换的三维可视化浏览器是指将转换后的格式文件以特定的浏览器为载体进行读取。例如下图中的U3D与JT格式,从其浏览方式可以看到类似这些格式的文件是依托特定的浏览器进行读取。下面就主要介绍下Adobe和Siemens PLM两家公司的三维可视化方案。

    图四

    3.1 Adobe PDF  浏览功能持续拓展

Adobe 公司推出的Acrobat 3D提供了一个主动性的应用环境以及很多通用的数据格式支持,利用它能够从多种工具中导入CAD文件,并转换成Universal 3D(U3D)格式,这样就能将各式各样主流 CAD 格式的 3D图像转换汇入Adobe PDF档案中,大家可以通过Adobe Reader(PDF浏览器)来打开和使用这些文件,且对产品能够进行旋转、缩放或断面等相对复杂的处理(见图五)。

    图五:使用Adobe Reader浏览三维图形

虽然U3D格式需要配合浏览器使用,但这对其并不造成影响,Acrobat 3D以及U3D最大的优势就在于,使用者不用下载特殊浏览软件,因为Adobe Reader(PDF浏览器)的拥有十分庞大的客户群,人们可以直接通过该软件直接进行查看。 随着Adobe公司三维可视化领域技术的发展,使得旗下软件Adobe Reader的浏览功能又得到了进一步的拓展加强。

3.2 Siemens PLM  JT2GO浏览器传播JT格式

由JT驱动的一组产品和过程范围较广泛,涵盖三维数字化产品数据的整个生命周期,从产品概念、产品设计、开发、制造一直到生命周期结束。经优化后的JT可以执行所有可视化任务。Siemens PLM还提供了JT2GO三维可视化器为JT提供支持(如图六),为JT格式的传播起到了很大的辅助作用。

    图六:使用JT2GO浏览三维图形

当然,几乎每个厂商都会提供相应格式的浏览器,并不仅限于上述的两个厂商,这些浏览器只能读取单一的或者极少量的文件格式,具有很大的局限性。但不能否认,为轻量化格式量身打造的可视化浏览器对格式的推广起到的很大的辅助作用。

目前,普遍软件厂商推出的格式都能够使用微软的WEB浏览器进行浏览,显然其传播性又得到了极大的提升,从而撬开了三维可视化的一个新的便捷领域。

通过为系统安装特定插件后,使这些轻量级格式转换文件能够通过Web浏览器直接打开进行浏览。为了更好的进行企业间的交流,还可以把格式文件嵌入到OFFICE等办公软件中去,充分利用了WORD、EXCEL和邮件的可编辑性和传阅性。另外软件厂商为配合不同人群使用,也推出了配套三维可视化浏览器进行读取查看(如图七)。如达索系统、Autodesk等软件厂商。

    图七

    3.3 达索系统 摆脱CATIA系统来查阅三维模型

3D XML是一种通用的、轻量的、基于XML的格式。该格式可以与Web紧密集成,使其具备了广泛的传播性。3D XML 高度压缩复杂数据,提供快速的文件传输和缩短加载时间,同时保持交换文件的精确几何图形。

企业可以通过这个技术在网上建立三维的零部件库,以便企业宣传,用来和供应商交流。提高了信息交流以及协同工作的能力,人们不需要再安装庞大的CATIA系统来浏览数据文件,WORD、EXCEL、WEB都成了它便捷的浏览载体。

    3.4 Autodesk 庞大软件拥有群支撑DWF文件推广

为了能够在Internet上显示AutoCAD图形,Autodesk采用了一种称为DWF(Drawing Web Format)的新文件格式。DWF文件格式支持图层、超级链接、背景颜色、距离测量、线宽、比例等图形特性。用户可以在不损失原始图形文件数据特性的前提下通过DWF文件格式共享其数据和文件。其广泛推广需依托Autodesk所拥有的庞大的客户群体。

当然,并不只是达索系统的3DXML和Autodesk的DWF格式能够基于WEB浏览器进行查看,很多软件厂商都涉足此地。厂商的竞争,产生了各式种类的3D图形文件格式与相应的浏览器插件的混乱局面。结束这些最好办法是微软在它的WEB浏览器中预装一个或几个实时渲染插件,以至于互联网3D图形的观看者不必花费时间去下载插件。然而,微软并未选中任何一家公司作为其合作伙伴,也许在某一天微软会推出它自己的一整套解决方案,从而保持它在互联网3D图形领域中的霸权地位。

基于轻量化格式的三维可视化具有很多优点,但大多都是针对各自的轻量化格式展开解决方案,这样就造成了使用者的一些局限性。众多的软件厂商意味着摆在人们面前的格式不会是单一的,为了解决此问题,出现了一些支持海量格式读取的可视化浏览器。

4 三维可视化 支持多种文件格式的直接浏览器

这类浏览器普遍具有的特点是能够读取多种数据格式,并且具备一些普通浏览器所不具备的功能(见表二)。按照使用特点它们可以分为两种:第一种就是直接可以对各类文件格式进行直接读取浏览,第二种就是先经过转换然后再进行读取,同时支持多种文件格式的转换(见图八)。下面就对这类浏览方式的主要几个供应厂商进行简单的介绍。

    图八

    4.1 ORACLE  任何格式文件都可以来AutoVue体验

在企业可视化方案这一新兴市场中,ORACLE公司推出了企业可视化解决方案AutoVue,它的最大特点就是能够读取广泛的三维格式的文件,而无需通过专业软件。它所提供的统一的独立界面以及应用工具包,可以浏览、标注、打印和转换各种电子文档,并完全保留原始文档的完整性和安全性。还提供了基于网页的浏览功能。除此以外,AutoVue产品也可与文档管理 (PDM)、产品生命周期管理(PLM)、企业资源计划 (ERP) 等系统集成,实现企业应用软件系统的可视化,目前很多PLM/PDM的厂商都通过集成了AutoVue来实现其三维可视化解决方案(见表一),另外AutoVue的可视化解决方案的应用领域也很广泛,如钢铁,石化,电力,基础设施等非PLM的领域都有用它来实现三维可视化。

与ORACLE的AutoVue不同的是,也就是我们提到的第二种三维可视化浏览解决方案,通过支持多格式转换后进行读取的软件产品,下面就介绍几个比较有代表性的TransMagic、天喻的InteVue和的eDrawings,他们都是基于多格式转换的直接浏览。

    4.2 TransMagic 支持多格式转换与读取

TransMagic也是解决制造业互通操作之间所面临问题。提供多种格式转换功能,使得模型能够在3D CAD/CAM/CAE系统之间快速转换。支持多种三维CAD模型文件格式的类型,并可以浏览、修复、交换3D CAD数据。

    4.3 InteVue三维轻量化远程浏览器

由于当前Internet网络环境带宽的限制,基于三维数模的数据协同存在传输效率低下的问题。为了提高共享协同效率,天喻公司提供了基于三维轻量化模型的可视化协同解决方案(如下图),支持对proe、UG、CATIA、、SolidEdge、Inventor等三维模型的轻量化和可视化,并以通用接口支持与PDM的集成。InteVue首先将三维CAD模型转化成统一的、大小仅为原模型二十分之一的轻量化模型,基于轻量化模型可实现三维可视化浏览与批注、三维虚拟装配、三维装配动画、三维爆炸视图生成等。

    图九

    4.4  直接打开文件

eDrawings是一种极度压缩的、可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。通过安装eDrawings Professional直接从, AutoCAD , CATIA , UG, Inventor, proeNGINEER ,Solid Edge等发布eDrawings。它对于任何需要与设计团队的其他成员共享数据和协同工作的人来说都是一款理想的工具。用审阅激活的 eDrawings 共享产品设计,可以让无数的接收者对您的产品设计数据提供反馈,进行协作。

    另外通过安装免费eDrawings 插件(eDrawings Viewer only),非CAD人员可以直接打开和查看的高度压缩 2D 和 3D eDrawings文件(如图十)。

    图十

    5 三维可视化发展

从08年来看,达索系统收购3DVIA,致力于3D虚拟现实领域,其中的3DVIA Composer模块就完全可以取代当前的3DXML,3DVIA Composer可读取包括CATIA、Pro/ ENGINEER 和其他许多标准CAD 格式的 3D CAD 数据,还可创建高度压缩的轻化文件格式。3DVIA Composer 可输出许多标准文件格式,包括 Microsoft? Office、PDF、HTML、SVG、CGM 等,其功能也能融入到所有主流的PDM产品中。这又将是三维可视化领域的颠覆性技术。

PTC在09年初推出了Windchill Productpoint可视化协同解决方案,在Productpoint中,浏览各种格式的三维模型成为其最基本的功能,因此也可猜想,PTC支持的三维可视化格式不再局限于PVS,而是逐渐开放,有了更多的外延。

可以预知,一直致力于JT2GO浏览器的Siemens PLM,也不会仅仅只满足于目前所能浏览的几种格式,在不久的将来能看到它全新的功能。

另外,我们还可以看到国产的PDM/PLM普遍都采用了集成AutoVue浏览器来实现其系统的三维可视化功能(见表四),基与其浏览器的强大功能,使整套系统能够读取多种文件格式,为使用企业带来了极大的便利。

    表四

整个三维可视化领域可以说在不停的发展进步,从格式的笨重到轻巧,从支持少量格式浏览到支持多种格式浏览,不断满足着客户对三维可视化的各种需求。

    总结

目前,三维可视化通过平民化的可操作性和轻巧性,能够为企业领导、市场人员、客户等非技术部门的人员提供充足的3D信息,使他们能够在工作中便利的利用这些数据。企业设计与制造工程人员较早的接触到虚拟的数字化产品细节,并进行沟通协调,对提高产品的品质,加快设计方案审核速度,以及保证产品的顺利量产都有极大的辅助作用。

但是,众多厂商的三维可视化解决方案势必会产生出大量的不同种类的格式文件,这样对人们也会造成一定的困扰,这就需要软件厂商将各自的文件格式及浏览器变得更加开发。另外,功能强大的产品一直以来都是人们目光聚集的焦点,对软件也一样,针对三维可视化浏览器来说,那些只能读取少量格式的浏览器不会很符合大众的口味,那么支持多格式的浏览器会拥有很大的市场潜力。

随着三维可视化的发展,将来客户还可以更直接的参与产品定制,甚至到产品设计阶段中来,人们的个性化需求将会在未来得到充分满足。

相关标签搜索：三维可视化 直击设计原型 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 Ansys培训 Abaqus培训 Autoform培训 有限元培训 Solidworks培训 UG模具培训 PROE培训 运动仿真