医保卡看病记录:预言:下一代CAD软件什么样?

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2009-03-12 09:12:46  作者:朱辉杰  来源:CAD/CAM与制造业信息化  浏览次数:333  文字大小:【大】【中】【小】
下一代的CAD软件将结合新兴的计算机软硬件技术,在交互技术、网络化、图形加速技术和三维打印等方面有突破性应用进展。
早在2000年,国内三维CAD技术研发、应用的倡导者和先驱者之一北京航空航天大学的唐荣锡教授就曾撰文描绘过下一代的CAD软件技术,他在文中天马行空般地预言,下一代CAD技术将具备网络化、智能化、自动化和数据库化等特征。这些预言对于当时刚刚开始接触三维CAD软件的国内用户而言,无异于“天方夜谭”。时隔九年,三维CAD软件在网络协同、数据管理和自动化设计等方面已经有了长足的进步,一一印证了当年唐教授的预言。
旧的预言获得应验,而记者在solidworks 2009大会上又与新的预言不期而遇。在第二天大会的主题演讲中,面对4000多名来宾,DS SolidWorks公司的创始人之一、三维CAD软件领域的传奇人物Jon Hirschtick先生预言:下一代的CAD软件将结合新兴的计算机软硬件技术,在交互技术、网络化、图形加速技术和三维打印等方面有突破性应用进展。为了证明预言的切实性,Jon向人们展示了几段非常有趣、神奇的视频和两件产品的设计原型。Jon的预言无疑是当天、乃至整个会议的亮点之一,此后,在各个分会场和媒体中心,记者经常能看到、听到率真的欧美工程师和媒体工作者在讨论Jon的预言。
CAD软件将引入新的交互技术
从计算机辅助设计技术诞生以来,人们就必须通过键盘、鼠标这些输入、指点设备与计算机进行交互,以完成设计工作。20多年来,无论是UNIX小型机还是Windows PC,这种交互方式从未有过本质的改变。Jon说:“下一代的CAD技术将颠覆传统的交互方式”。他以iPHONE为例,介绍了新的多点触摸交互技术在CAD软件中的应用前景。利用多点触摸交互技术,用户可以随意使用手指或手写笔在屏幕上完成草图绘制、零件建模和装配等任何操作,计算机则智能地识别用户的各类手势,执行相应的指令。而且,用户可以双手同时,甚至多人、多手同时进行触摸交互操作,而不互相干扰。一段简短的视频展示了两个用户同时在一片触摸屏上用手指行云流水般勾画草图曲线,并通过点按等手势完成曲线的相交、剪切操作。如果读者对触摸交互操作没有太多感性认识的话,Jon现场播放的电影《钢铁侠》片段则更能说明触摸技术的神奇之处。主角强尼通过各种手势直接编辑虚拟三维空间中的机械装甲模型,物理意义的鼠标和键盘完全被舍弃了。
图1 工程人员正直接用手控制屏幕上的三维模型

事实上,这种交互技术的实用化并不遥远。2010年底即将发布的Windows 7操作系统将支持丰富的触摸操作指令,2010-2011年内,大量的图形工作站、笔记本电脑甚至普通PC将配备高解析度、灵敏度的触摸屏,而SolidWorks实验室也在尝试将新的交互技术融入到SolidWorks的新版本软件中。通过各种手势和触摸实现交互操作,在简化交互设备的同时,却极大地丰富了交互操作所能传递的信息量,进而解放用户的思维,激发设计者丰富的想象力,促进创新设计在效率和质量上的双重提高。我们可以想象,未来几年后,工程师学习和使用SolidWorks不再需要掌握大量的菜单和指令,而仅仅需要学会如何利用双手“勾画、触摸、移动、组合和拆分”哪些虚拟的图线、模型,略显枯燥的设计工作将成为一种十分有趣的“活动”!
CAD软件的全面网络化
相比交互技术的实用化,Jon所预言的“CAD软件的网络化”似乎就在眼前。我们在日常工作中其实都在使用网络化的软件。例如,当我们使用即时通讯软件Msn的时候,我们仅仅在本机运行客户端程序,而安装在服务器端的应用程序则负责数据的接受、存储和传递工作,客户端和服务器端的程序通过网络进行交互,Msn的主要部分就是网络化的。如果你使用过SUN公司新版本的Open office软件,你就会发现这套Office程序是可以完全运行在网络服务器上的,用户通过网络浏览器插件就可以远程启动程序,并远程读取、编辑修改和存储文件,多个用户可以同时启动网络office程序,也可以同时对同一文件进行操作,却不会相互干扰,这是完全网络化的Office软件。
在网络世界中,网络就是软件,而软件将完全网络化,人们将像使用浏览器那样使用应用软件,其中就包括CAD软件。这就是Jon所预言的“CAD软件网络化”的真意。Jon的这条预言已经非常切实,因为,他在现场就展示了网络化运行的 SolidWorks软件。他从浏览器界面登陆远程的SolidWorks应用,并开始进行设计操作,完全与本地运行、使用SolidWorks软件一样!他说:“设计软件的网络化可以进一步降低设计的难度,也可以节约企业的计算资源和成本。”让我们再来设想一想,也许就在SolidWorks的下一个版本,用户可以完全摈弃性能强大,却能耗高昂、体型宽大的台式图形工作站,在任何时间、任何地点,只要有足够的网络带宽连接,使用轻便的瘦客户机或Mini笔记本就可以登陆和使用服务器端的SolidWorks软件,而大量的数据也可以集中由服务器端的PDM系统进行管理。软件版本的升级也不再需要重复安装单个节点,直接一次性部署、配置服务器端程序即可。一切都简单了!
新型图形物理加速技术——PhysX的应用
PhysX是一套由 NVIDIA 公司设计的执行复杂物理运算的技术,这项技术允许计算机利用NVIDIA GeForce显卡的显示核心(GPU)承担原本由CPU负责的图形物理运算任务(PhysX是AGEIA公司的技术,NVIDIA收购了前者)。目前,普通计算机的CPU主要是双核和四核,并允许使用多线程技术并行地执行多个系统任务。而早在几年前,NVIDIA GeForce的图形计算核心GPU就已经包含了数十、甚至数百个核心了,可以高效地完成并行计算任务。因此,GPU的集成度和并行计算潜力比CPU强大得多。为此,NVIDIA 公司提供了PhysX技术,允许软件开发商调用NVIDIA GeForce显卡的GPU辅助CPU完成复杂的图形物理运算任务,以降低系统负荷,提高并行运算效率。
最早提出PhysX技术的时候,其主要的应用对象是娱乐和游戏,特别是三维游戏和动画,利用GPU的超强计算能力,很多三维游戏实现了更为惊人真实的图形效果,如大爆炸后四处飞舞的烟尘、碎片,雨滴溅射在物体表面再四处弹开等等,这些图形表现的背后有着复杂的物理模拟和运算过程,原本由CPU完成计算任务是不堪重负的。
现在,Jon预言,PhysX技术也将和CAD图形技术相结合,以挖掘GPU的计算潜力,帮助CAD软件实现更为高效的三维图形物理计算、几何体渲染和图形互动操作。
三维打印技术加强设计体验
在Jon演讲期间,他着重展示了包括New banlance运动鞋楦(New banlance是美国运动鞋品牌,在美国本土的用户群很广泛,在国内也有制造和销售)和索爱手机在内的两个设计原型。他指出,这两个逼真的设计原型是通过一种三维打印机直接在设计阶段打印出来的,以便帮助设计师和用户更好地体验设计方案,及时进行修正。Jon说:“三维CAD技术和三维打印机相结合,将改变设计流程,将真实感的设计体验提前到设计的早期,甚至提前到概念设计、方案设计阶段。” Jon提到的三维打印机是由美国ZCorp公司提供的,这种名为Zprinter的三维打印机脱胎于粉末堆积成型原理的快速原型设备,但却实现了小型化、低噪音、低污染和色彩化,可以放置在设计办公室内配合SolidWorks一起使用。SolidWorks的三维模型经过简单的简化处理,就可以像使用普通打印机一样,使用Zprinter打印出真实感的三维模型。Zprinter可以使用普通的HP打印机彩色墨盒,打印出具有丰富色彩的三维模型。这些模型可以直接用于设计讨论、原型验证和市场宣传等目的。索爱的设计师说:“每一款手机在设计过程中都需要制作多个原型,现在使用SolidWorks软件配合三维打印机,原型制作的周期大大缩短,难度也降低了。” Jon展示的索爱手机模型和New banlance运动鞋楦都是彩色模型。

图2 SolidWorks虚拟模型可以直接打印成原型件
Jon的四大预言均是依托现有技术基础,结合CAD技术未来一段时间的用户需求有感而发,非常切实,几乎有望在下两个版本内的SolidWorks软件中逐步实现,我们期待着Jon的预言实现,因为,他的预言也是我们的梦想。