3D应用程序开发的强大动力 - 造型组件ACIS - 文章

3D应用程序开发的强大动力 - 造型组件ACIS

作者：Spatial

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一、概述

在数字化技术高度发展的今天，3D软件发挥的作用越来越大，但对于不同的用户而言，有些软件过于庞大，而对某些行业又不是很专业；有些软件由于过于昂贵又很难得到普及；另外，在某些行业还很缺乏比较实用的3D软件。这样的现状就给软件开发商提供了很好的机会。通常来说3D软件开发主要有以下途径：1)在成熟商业软件上进行二次开发，其优点是开发难度相对较低，但缺点是行业应用范围狭窄，自由度小，另外对最终用户来说需要事先购买该商业软件，增加了成本；2)使用现有的3D软件组件（如几何造型、数据接口、可视化等）进行开发，其优点是可以充分利用这些可信赖的商业3D组件所提供的强大功能，因此可以拥有更大的自由度，并且可以大大降低开发成本和加速产品上市，从而为市场提供实用的软件产品；3)从底层开始自行研发，该方法从商业的角度来说，无论从开发成本上还是从开发周期上来说都不值得提倡。因此，可以说使用可信赖3D组件技术是开发自主版权3D商品化软件产品的最佳选择。

美国Spatial公司（以下简称Spatial）就是专门提供高性能的3D组件和专业技术服务的3D软件组件供应商。Spatial的合作伙伴通过授权和使用Spatial提供的经过多年市场实践验证的高质量和可靠的3D组件和专业的技术服务，可以更好地管理开发成本、优化资源和缩短产品上市时间，能够将更多的精力放到提高产品的核心竞争力上来。

图1 Spatial 3D组件应用

Spatial提供的3D组件包含造型组件ACIS、可视化组件HOOPS以及数据接口组件InterOp，为用户提供了比较完善的解决方案。本文主要介绍造型组件ACIS系列产品，HOOPS和InterOp两个产品将在后续的文章中介绍。

二、造型组件ACIS简介

ACIS是Spatial造型组件的统称，该产品经过20年的不断发展，无论在功能、稳定性和性能方面都得到了巨大的提升。自ACIS 16版本发布后，ACIS已经形成了一系列产品，可以满足用户的多种需求：

(1)3D ACIS Modeler－业界第一个商业化3D几何造型内核，采用开放的和面向对象的C++架构，不仅具备丰富的3D模型创建和管理的功能，而且具有很强的灵活性和可扩展性。3D ACIS Modeler的核心功能主要包括：1)几何造型功能，如：2D草图创建、拉伸、旋转、扫掠、蒙皮、放样、倒角、阵列、等距、拔模、抽壳、加厚、布尔运算、空间变形等；2)模型管理功能，如：在模型的任何级别处关联用户自定义数据、跟踪几何和拓扑改变、计算质量和体积、单元拓扑、模型检查和修复、历史回退管理等；3)可视化接口，3D ACIS Modeler中集成了模型网格化功能以及和可视化组件HOOPS的接口源代码，从而可以使用户迅速将3D ACIS Modeler提供的强大造型功能和HOOPS提供的强大图形功能结合起来。图2是利用ACIS造型的示例。

(2)3D ACIS PHL V5－直接采用CATIA V5的核心技术为ACIS用户提供的一个精确隐藏线消除的解决方案，该组件可以用来快速准确地生成3D模型的2D工程图。

(3)3D ACIS Defeaturing－根据用户指定的准则自动识别和移去模型中的圆角、孔等特征，有效提高有限元前处理等应用程序的效率。图3是圆角自动识别和抑制的示例。

(4)3D ACIS Deformable Modeling－Spatial独家提供的3D模型雕塑成形的交互式造型工具。该产品具有局部或全局编辑的功能，使用户可以轻松地构建基于约束的自由B样条和NURBS曲线和曲面，为创建精确曲面提供了很高的艺术自由度。图4是利用变型造型技术设计游戏机控制手柄把手的示例。

(5)3D ACIS Advanced Covering－利用Spatial提供的变型造型技术，为用户提供了创建高质量N－边曲面的功能，不仅可以满足用户对边界处的位置和连续性要求，而且可以控制曲面的内部形状，非常适用于设计阶段的N－边曲面创建以及分析和加工阶段的孔洞修补等操作。图5是利用高级覆盖技术对曲面N－边孔洞进行修补的示例。

三、ACIS组件技术优势

ACIS的技术优势主要包括：

(1)强大的3D造型能力。ACIS集成了线框、曲面和实体造型的功能，支持流形和非流形拓扑，具备非常丰富的几何运算集，可以用来开发具有曲线、曲面以及实体混合建模功能的3D应用程序。如：1)ACIS既是精确建模器，又支持容差造型。可以支持宏观和微观世界的建模；2)ACIS具有很强的创建高质量曲线曲面的能力，对于模具和工业设计非常重要。还可以被用于受损模型的修复；3)ACIS具有很强的局部修改的能力，如拔模、等距、移面、加厚、抽壳等；4)ACIS利用规则创建模型，如利用规则创建函数曲线和曲面，在倒角、拉伸、旋转、扫描、空间变形等操作过程中使用规则以创建更加复杂的形状。

(2)复用性和可扩展性。ACIS采用的是基于C++和面向对象的技术，用户不仅可以很方便的使用ACIS中提供的类和API函数，而且可以根据应用程序的需要派生新的类和自定义API函数。通过使用ACIS中提供的类和API函数可以提高软件代码的复用性，提高开发效率、易于实现软件的模块化开发，缩短开发周期。

(3)变型造型组件。Spatial独家提供的变型造型组件，扩充了ACIS的高级曲面造型的能力。与传统的曲面造型技术（如基于控制点的形状修改方法和放样法构造曲面等）相比，3D ACIS Deformable Modeling是一个更强有力的替代品。传统的曲面造型方法不仅耗时，而且容易引起曲面畸变，不容易得到满足实际需要的高质量曲面，如基于控制点的形状修改方法可以通过调整控制点等方法交互式地改变曲线曲面形状，但不能同时施加约束；放样法可以用来构造满足某些约束的曲面，但不允许再进行形状修改；相反，3D ACIS Deformable Modeling不仅使用直观、操作简单，而且还容易得到满足工程需要的高质量的结果。

(4)互用性。首先，ACIS数据格式保留了对低版本的兼容性，ACIS的应用程序可以随意打开和保存为自ACIS 1.6版以来各个版本的文件，而不同领域的基于ACIS的应用程序也可以非常方便地利用SAT格式进行无缝数据交换；其次，Spatial是独家既提供造型内核，又提供数据接口的3D组件供应商，这样用户可以非常容易把第三方的数据导入到基于ACIS的应用程序中，或将应用程序数据导出为其它主流格式，方便非ACIS应用程序读取；再次，ACIS和InterOp中提供的模型检查和修复的功能还可以对导入的有问题的数据进行修复，便于后续的操作。图6是Spatial合作伙伴InnovMetric公司利用InterOp产品导入CATIA V5模型进行分析的示例。

(5)高级图形功能。ACIS具备的模型网格化功能以及和高性能可视化组件HOOPS的结合使用户可以非常方便地使用HOOPS提供的强大图形功能，如：高质量的模型可视化、便捷的人机交互、包括Direct3D在内的多种渲染管道、大模型显示、高级渲染、2D图形的矢量化输出、丰富的动画以及图形数据流化处理等，从而满足了用户对高级可视化功能的需要。

四、ACIS组件商业优势

采用Spatial的ACIS组件不但可以在技术方面领先一步，而且具有以下商业优势：

(1)性能和可靠性－Spatial的目标是使每个ACIS版本在功能增加的同时还要保证整体性能的提升和可靠性。ACIS产品每周都要完成25万个测试，而很少有其它的3D组件供应商可以达到这样的测试规模和测试深度。因此ACIS可以很好地胜任商业软件开发对性能和可靠性的需要；

(2)专业的技术支持和服务－Spatial的商业模式是建立在用户成功的基础上的，因此Spatial的专业技术支持和服务团队将会竭力协助用户尽快取得成功，Spatial的本地化支持也会帮助国内用户快速开发出高性能软件产品；

(3)降低开发成本和缩短产品上市时间－大大减少用户自己开发的投入或风险，用户通过授权ACIS产品即可使用已被业界证明了的功能强大且稳定的3D组件，使用户无需花费大量的人力物力和时间去自行开发和维护自己的3D内核，而是可以将精力集中到具有更大附加值的专业功能的开发上，并可以更早地发布产品，使效益最大化；

(4)保持持续竞争力－ACIS每个新的版本或补丁都会有功能增强和性能提升，用户通过将自己的产品发布和ACIS产品发布紧密结合起来，就可以及早使用到这些新功能并提高产品性能，从而保持持续的竞争力。另外，Spatial灵活的授权方式和有竞争力的价格定位使用户在使用Spatial的3D组件进行软件开发和维护的过程中可以更好地管理成本，降低用户的风险。

五、案例分析

Spatial自2000年11月加入Dassault Systèmes公司后，ACIS产品在性能、稳定性等诸多方面的明显提升得到了用户的普遍认可，另外Spatial致力于帮助用户取得成功的商业模式也得到了愈来愈多用户的欢迎。Spatial的合作伙伴涉及到CAD、CAM、CAE、AEC、CMM、EDA等14个行业领域，在全球有250多家软件公司在使用Spatial的ACIS组件，相关软件产品的装机量达到数百万套。如在业界比较流行的CAD软件CADKEY、IronCAD；CAM领域Cimatron、Space-E；CAE领域的Abaqus、Fluent；CMM领域的Carl Zeiss、LK等著名公司均采用了ACIS内核来开发他们的3D软件产品，并且取得了成功。

Cimatron公司是一个在模具业非常著名的集成CAD/CAM解决方案的开发商，其软件产品的开发充分考虑到行业需求，其目标是使用户在模具制造的各个阶段都能体验到软件为他们带来的高效率和灵活性。为了保持在模具业的领先地位，Cimatron公司在开发其新一代解决方案－Cimatron E时认为组件技术是他们实现几何造型和数据转换功能的理想方法。而他们最终决定采用Spatial的ACIS组件的原因包括：首先，ACIS提供了高级的造型能力，可以用于设计在模具行业非常复杂的模型；其次，ACIS修复和缝合技术以及和InterOp组件的紧密集成允许Cimatron E从其它多种CAD系统中准确和高效地导入数据；另外，ACIS非常易于扩展，使得Cimatron公司可以将他们在模具行业独特的专业知识快速集成到新一代软件产品中。图7是Spatial合作伙伴Cimatron公司利用ACIS的功能进行建模和分模的示例。

六、结束语

终上所述，Spatial提供的ACIS组件技术是经过用户多年市场验证的，Spatial的合作伙伴通过授权和使用ACIS组件，不仅可以使用到ACIS组件的强大功能，提高软件性能和稳定性，增加产品的附加值，而且可以降低开发成本、加快产品上市，使效益最大化。正如AC&E公司技术开发主管Yash Khandhia先生所说：“我们了解用户希望能得到更好的软件产品，而我们完全可以通过和Spatial的合作来实现。软件组件的健壮性和易扩展性是我们需要优先考虑的，Spatial提供的3D组件非常符合我们的要求，我们之间的合作非常愉快，这对于我们的核心产品在工程领域市场上取得成功是非常重要的。”(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/10/2008)


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