本文介紹了ThinkDesign的目標(biāo)驅(qū)導(dǎo)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。

　　關(guān)于ThinkDesign

　　ThinkDesign是Extech公司推出的一款高效的創(chuàng)新性三維設(shè)計(jì)軟件。它誕生于歐洲，1979年便推出了第一個(gè)2D版本，1990年推出了當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的一款三維造型內(nèi)核，對(duì)CAD技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。以后在2004年、2007年相繼推出了GSM與ISM技術(shù)，不斷創(chuàng)造著CAD技術(shù)的神話(huà)。2008年是中國(guó)制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，北京艾克斯特科技有限公司與think3公司合資，成立了Extech(北京艾克斯特信息技術(shù)有限公司)，同時(shí)擁有了ThinkDesign產(chǎn)品在大中國(guó)地區(qū)的全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使得這款頂級(jí)的CAD產(chǎn)品落戶(hù)中國(guó)，Extech作為國(guó)內(nèi)唯一擁有世界領(lǐng)先技術(shù)和全球化研發(fā)網(wǎng)絡(luò)的本地公司，必將為中國(guó)制造業(yè)從“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變做出巨大貢獻(xiàn)。

　　GSM技術(shù)

　　GSM(Globe Shape Modeling)技術(shù)即全局形狀建模技術(shù)，它是ThinkDesign所獨(dú)有的一種柔性化的快速修改技術(shù)，它使設(shè)計(jì)師徹底擺脫了建模過(guò)程、歷史特征等種種限制，可以最大程度的發(fā)揮設(shè)計(jì)師的想象力與創(chuàng)造力，提高設(shè)計(jì)的能力及產(chǎn)出。

　　在3D造型軟件推出的最初階段，都是以參數(shù)化作為其主要特色的。這樣做有許多優(yōu)點(diǎn)，比如，可以保證模型的全相關(guān)性，當(dāng)我們對(duì)某一零件進(jìn)行更改時(shí)與其相應(yīng)的裝配模型、二維工程圖也會(huì)相應(yīng)的更改。而隨著3D造型軟件應(yīng)用的日益普及，設(shè)計(jì)師們發(fā)現(xiàn)全參數(shù)化的模型也有其局限性。當(dāng)一個(gè)模型比較復(fù)雜時(shí)，對(duì)其更改就要慎重，越復(fù)雜的模型就越難以預(yù)測(cè)其更改的后果，而有時(shí)更改的結(jié)果往往是災(zāi)難性的。在更改之前要求設(shè)計(jì)師要非常清楚尺寸之間的參照及約束關(guān)系，而對(duì)于復(fù)雜的模型這是相當(dāng)困難的，參數(shù)化成了限制設(shè)計(jì)師想象力的桎梏。

　　在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者對(duì)模型的修改是不可避免的，考慮到在工業(yè)設(shè)計(jì)中，模型的修改比創(chuàng)建更加重要，GSM技術(shù)向設(shè)計(jì)者提供了一種靈活、自由的設(shè)計(jì)手段，它向“為什么設(shè)計(jì)”前進(jìn)了一步。如上所述，參數(shù)化建模工具迫使設(shè)計(jì)者提前為模型的修改做出計(jì)劃。而GSM解除了參數(shù)化的限制，允許其在任何時(shí)候?qū)δＰ瓦M(jìn)行更改而不必考慮各個(gè)特征之間的相互關(guān)系，模型的歷史特征不再是必需的了。

　　下面看一個(gè)GSM變形的實(shí)例。在這個(gè)案例中，用戶(hù)收到加長(zhǎng)汽車(chē)的引擎蓋和保險(xiǎn)杠的要求，同時(shí)保持引擎蓋的末端(鄰近車(chē)的擋風(fēng)玻璃和兩翼)位置，切點(diǎn)，曲率固定，見(jiàn)圖1。

圖1 要修改的引擎蓋和保險(xiǎn)杠

　　這是一個(gè)純粹的自由形狀模型。這些看似有些簡(jiǎn)單然而影響深遠(yuǎn)的更改，應(yīng)用傳統(tǒng)工具是極難實(shí)現(xiàn)的，基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模系統(tǒng)，在處理這些類(lèi)型的設(shè)計(jì)修改時(shí)有困難，因?yàn)榻M成模型的特征是局部的，因此驅(qū)動(dòng)他們的參數(shù)只能導(dǎo)致局部的修改;曲面建模工具也有困難，因?yàn)楸M管單獨(dú)的曲面可以操作，但相鄰的修整曲面的連續(xù)性實(shí)際上是不可能保持的，通常會(huì)導(dǎo)致模型分離。

圖2 變形前后對(duì)比圖

　　圖2 顯示的汽車(chē)變形前后的對(duì)比，上邊的是原汽車(chē)模型，下邊的是采用GSM技術(shù)變形后的汽車(chē)模型。GSM技術(shù)克服了傳統(tǒng)工具的弊端，汽車(chē)模型的前端發(fā)生了整體變形，而不是局部的曲面片，同時(shí)保持了引擎蓋的末端(鄰近車(chē)的擋風(fēng)玻璃和兩翼)位置的切點(diǎn)、曲率固定不變，這便是GSM技術(shù)，即全局形狀建模技術(shù)。

　　應(yīng)用同樣的“GSM彎曲”技術(shù)，也可以延伸或者縮短機(jī)械物體，同時(shí)保持他們機(jī)械特性(例如，孔和支柱可以保留)的功能性。圖3展示了一個(gè)機(jī)械物體需要延伸的案例。這是一個(gè)通過(guò)第三方工具導(dǎo)入的三維設(shè)計(jì)模型，沒(méi)有歷史樹(shù)，這種情況其他MCAD軟件是根本無(wú)法處理的。

圖3 實(shí)體變形

　　全局形狀建模代表了基于特征實(shí)體建模的下一個(gè)模式。它把基于特征實(shí)體建模的易用性，和曲面建模工具的強(qiáng)大和實(shí)用性結(jié)合起來(lái)(并且沒(méi)有它們的缺點(diǎn))。基于特征的系統(tǒng)會(huì)“被困住”，并且要求深思熟慮的考慮實(shí)體模型的結(jié)構(gòu)，以便在設(shè)計(jì)過(guò)程后期做復(fù)雜的修改，這使曲面建模工具使用起來(lái)太復(fù)雜，且為達(dá)到良好效果必須要經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)培訓(xùn)。而全局形狀建模則是一個(gè)突破性的解決方案，它提供了這兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：創(chuàng)建最復(fù)雜模型的能力，且結(jié)合無(wú)與倫比的簡(jiǎn)約和易用性。

　　基于GSM技術(shù)的TDD理念

　　TDD理念即“目標(biāo)驅(qū)導(dǎo)設(shè)計(jì)”理念，它是Extech公司基于GSM技術(shù)提出的一種全新的CAD-CAID理念。它把最終的產(chǎn)品結(jié)果作為關(guān)注的焦點(diǎn)，以定義好的目標(biāo)曲線(xiàn)作為產(chǎn)品變形的驅(qū)導(dǎo)力，逆向完成產(chǎn)品的修改，完全顛覆了“嘗試-比較-再?lài)L試-再比較……”的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。

　　圖4表示的是一個(gè)TDD理念應(yīng)用的實(shí)例。圖4(a)顯示的是一個(gè)曲率不連續(xù)的空間曲線(xiàn)，現(xiàn)在想將其更改為曲率連續(xù)的一條曲線(xiàn)。按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，首先需要對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行修改，然后觀(guān)測(cè)它的曲率，看其曲率是否連續(xù)，如果曲率連續(xù)了，那么該設(shè)計(jì)任務(wù)也就完成了，如果曲率不連續(xù)，則需要重新調(diào)整曲線(xiàn)，然后再次觀(guān)測(cè)它的曲率，再看其曲率是否連續(xù)，一直這樣循環(huán)下去，直到得到曲線(xiàn)曲率合適為止。

　　如果采用TDD理念，整個(gè)過(guò)程將變得十分簡(jiǎn)單。首先我們根據(jù)現(xiàn)有曲率線(xiàn)(間斷的)構(gòu)建一條連續(xù)的曲線(xiàn)(圖4(b)中的紅色曲線(xiàn))，然后我們直接以這個(gè)紅色的曲線(xiàn)作為目標(biāo)，采用“目標(biāo)曲率”命令驅(qū)導(dǎo)曲線(xiàn)的生成，整個(gè)過(guò)程只需2步。圖4(a)至圖4(c)顯示的就是TDD的整個(gè)驅(qū)導(dǎo)變形的過(guò)程。圖4(a)顯示的是原有曲線(xiàn)及其曲率線(xiàn)。圖4(b)顯示的是原有曲線(xiàn)及新繪制的的率線(xiàn)，這條線(xiàn)實(shí)際上就是我們想要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)，也就是我們檢查原曲線(xiàn)連續(xù)性考核標(biāo)準(zhǔn)，然后我們?cè)僖栽摌?biāo)準(zhǔn)驅(qū)導(dǎo)原曲線(xiàn)的變形。圖4(c)顯示的是最后的變形結(jié)果，原曲線(xiàn)已變得曲率連續(xù)了，而且其曲率線(xiàn)恰好與圖4(b)中的紅色曲線(xiàn)相重合。

圖4 曲線(xiàn)的調(diào)整

　　圖5顯示的是目標(biāo)驅(qū)導(dǎo)設(shè)計(jì)的另一個(gè)例子。圖5(a)顯示的是一個(gè)帶有斑馬線(xiàn)的汽車(chē)引擎罩，其左側(cè)第2條黑色斑馬線(xiàn)(被紅色圓圈圈起的)中間有些凹陷，現(xiàn)在想改變引擎罩的曲面曲率使這條斑馬線(xiàn)拱起，這樣視覺(jué)效果會(huì)好一些。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程為：調(diào)整曲面，然后打上斑馬線(xiàn)，觀(guān)察其視覺(jué)效果是否合適，如何合適了，設(shè)計(jì)過(guò)程也就結(jié)束了，如果不合適，則再次調(diào)整曲面，再打斑馬線(xiàn)，再判斷視覺(jué)效果是否合適，一直這樣重復(fù)下去，直到調(diào)整后曲面的斑馬線(xiàn)合適為止。

　　采用TDD理念該過(guò)程只需3步：(1)提取現(xiàn)有斑馬線(xiàn)輪廓線(xiàn)，圖5(b)中的綠色曲線(xiàn);(2)繪制一條想要斑馬線(xiàn)變形后達(dá)到的輪廓線(xiàn)，圖5(b)中的紅色曲線(xiàn);(3)采用“高級(jí)GSM”命令，以紅色曲線(xiàn)作為目標(biāo)驅(qū)導(dǎo)曲面的變形。圖5(c)顯示的最后的變形結(jié)果，可見(jiàn)引擎罩上左側(cè)的第2條斑馬線(xiàn)(被紅色圓圈圈起的)已經(jīng)拱起，達(dá)到了一個(gè)比較好的視覺(jué)效果。

圖5 曲面的調(diào)整

　　以上是TDD理念的兩個(gè)典型的例子，這兩個(gè)實(shí)例都有一個(gè)共同點(diǎn)：考核設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)不是可以直接觀(guān)測(cè)的，如曲線(xiàn)的曲率、曲面的斑馬線(xiàn)等，這樣就不能直接看到更改的效果，設(shè)計(jì)師不得不進(jìn)行“嘗試-比較-再?lài)L試-再比較……”的過(guò)程，TDD理念則完全顛覆了這個(gè)設(shè)計(jì)流程，它以設(shè)計(jì)的目標(biāo)直接作為驅(qū)導(dǎo)的動(dòng)力，而從避免的繁瑣的嘗試過(guò)程，產(chǎn)品的修改簡(jiǎn)潔而靈活，更為重要的是，它使設(shè)計(jì)師把主要精力集中在產(chǎn)品的最終形狀上，真正把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)。

　　結(jié)論

　　GSM技術(shù)代表了基于特征實(shí)體建模的下一個(gè)模式，它為設(shè)計(jì)師提供了一種柔性化的設(shè)修改手段，使設(shè)計(jì)師徹底擺脫了參數(shù)以及歷史特征的限制。而基于GSM技術(shù)的目標(biāo)驅(qū)導(dǎo)設(shè)計(jì)理念，則代表了一種全新的設(shè)計(jì)理念，它完全顛覆了“嘗試-比較-再?lài)L試-再比較……”的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，可以使設(shè)計(jì)師把主要精力放在產(chǎn)品的形狀上?！澳繕?biāo)驅(qū)導(dǎo)設(shè)計(jì)”的提出必將掀起一場(chǎng)設(shè)計(jì)理念的深刻變革。