Ошибка интерфейса ядра parasolid r

В этой статье я предлагаю краткий обзор библиотек геометрического моделирования с точки зрения разработчика специализированной CAD системы и делюсь опытом интеграции ядра C3D.

Если рынок «больших» программ проектирования давно поделен между несколькими крупными игроками вроде AutoCAD, SolidWorks, NX, Creo Elements и CATIA и т.п., то рынок специализированных программ проектирования всего и вся – окон и лестниц, корпусной и мягкой мебели, трубопроводов и корпусов весьма широк и динамичен. Причин для этого, на мой взгляд, две: во-первых, это высокая стоимость покупки крупной САПР и сотрудника, умеющего в ней эффективно работать. А, во-вторых, отсутствие адаптации для проектирования конкретных изделий в крупной САПР приводит к тому, что скорость проектирования специализированных изделий в них низкая.

Специализированные САПР являются ответом на указанные проблемы и перед программистом стоят два пути их создания. Первый – доработка крупной САПР с использованием предоставляемых API, плагинов и всевозможных скриптов. Этот подход не всегда оправдан, т.к. в результате стоимость САПР возрастает для пользователя (нужно платить как за большую САПР, так и за адаптацию), а требуемая квалификация инженера (а, следовательно, и затраты на его обучение и содержание) для работы с таким комбайном достаточно высоки. Второй путь – создание системы «с нуля». Этот путь, несомненно, значительно сложнее, т.к. огромный функционал нужно разработать с самого начала. Но несмотря на это он может оказаться значительно дешевле и удобнее в использовании для конечного пользователя, который и определяет успех продукта.

Создание нишевой САПР, несомненно, очень затратная разработка, в которой огромную сложность несут алгоритмы геометрического моделирования трехмерных моделей. О библиотеках которые помогут вам в решении этой задачи и пойдет речь дальше. Но прежде чем начать обзор, я хочу определить функционал, который мы хотели получить от геометрического ядра. Поскольку наша CAD предназначена для проектирования мебели, то требования сформировались следующие: возможность моделирования плоских пластин произвольной формы с вырезами, профилей с постоянным сечением, тел вращения и, так называемых гнутых панелей и операции конструктивной геометрии над этими телами, построение на основе созданных тел проекций и сечений.

С прикладной точки зрения в CAD все решения геометрического моделирования можно разделить на три группы – использующие полигональное, воксельное и граничное представление. Полигональное моделирование объектов — это генерация объектов в виде набора полигонов, как правило, треугольников, которые в дальнейшем визуализируются с помощью графических API вроде OpenGL или DirectX. Этот способ наиболее прост в реализации. Создание полигональных тел и конструктивные операции с ними можно написать самостоятельно или воспользоваться открытыми библиотеками, например, CGAL. Мы использовали такую самописную реализацию много лет и она вполне себя оправдывала: дешево и сердито. Таким образом, мы довольно долго моделировали достаточно сложные мебельные изделия, например гнутые фасады, без особых хлопот. Однако полигональное представление имеет существенные недостатки, которые в итоге и вынудили искать альтернативные решения. Недостатки эти следующие: в полигональных моделях нет информации об ограничивающих тела кривых (дуг, окружностей, сплайнов) на поверхностях, а это существенно осложняет работу конструктора, затрудняя точные построения от неплоских поверхностей (например цилиндрических, конусных, сферических, парабалоидных), снижается качество геометрии при конструктивных CSG операциях, делает невозможным создание корректных чертежей спроектированных объектов, расчет точных площадей поверхностей, объемов тел и т.п. Воксельное моделирование также достаточно специфично и не предназначено для решения типичных задач конструирования.

Альтернативным решением является моделирование объектов с помощью граничного представления BREP. BREP это представление трехмерных тел, которое описывает границу этих тел в виде набора связанных граней, а каждая грань является контуром на поверхности (например плоской, цилиндрической, сферической, конической или NURBS). Этот способ свободен от недостатков полигональных моделей (хотя использует полигональные модели как промежуточный этап для визуализации или расчетов) и именно он используется в абсолютном большинстве CAD систем. Однако математический аппарат для такого моделирования несоизмеримо сложнее, и выбор библиотек достаточно ограничен. Большинство из них написаны на С++ и некоторые имеют врапперы для использования в других языках.

Лидеры в этой области – ядра Parasolid и ACIS. Они используются в подавляющем большинстве CAD. Наряду с ними известны CGM и Granite, компоненты крупных САПР Catia и Creo Elements, которые сравнительно недавно стали доступны для лицензирования. Все они обладают мощнейшей функциональностью, хорошо оттестированы и оптимизированы. Единственный их недостаток для нашего брата – цена. Очень внушительные ежегодные выплаты вкупе с большими процентными отчислениями от каждой продажи делают создание небольших CAD на их основе дорогостоящим мероприятием.

Solids++ и SMLib – две не очень известные коммерческие библиотеки и мне не удалось найти информацию о CAD системах, построенных на их основе. Согласно описаниям на их сайтах обе они реализуют типичные для геометрических ядер операции. Насколько стабильно и надежно они работают – вопрос открытый. SMLib обладает весьма весомым преимуществом – в отличие от всех остальных коммерческих библиотек, она продается вместе с исходными текстами.

Единственная на тот момент доступная отечественная разработка – ядро C3D, разработанное в АСКОН для Компаса. В момент выбора оно только выходило на рынок и заинтересовало сбалансированным для нас соотношением цены и функционала. В момент выбора ядра на горизонте также появился RGK – амбициозный отечественный проект, статьи о котором уже появлялись на хабре http://habrahabr.ru/post/180455/ и http://habrahabr.ru/post/180707/, однако спустя несколько лет никаких данных о нем невозможно получить даже на официальном сайте. А официальная почта не отвечает на письма.

Последнее рассматриваемое ядро – OpenCASCADE – единственное бесплатное решение. На его основе создан известный пакет FreeCAD. Ядро, несомненно, обладает развитым функционалом и, на мой взгляд, достаточно удобным API, но, к сожалению, и достаточно большим количеством недоработок, которые при тестировании выразились в виде неправильной геометрии при операциях вычитания тел с совпадающими гранями и ошибках генерации проекций и силуэтов деталей. Однако не стоит забывать, что это открытый проект, в котором при возможности вы можете поправить ошибки самостоятельно. Это ядро можно использовать в коммерческих продуктах совершенно бесплатно, но не стоит забывать, что, дополнительные модули (http://www.opencascade.org/support/products) и техническая поддержка будут платные.

Полноценно сравнить вышеприведенные пакеты, конечно, невозможно без кропотливой работы с каждой из них, однако примерное представление об их функционале можно получить по CAD системам, сделанных на их основе. Исходя из наших финансовых возможностей, у нас выбор был между либо бесплатным OpenCASCADe, либо отечественным C3D. Выбор был сделан в пользу C3D по причине большей стабильности, которая была крайне важна, т.к. требовалось корректно импортировать огромное количество моделей созданных на своем движке. И по первому взгляду на OpenCASCADE сложно предсказать, сколько времени придется повозиться над исправлением его багов. Немаловажным было и наличие импорта/экспорта DXF и стабильных алгоритмов генераций проекций и силуэтов в ядре C3D. Однако, если бы наши задачи были менее специфичны, то, возможно, OpenCASCADE оказался бы более выгодным решением.

В результате мы решились на внедрение ядра от АСКОН, которое заняло у нас немалое время и я хочу поделиться с читателями этим опытом. Ядро C3D представляет набор C++ классов описывающих BREP модели, вспомогательные классы и набор алгоритмов оформленных в виде глобальных функций. На первом этапе внедрения надо было решить, как вообще подключить С++ ядро к программе, которая, по историческим причинам, написана на Delphi. Написание С-интерфейса для всех необходимых функций казалось утомительным и негибким подходом. Выход нашелся довольно быстро – написать промежуточную «интерфейсную» DLL на С++ с использованием чисто абстрактных классов, которые можно напрямую использовать в Delphi, т.к. они содержат внутри себя указатель на VMT, формат которой, к нашему счастью, у компиляторов от MS и Embarcadero полностью совпадает. В результате я написал DLL-прослойку, которая предоставляет необходимый функционал в ООП стиле и экспортирует одну лишь функцию из DLL – получение основного интерфейса.

Следующий этап – построение всех необходимых тел в ядре C3D по исходным данным, их триангуляция и получение триангуляции обратно для визуализации. В этой части не было никаких сложностей. На основе функций построения ExtrusionSolid, EvolutionSolid тела строятся, а с помощью функций BooleanResult они комбинируются друг с другом путем вычитания, сложения и пересечения. На выходе у них образуются тела MbSolid которые и содержат данные BREP – грани MbFace, ребра MbEdge и т.п. Все казалось замечательно, пока не начал тестировать более-менее сложные модели – строить огромное количество объектов без кеширования оказалось не очень быстрым – скорость по сравнению с самописным подходом упала раз в 10, что нас категорически не устраивало. Тут нужно отдать должное ТП у C3D – они помогли переписать функции построения наиболее распространенных тел «вручную», т.е. мы стали строить некоторые тела самостоятельно создавая каждую грань тела и описывая все ребра на них и связывая их друг с другом, получая на выходе корректное замкнутое тело.

Следующий этапом была визуализация – подхватить триангуляцию из C3D и отрисовывать её. Казалось задача проста (учитывая имеющийся рендер на OpenGL), однако обнаружилась неожиданная загвоздка: нам крайне важна визуализация объектов с текстурами, а явной поддержки текстурных координат в ядре C3D нет (видимо потому, что их нет в Компасе 3D). Пришлось выкручиваться следующим образом: ядро позволяет генерировать для треугольников так называемые параметрические координаты и для каждой грани можно подсчитать коэффициенты масштабирования, которые позволят наложить текстуру более-менее реалистично. Однако этот способ не позволяет рассчитать текстурные координаты связано для нескольких граней. Пришлось написать дополнительные «костыли» и с помощью атрибутов связывать координаты текстуры на гранях друг с другом. Кроме того, для визуализации и редактирования моделей нужно передавать различные данные, которые мне также рекомендовали сохранять с помощью атрибутов, представляющие собой массивы (имя-значение), которые можно назначать на тела, грани и рёбра.

Самой сложной частью интеграции стало моделирование тел гнутых фасадов.

Построение подобного тела оказалось очень трудоемкой задачей. Эта задача выявила три самых главных недостатка ядра для наших задач: отсутствие операций деформации, очень нестабильно работают конструктивные операции в телах, содержащих линейчатые поверхности и проблемы с точностью, которые усугублялись низкой точностью самописного ядра, модели от которого необходимо поддерживать и отсутствие возможности управления допусками в ядре C3D.

Завершающим этапом интеграции стали различные операции экспорта/импорта (STEP, DXF), анализа взаимного расположения тел и тому подобное. Отдельное слово хочу сказать об отладке в ходе которой в ядре было выявлено значительное количество ошибок, которые к счастью более-менее оперативно решались разработчиками. Тут я хочу суммировать основные проблемы с которыми мы столкнулись:
1. Недостаточно удобное и структурированное API с множеством легаси-кода, разделение всех типов на 2D/3D и неудобные и неединообразные функции в 2D, cамописные типы и структуры, повторяющие STL, но значительно менее удобные
2. Недокументированные механизмы формирования имен всем элементам построения и необходимость их передавать даже если они не используются
3. Необходимость приводить все данные к точности порядка 1e-6, отсутствие управления точностью и различные ошибки, происходящие при её несоблюдении
4. Отсутствие операций построения пути фрезерования и деформации тел

В целом ядра геометрического моделирования являются очень сложным программным обеспечением и разного рода проблемы при их интеграции являются неизбежными. В нашем случае переход с внутреннего решения на полноценное ядро сэкономило огромное количество времени и решило целый пласт накопившихся проблем и единственное о чем стоит сожалеть нам – так это о том, что не озаботились поиском готовых библиотек изначально. Можно выделить следующие плюсы от перехода на полноценное геометрическое ядро:
1. Экономия значительного объёма времени (потраченного на создание и поддержание собственного решения)
2. Улучшено качество создаваемой геометрии, правильное построение криволинейных поверхностей и границ
3. Получение качественных чертежей с удалением невидимых линий
4. Экспорт/импорт в «сапровские» 3d форматы (STEP, SAT, XT, DXF)

Надеюсь, если кто-то из читателей имеет опыт работы с аналогичными библиотеками, то также поделится опытом их внедрения.

8 минут назад, ЧПУшник сказал:

Есть ли какая либо дорожная карта перехода …

Несомненно есть. Сказано же «Плановый переход от использования ядра Parasolid на ядро геометрического моделирования RGK».  Но подробности скорее всего в публичный доступ не попадут по понятным причинам. Т.к. в этой работе заинтересованы весьма серьезные игроки, то, без сомнения, результат будет достигнут. Тем более, что ситуация обязывает. Что касается Parasolid, то можно предположить, что если в лицензировании не откажут, то система на этом ядре будет развиваться, как коммерческий продукт Топ Систем. В любом случае, те версии Parasolid, которые уже лицензированы, вряд ли будут заблокированы (скорее всего, технических возможностей сделать это нет). Ну а как все будет развиваться в дальнейшем, никто сейчас не знает.

2 часа назад, ЧПУшник сказал:

… у их софта движок Российский …

Слышал я краем уха, что «их движок» до RGK и Parasolid пока не дотягивает.  Так что

2 часа назад, ЧПУшник сказал:

… не нужно бегать и аврально менять с импортного.

вряд ли можно считать сильным аргументом.

Кстати, функционал К тоже вряд ли можно назвать преимуществом, если сравнивать его с функционалом ТФ.

33 минуты назад, ЧПУшник сказал:

На примере NX видим возможности их движка, поэтому и хотели бы использовать его в TFlex.

Геометрическое ядро не на 100% определяет возможности САПР.  СВ и ТФ, например, работают на одном ядре, а функционал отличается очень сильно.

Несомненно, над RGK придется еще много поработать, но другого выхода нет.

Что касается ядра C3D, то хорошо, что в России будет еще один такой продукт. Пожелаем удачи всем нашим «ядерщикам». 

Математическое ядро — «двигатель» САПР

Такие слова, как Parasolid или ACIS, на страницах нашего журнала встречаются
очень часто. О том, что же представляет собой математическое ядро САПР, мы попросили
рассказать ведущих специалистов компании АО АСКОН, успешно развивающей собственное
математическое ядро, используемое в системе КОМПАС-3D.

САПР и графика: Начнем с определений. Что подразумевается под понятием
«математическое ядро»?

Владимир Панченко: Математическое ядро — это
набор функций, выполнение которых обеспечивает построение трехмерных моделей.
Ядро не самоценно, оно создается для использования в прикладных программах.
Доступ к функциям ядра конечному пользователю открывает CAD-система (как правило,
через графический пользовательский интерфейс). Кроме того, ядро иногда называют
«движком» системы геометрического моделирования. Подобно тому, как двигатель
автомобиля определяет «потолок» его скорости, математическое ядро определяет
предел функциональных возможностей использующей его САПР.

Евгений Бахин: При использовании множеством
продуктов одного и того же ядра в пределе все они имеют одинаковые возможности
и ограничения, а различаются только интерфейсом. В этих условиях появление конкурирующего
ядра вносит «свежую струю», предотвращающую своеобразный «застой» на рынке.

Александр Голиков: Сегодня в мире существует
несколько десятков сравнительно известных математических ядер. Помимо тройки
признанных лидеров-«тяжеловесов» (Parasolid от EDS, ACIS от Spatial Corp и Open
CASCADE от Matra Datavision) успешно развиваются и менее известные или более
молодые геометрические ядра, например такие, как Thinkdesign kernel (think3,
Inc.), VX Overdrive (Varimetrix Corp), КОМПАС-3D kernel (АО АСКОН).

С одной стороны, мощь математического ядра, используемого САПР, определяет потенциал
системы, с другой — сам факт использования системой известного ядра отнюдь не
гарантирует ее качество. Иногда приходится сталкиваться с такой ситуацией: производитель
объявляет, что его САПР базируется, например, на ядре Parasolid (что соответствует
действительности), и на этом основании ставит ее в один ряд с широко известными
мощными системами. А на поверку оказывается, что в данном продукте не «открыты»
для пользователя многие базовые функции.

СГ: Расскажите, по каким причинам компания АСКОН приняла решение о разработке
собственного математического ядра для трехмерного моделирования?

Е.Б.: Хочется отметить, что политика лицензирования ядер ACIS и Parasolid ориентирована
на производителей и потребителей ПО в странах с развитой экономикой и не способствует
их широкому распространению в наших экономических условиях (разумеется, речь
идет о легальном использовании САПР на базе этих ядер).

При использовании покупного ядра его стоимость «закладывается» в цену продукта.
Даже за написание модулей импорта-экспорта в форматы покупных ядер нужно платить
немалые деньги.

Ядро собственной разработки более гибко и управляемо, изменения вносятся в него
настолько оперативно, насколько это требуется самому разработчику САПР. При
использовании собственного ядра доля его стоимости в цене готового продукта,
как правило, минимальна. Она не зависит от изменений лицензионной политики стороннего
разработчика.

Кроме того, для нас было важно сразу сделать правильный выбор, чтобы впоследствии
не переводить систему с одного ядра на другое, теряя темпы ее развития, а возможно,
и качество. Практика подтверждает, что мы не ошиблись, сделав ставку на ядро
собственной разработки.

А.Г.: В дополнение к предыдущему ответу — по имеющейся у нас информации, производители
САПР нередко сталкиваются с ошибками как в ACIS, так и в Parasolid. То есть
покупное ядро не означает сверхнадежности. А исправлять свои ошибки проще и
быстрее.

СГ: Как вы считаете, необходимо ли сегодня в России заниматься разработкой «национального»
геометрического ядра?

Е.Б.: Да, необходимо. Но скорее не ради реализации национальной идеи, а для
изменения распределения сил игроков в сфере САПР.

Пользователю в первую очередь важна функциональность, а не национальность ядра.
Никто не будет покупать ядро (или базирующуюся на нем САПР), если оно ненадежно,
а его функционал непригоден для использования, будь оно хоть трижды отечественным.
Хотя, безусловно, создание российскими специалистами ядра, способного конкурировать
с лидерами (ACIS и Parasolid), послужит укреплению престижа страны в области
высоких технологий.

В.П.: Я бы сформулировал вопрос так: фирма, выпускающая САПР, должна использовать
математическое ядро собственной разработки или покупное (лицензированное)?

А.Г.: Система должна прежде всего надежно выполнять декларированные функции.
Если она это делает, то пользователю по большому счету все равно, какое ядро
внутри, главное — решить свою задачу. Таким образом, использование собственного
ядра или покупного — это вопрос закладываемого в систему функционала и цены
продукта. Ну и, конечно, вопрос своих ресурсов, ведь разработка ядра — чрезвычайно
наукоемкая и дорогостоящая вещь. Но если фирма-разработчик нашла средства на
его создание — она более свободна в своей стратегии, менее зависит от макроэкономических
процессов. Компания ComputerVision была лидером, сейчас ее вообще не существует;
где гарантия, что разработчик ядра не станет банкротом или его не купит игрок,
не желающий продавать ядро конкурентам?

СГ: Следует ли отечественным разработчикам объединить совместные усилия в этом
направлении либо каждому лучше работать самостоятельно?

Е.Б.: Да, усилия объединить стоило бы. И в России есть коллективы, способные
на такую работу и выполняющие ее. Собственные разработки в области моделирования
используются в таких отечественных продуктах, как КОМПАС, ГеММа, К3, «Кредо»,
b-CAD.

Однако в ходе интеграции отдельных разработок весьма вероятно возникновение
трудностей организационного характера: при таком объединении неизбежно подчинение
одного из разработчиков другому (в той или иной степени). Понятно, что все хотят
руководить, но никто не хочет подчиняться, поэтому весьма трудно будет объединиться,
не нарушив ничьих интересов.

А.Г.: Любой совместный проект такого уровня возможен, но при наличии источника
финансирования. Поскольку внешнего финансирования не предполагается, то проект
должен оплатить кто-то один. А в коллективный проект сложно поверить, он сейчас
нереален.

СГ: Какие отечественные или зарубежные разработки вы считаете наиболее перспективными
для дальнейшего развития? Что из них лучше взять за основу?

В.П.: На мой взгляд, самые перспективные ядра — те, которые либо сейчас имеют
максимум пользователей («состоявшиеся звезды»), либо отличаются хорошей динамикой
развития («восходящие звезды»). В данный момент ядром — лидером первой группы
является Parasolid.

Parasolid изначально создавался как ядро САПР, это ядро «обкатывалось» и «шлифовалось»
на огромном количестве рабочих мест на конкретных задачах. Ядро ACIS создавалось
как некая общая математическая модель — оно слишком универсальное, решает множество
общих задач.

А.Г.: Я не вижу большой разницы между ACIS и Parasolid. Если эти продукты конкурируют,
— это означает, что отставание одного из них — дело времени. Через год-два ситуация
может измениться на противоположную.

Е.Б.: В этой сфере довольно сложно найти цифры и факты, объективно отражающие
«прогрессивность». Как известно, сравнивая два продукта приблизительно одного
класса, всегда можно сформировать такой набор критериев и цифр, по которым заведомо
«победит» один из них. Даже добросовестная и беспристрастная сравнительная оценка
ядер в любом случае будет субъективна.

Для компании АСКОН, разумеется, наиболее перспективно собственное ядро КОМПАС,
оно же является основой наших дальнейших разработок.

СГ: Сколько, по вашему мнению, потребуется финансовых, временных и человеческих
ресурсов? Найдется ли в России коллектив, способный справиться с задачей такого
уровня?

В.П.: Вообще говоря, ограничения по всем этим видам ресурсов назвать практически
невозможно — чем их больше, тем лучше. Если говорить об определенном уровне
функциональности и надежности, необходимом для выполнения большинства задач
машиностроительного проектирования, то для разработки ядра «с нуля» до этого
уровня потребуются приблизительно 20 человек и около 5 лет работы.

А.Г.: Коллектив АСКОН уже успешно решил значительную часть этой задачи. Разработанное
нами ядро используется в коммерческом и, самое главное, динамично развивающемся
продукте КОМПАС-3D.

СГ: Потребуется ли государственная поддержка и финансирование проекта?

А.Г. Давайте не строить иллюзий. У нашего государства, к сожалению, нет денег
на подобные внутренние инвестиции.

СГ: Удастся ли, по вашему мнению, в разумные сроки создать конкурентоспособное
ядро, сопоставимое по функциональности с Parasolid?

В.П.: Если принципиально поставить цель реализовать тот же набор функций, что
и Parasolid, то ее можно достичь в короткие сроки. Однако гораздо большую проблему
составляет не собственно количество функций, а надежность их работы, «отшлифованность»
ядра. А этого невозможно добиться только усилиями тестеров компании-производителя.
Доказательством конкурентоспособного функционала и высокой надежности ядра может
быть исключительно его успешное практическое применение в САПР на реальных рабочих
местах. Иными словами, недостаточно написать ядро с тем же набором функций,
как у Parasolid, и преподнести его мировому сообществу. Пока оно себя не зарекомендует
положительно (хотя бы в САПР, изготовленных самим разработчиком этого ядра,
как это было с Parasolid), его не будут покупать и использовать сторонние компании.

А.Г.: Что касается функциональности — несомненно. Но даже если закрывать в математическом
ядре 90% функционала Parasolid и на базе этого ядра построить продукт, закрывающий
80-90% задач клиента — это тоже хорошее достижение. Ведь есть еще и такой параметр,
как цена продукта, и если она в 2 раза ниже, а задачи подавляющей части клиентов
успешно решаются, система будет занимать огромную нишу на рынке. Ведь есть задачи
различной сложности, для них были, есть и будут решения различной весовой категории.
А со временем дистанция между ними будет сокращаться.

Кстати, отличный пример сказанного — то, как руководители SolidWorks Corp позиционируют
SolidWorks относительно системы CATIA компании Dassault Systemes.

Е.Б.: Иногда случается слышать от российских экспертов в области САПР, что раз
в КОМПАС-3D нет такой-то функции, которая есть в SolidWorks или Unigraphics,
значит, эта система плохая, слабая.

Надо понимать, что при выборе лицензионного ПО (как и при покупке любого фирменного
товара) решающим фактором является соотношение «цена/качество».

Мы имеем множество примеров, когда предприятие покупает несколько рабочих мест
САПР «тяжелого» класса (Unigraphics) для выполнения наиболее сложных задач моделирования
и десятки лицензий на систему КОМПАС-3D для решения оставшихся 80-90% задач
на рабочих местах всех конструкторов. И такая связка всегда работает успешно.
А вот случаи, когда все рабочие места на предприятии оснащены исключительно
Unigraphics и в этой системе проектируются все изделия, вплоть до втулок и манжет,
нам неизвестны (разумеется, речь идет об отечественных предприятиях).

СГ: Как разумнее распорядиться ядром? Может, сделать его открытым для всех разработчиков?

А.Г.: Это ведь бизнес, посмотрите, как его ведут владельцы Parasolid или ACIS.
Все зависит от перспектив сбыта ядра после его открытия. В России игроков рынка
CAD/CAM можно пересчитать по пальцам, и в настоящее время отсутствуют перспективы
сбыта ядра, окупающие затраты на открытие.

СГ: Целесообразна ли разработка в России САПР высокого уровня для сквозного
проектирования? Будет ли она конкурентоспособна?

А.Г.: Все продукты будут постоянно развиваться, это закон рынка. И уровень отечественных
продуктов будет все время повышаться, иначе не выжить в конкурентной борьбе.
Но понятие сквозного проектирования (сейчас примеры в полном понимании этого
слова отсутствуют, можно говорить о степени близости модулей) отражает не только
функционал продуктов, но и их интеграцию. Вряд ли идея получения «всего в одном
флаконе» жизнеспособна, более перспективна компонентная модель с взаимозаменяемыми
модулями.

В.П.: В принципе, в мире нет ни одной САПР высокого уровня для сквозного проектирования,
полностью разработанной одной компанией. Даже у системы Unigraphics (которая,
вероятно, подразумевается в данном вопросе в качестве образца) модули CAE, и
не только они, лицензированы (разработаны не самой компанией EDS).

Вообще, российские и украинские разработчики имеют и существующие наработки,
и потенциал, которые при условии объединения усилий позволят создать конкурентоспособный
комплекс ПО для сквозного проектирования.

СГ: Как вы оцениваете сегодняшний уровень функциональности геометрического ядра
КОМПАС-3D? Если возможно, было бы интересно провести параллели и сравнения с
ACIS, Parasolid и CATIA.

В.П.: Наше ядро достаточно близко к этим ядрам по функционалу. В момент, когда
начиналась разработка ядра КОМПАС (это было 5 лет назад), функциональность Parasolid
была примерно такой, как функциональность нашего ядра сейчас.

По нашим оценкам, ядро КОМПАС-3D имеет более 80% функциональных возможностей
ядра Parasolid, а уровень его быстродействия — более 60% от аналогичного показателя
Parasolid. Разумеется, это субъективная оценка. Возможно, инициатива журнала
«САПР и графика» по тестированию функционала различных САПР позволит нам уточнить
ее.

А.Г.: Хочется добавить, что система КОМПАС-3D в ее нынешнем состоянии гораздо
«продвинутее» SolidWorks пятилетней давности. А ведь наш продукт очень молод
и быстро «набирает вес».

СГ: Применяете ли вы решения, которые можно считать уникальными?

В.П.: Об этом сложно судить достоверно, так как никто не знает, что находится
«внутри» ACIS и Parasolid, как реализованы их отдельные функции. В принципе,
все ядра построены на одних и тех же формулах евклидовой геометрии; даже если
в них и применяются разные алгоритмы, для пользователя системы автоматизированного
проектирования, базирующейся на конкретном ядре, это, в конечном счете, не так
уж важно.

Если говорить о частных функциях, то, например, в известных нам САПР нет функции
копирования объектов вдоль кривой, а в системе КОМПАС-3D она успешно реализована.
Сразу оговорюсь: набор уникальных функций математического ядра или конкретной
САПР не является признаком ее качества. В каждой системе можно найти отдельные,
зачастую экзотические функции, которых нет у конкурентов. Однако демонстрировать
их в качестве доказательства превосходства — неверно. Любая система должна в
первую очередь корректно отрабатывать сравнительно простые построения, на которых
базируется решение 80-90% задач проектирования.

Именно поэтому основной упор в развитии ядра КОМПАС мы делаем на повышении надежности
и быстродействия самых «ходовых» операций, разумеется, не забывая при этом и
специфические, сложные функции.

СГ: С какими основными сложностями столкнулась ваша компания при разработке
своего ядра?

Е.Б.: На первом этапе разработки это были отсутствие опыта подобной работы и
определенная ограниченность материальных ресурсов — фактически вся прибыль от
продажи редактора конструкторской документации КОМПАС-ГРАФИК инвестировалась
в разработку нового математического ядра, не обеспечивавшую, естественно, в
тот момент сиюминутной экономической отдачи.

Однако эти инвестиции впоследствии полностью оправдали себя благодаря усилиям
квалифицированных математиков и программистов компании АСКОН. У нас работают
лучшие российские специалисты в области 3D-моделирования. Кстати, в феврале
в издательстве «Физматлит» (бывшее «Наука») выходит книга ведущего математика
нашей компании Николая Голованова «Геометрическое моделирование». Надеемся,
что она окажется полезной для широкого круга математиков и программистов, работающих
в данной сфере.

СГ: Каковы дальнейшие направления развития математического ядра КОМПАС-3D?

В.П.: В очередной рабочей версии ядра уже реализован ряд функций поверхностного
моделирования, в настоящий момент идет их тестирование. Совершенствуются конверторы,
позволяющие обмениваться данными с САПР на базе ядер Parasolid и ACIS.

А.Г.: Мы не преследуем цель сделать ядро КОМПАС мощнее, чем Parasolid. Для нас
главное — сделать КОМПАС-3D продуктом, успешно решающим подавляющее число задач
заказчиков.

Е.Б.: Если ваш автомобиль обгоняет конкурента на трассе, так ли уж для вас
важно, как именно сконструирован двигатель, скрытый под капотом? Раз машина
быстра и хорошо управляется, значит, и двигатель в ней явно неплох.

Беседу провел Константин Евченко

«САПР и графика» 3’2002

1.ACIS

ACIS является продуктом компании American Spatial Technology Company и представляет собой геометрическую платформу, используемую при разработке систем САПР. Он предоставляет функции моделирования от простых объектов до сложных объектов, а также различные функции редактирования, такие как логические операции объекта, обрезка поверхности и переход поверхности, а также функции хранения данных объекта и функции ввода и вывода файла SAT.

ACIS характеризуется своей объектно-ориентированной структурой данных и программированием на C ++, что позволяет использовать любую гибкую комбинацию каркасного моделирования, моделирования поверхностей и твердотельного моделирования. При моделировании проволочного каркаса для определения объектов используются только края и вершины; моделирование поверхностей аналогично моделированию каркаса, но определяет видимую поверхность объекта; твердотельное моделирование использует размер, форму, плотность и атрибуты (вес, объем, центр тяжести) объекта для представления.

В продуктах ACIS используется технология программных компонентов, пользователи могут использовать необходимые компоненты или использовать компоненты собственной разработки для замены компонентов ACIS. Продукты ACIS включают в себя набор инструментов для геометрического моделирования ACIS 3D Toolkit и множество дополнительных пакетов программного обеспечения.Пакет программного обеспечения аналогичен одному или нескольким компонентам и предоставляет некоторые расширенные профессиональные функции, которые могут продаваться отдельно пользователям, которым требуются определенные функции. Продукты ACIS могут продавать исходные программы интерфейса и в то же время поощрять компании-разработчики программного обеспечения к разработке интегрированных производственных систем, совместимых со стандартом STEP, на основе базовой системы разработки ACIS.

ParasolidЯвляетсяЯдро геометрического моделирования,Первоначально авторShape Data LimitedРазработанSiemens PLM Software(РанееUGS Corp.) Принадлежит другим компаниямлицензияДля этого3D компьютерная графикаПрограммные продукты.

Возможности Parasolid включают в себя такие утилиты для создания и редактирования моделей, какОперация логического моделирования, Поддержка моделирования элементов, усовершенствованный дизайн поверхностей, утолщение и углубление, смешивание и нарезка, а также моделирование чертежей. Parasolid также включает инструменты для прямого редактирования модели, включая сужение, смещение, геометрическую замену и удаление деталей элементов путем автоматической регенерации окружающих данных. Parasolid также предоставляет обширную поддержку графики и рендеринга, включая скрытые линии, каркасные модели и чертежи, подразделения поверхностей и запросы данных модели.

3. Сравнение ACIS и Parasolid

4.OPENCASCADE

Open CASCADE (сокращенно OCC) — это движок геометрического моделирования с открытым исходным кодом. На основе этого механизма моделирования было разработано несколько программ CAD / CAE / CAM, например FreeCAD и HeeksCAD за рубежом и AnyCAD в Китае. Open CASCADE (сокращенно OCC) — это относительно зрелый механизм моделирования, основанный на структуре BREP в сообществе открытого исходного кода, который может удовлетворять двухмерному и трехмерному твердотельному моделированию и моделированию поверхностей. Все больше и больше отечественных исследовательских и используемых единиц OCC можно разделить на три модуля моделирования, визуализации и управления данными (OCAF). Моделирование является основным компонентом; компонент визуализации основан на OpenGL, по сравнению с другими платформами 3D-визуализации OpenGL (такими как Coin3d, OpenInventor, Ogre3d, OSG, VTK и т. Д.), Функция проста, а эффект отображения относительно плох , и аппаратное ускорение графического процессора не может быть полностью использовано; OCAF Использование древовидных методов для управления данными сложнее в использовании, менее эффективно и не подходит для пользовательских расширений. Поэтому не рекомендуется использовать компоненты визуализации и управления данными OCC.

5. Международная родословная САПР

1) IBM / Dassault Dassault изначально была французской частной авиастроительной компанией, которая с 1976 года самостоятельно разрабатывала системы трехмерного моделирования поверхностей CATIA и системы обработки с ЧПУ. В 1975 году он купил исходную программу системы CADAM у Lockheed Aircraft Company в Соединенных Штатах за 1 миллион долларов США и внимательно изучил результаты разработки CADAM. В то же время он полностью полагался на компьютерную аппаратную среду IBM. Продукт поступил на рынок в 1981 году. Lockheed был вынужден продать CADAM в 1989 году из-за отсутствия средств на разработку военной авиации. При посредничестве IBM компания Dassault приобрела CADAM за 270 миллионов долларов США. С тех пор, в июне 1997 года, Dassault приобрела самое продаваемое программное обеспечение для параметрического моделирования нового поколения Solidworks для ПК за 310 миллионов долларов США. В декабре 1998 года в результате внутренних переговоров были объединены операционные права двух других самых известных компаний САПР во Франции, а именно программного обеспечения для промышленного дизайна и обработки Euclid / Styler и Machinist консорциума Matra, а также программного обеспечения для промышленного дизайна NURBS Strim 100. и Cisigraph программного обеспечения для проектирования пресс-форм для литья под давлением Strim / Flow. В июле 2000 года была приобретена геометрическая платформа ACIS за 21,5 миллиона долларов США наличными. В феврале 1998 года Dassault и IBM создали совместное предприятие ENOVIA, которое занимается разработкой интеграции корпоративных информационных систем и системы управления данными о продуктах второго поколения. Кроме того, Dassault также переписал исходную систему CATIA, работающую на мэйнфреймах и рабочих станциях IBM, в версию для микрокомпьютера и запустил программное обеспечение DELMIA, предназначенное для компоновки производственных линий в производственном цехе. Благодаря холдингам IBM годовой оборот IBM / Dassault всегда был первым на рынке САПР. Boeing — крупнейший пользователь CATIA.

2) Продукты UGS включают интегрированную систему UG (Unigraphics) CAD / CAE / CAM, разработанную в 1976 году, геометрическую платформу Parasolid, микрокомпьютерную версию системы параметризованных функций SolidEdge, переданную из Intergraph, систему управления данными продукта iMAN и систему Familiar в моей стране. ProductVision, FactoryCAD, FactoryFlow, Sense8, VisConcept, VisConference, VisMockup и т. Д. К
  
3) SDRC была создана в 1967 году, занималась динамическим анализом конструкций и позже добавляла функции геометрического моделирования. В 1987 году была сформирована интегрированная система I-DEAS CAD / CAE / CAM. Другой очень известный продукт — это система управления данными о продуктах в режиме онлайн Metaphase. К

   4) Компания PTC была основана в 1985 году, и продажи системы моделирования функций Pro / E превосходны. В ноябре 1997 года CV была приобретена за 262 миллиона долларов США, и был объединен широкий пользовательский рынок системы управления данными о продукции CV Optegra и CAD / CAM системы CADDS5. Новое поколение системы управления корпоративной информацией Windchill, недавно разработанное PTC, включает управление цепочкой поставок SCM, управление ресурсами предприятия ERP, управление взаимоотношениями с клиентами CRM, совместную торговлю продуктами CPC и т. Д. Это связанные компании, участвующие в динамическом сотрудничестве в глобальном масштабе. , охватывающая все продукты Жизненный цикл, полное решение для онлайн-управления информацией о продуктах и ​​процессами. PTC также объединилась с британской компанией Division, занимающейся созданием виртуальных сцен в САПР. К

   5) Intergraph, основанная в 1969 году, занимается разработкой геоинформационной системы ГИС и программного обеспечения для инженерных сооружений AEC. Это самая известная компания-разработчик программного обеспечения для AEC. Позже он занялся механическим САПР и принял платформу 3D-геометрии Microstation компании Bentley.

6) Компания Autodesk была основана в 1982 году и хорошо известна в Китае. Продукт имеет два трехмерных дизайна Autodesk, MDT, Inventor, географическую информационную систему Map / World / Guide, компьютерную анимацию 3D Studio, Workcenter для управления данными о продукте и т. Д. И всесторонне расширяет сетевые функции. К
  
7) Компания Bentley была основана в 1984 году. Ее основными продуктами являются: Modeler для механической области; Triforma для области строительства; GeoGraphics для области географической инженерии; и для гражданского строительства (дороги и мосты ) инженерная область CivilPak; PlantSchematic для области проектирования заводов, а также геометрическая платформа Microstation и сетевая инструментальная платформа Microstation / J, общие для пяти профессиональных продуктов. Изначально Bentley тесно сотрудничал с Intergraph и поручил последней продавать программное обеспечение. После 1995 года он начал самостоятельно выходить на рынок. Его доля пользователей в области инженерного строительства выше, чем у продуктов Autodesk.

6. Резюме

Несколько отечественных университетов (например, Университет Чунцина, Университет науки и технологий Хуачжун, Университет Цинхуа и др.) Используют ACIS для подачи заявок на проекты и опубликовали несколько кандидатских и докторских диссертаций. У ACIS крутая кривая обучения, а общедоступной информации мало, поэтому необходимо приобретать отдельную службу технической поддержки. Учитывая фактор стоимости, не рекомендуется использовать эту платформу на ранней стадии разработки проекта. Больше подходит для проектов с достаточным финансированием.

1) Чжунван CAD

2)ANYCAD