本文介紹了ThinkDesign的目標驅(qū)導(dǎo)設(shè)計相關(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)計軟件。它誕生于歐洲，1979年便推出了第一個2D版本，1990年推出了當時世界上最先進的一款三維造型內(nèi)核，對CAD技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。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。2008年是中國制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時期，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)，同時擁有了ThinkDesign產(chǎn)品在大中國地區(qū)的全部知識產(chǎn)權(quán)，使得這款頂級的CAD產(chǎn)品落戶中國，Extech作為國內(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，必將為中國制造業(yè)從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變做出巨大貢獻。

　　GSM技術(shù)

　　GSM(Globe Shape Modeling)技術(shù)即全局形狀建模技術(shù)，它是ThinkDesign所獨有的一種柔性化的快速修改技術(shù)，它使設(shè)計師徹底擺脫了建模過程、歷史特征等種種限制，可以最大程度的發(fā)揮設(shè)計師的想象力與創(chuàng)造力，提高設(shè)計的能力及產(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，比如，可以保證模型的全相關(guān)性，當我們對某一零件進行更改時與其相應(yīng)的裝配模型、二維工程圖也會相應(yīng)的更改。而隨著3D造型軟件應(yīng)用的日益普及，設(shè)計師們發(fā)現(xiàn)全參數(shù)化的模型也有其局限性。當一個模型比較復(fù)雜時，對其更改就要慎重，越復(fù)雜的模型就越難以預(yù)測其更改的后果，而有時更改的結(jié)果往往是災(zāi)難性的。在更改之前要求設(shè)計師要非常清楚尺寸之間的參照及約束關(guān)系，而對于復(fù)雜的模型這是相當困難的，參數(shù)化成了限制設(shè)計師想象力的桎梏。

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

　　下面看一個GSM變形的實例。在這個案例中，用戶收到加長汽車的引擎蓋和保險杠的要求，同時保持引擎蓋的末端(鄰近車的擋風(fēng)玻璃和兩翼)位置，切點，曲率固定，見圖1。

圖1 要修改的引擎蓋和保險杠

　　這是一個純粹的自由形狀模型。這些看似有些簡單然而影響深遠的更改，應(yīng)用傳統(tǒng)工具是極難實現(xiàn)的，基于特征的參數(shù)化實體建模系統(tǒng)，在處理這些類型的設(shè)計修改時有困難，因為組成模型的特征是局部的，因此驅(qū)動他們的參數(shù)只能導(dǎo)致局部的修改;曲面建模工具也有困難，因為盡管單獨的曲面可以操作，但相鄰的修整曲面的連續(xù)性實際上是不可能保持的，通常會導(dǎo)致模型分離。

圖2 變形前后對比圖

　　圖2 顯示的汽車變形前后的對比，上邊的是原汽車模型，下邊的是采用GSM技術(shù)變形后的汽車模型。GSM技術(shù)克服了傳統(tǒng)工具的弊端，汽車模型的前端發(fā)生了整體變形，而不是局部的曲面片，同時保持了引擎蓋的末端(鄰近車的擋風(fēng)玻璃和兩翼)位置的切點、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械物體，同時保持他們機械特性(例如，孔和支柱可以保留)的功能性。圖3展示了一個機械物體需要延伸的案例。這是一個通過第三方工具導(dǎo)入的三維設(shè)計模型，沒有歷史樹，這種情況其他MCAD軟件是根本無法處理的。

圖3 實體變形

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

　　基于GSM技術(shù)的TDD理念

　　TDD理念即“目標驅(qū)導(dǎo)設(shè)計”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，以定義好的目標曲線作為產(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-再嘗試-再比較……”的傳統(tǒng)設(shè)計流程。

　　圖4表示的是一個TDD理念應(yīng)用的實例。圖4(a)顯示的是一個曲率不連續(xù)的空間曲線，現(xiàn)在想將其更改為曲率連續(xù)的一條曲線。按照傳統(tǒng)的設(shè)計流程，首先需要對曲線進行修改，然后觀測它的曲率，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，然后再次觀測它的曲率，再看其曲率是否連續(xù)，一直這樣循環(huán)下去，直到得到曲線曲率合適為止。

　　如果采用TDD理念，整個過程將變得十分簡單。首先我們根據(jù)現(xiàn)有曲率線(間斷的)構(gòu)建一條連續(xù)的曲線(圖4(b)中的紅色曲線)，然后我們直接以這個紅色的曲線作為目標，采用“目標曲率”命令驅(qū)導(dǎo)曲線的生成，整個過程只需2步。圖4(a)至圖4(c)顯示的就是TDD的整個驅(qū)導(dǎo)變形的過程。圖4(a)顯示的是原有曲線及其曲率線。圖4(b)顯示的是原有曲線及新繪制的的率線，這條線實際上就是我們想要達到的設(shè)計目標，也就是我們檢查原曲線連續(xù)性考核標準，然后我們再以該標準驅(qū)導(dǎo)原曲線的變形。圖4(c)顯示的是最后的變形結(jié)果，原曲線已變得曲率連續(xù)了，而且其曲率線恰好與圖4(b)中的紅色曲線相重合。

圖4 曲線的調(diào)整

　　圖5顯示的是目標驅(qū)導(dǎo)設(shè)計的另一個例子。圖5(a)顯示的是一個帶有斑馬線的汽車引擎罩，其左側(cè)第2條黑色斑馬線(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拱起，這樣視覺效果會好一些。傳統(tǒng)的設(shè)計流程為：調(diào)整曲面，然后打上斑馬線，觀察其視覺效果是否合適，如何合適了，設(shè)計過程也就結(jié)束了，如果不合適，則再次調(diào)整曲面，再打斑馬線，再判斷視覺效果是否合適，一直這樣重復(fù)下去，直到調(diào)整后曲面的斑馬線合適為止。

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

圖5 曲面的調(diào)整

　　以上是TDD理念的兩個典型的例子，這兩個實例都有一個共同點：考核設(shè)計的技術(shù)指標不是可以直接觀測的，如曲線的曲率、曲面的斑馬線等，這樣就不能直接看到更改的效果，設(shè)計師不得不進行“嘗試-比較-再嘗試-再比較……”的過程，TDD理念則完全顛覆了這個設(shè)計流程，它以設(shè)計的目標直接作為驅(qū)導(dǎo)的動力，而從避免的繁瑣的嘗試過程，產(chǎn)品的修改簡潔而靈活，更為重要的是，它使設(shè)計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)計作為重點。

　　結(jié)論

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