三维可视化技术的发展与应用

三维可视化技术的发展与应用

1早期三维可视化方式及存在问题

早期的三维可视化主要是将原始设计文件通过CAD/CAM软件来进行读取，但是企业中所使用的软件又各不相同，各CAD/CAM软件基于历史原因及不同的开发目的，内部数据记录方式和处理方式不尽相同，开发软件的语言也不完全一致，导致原始设计文件在不同的CAD/CAM软件中不能被交换与共享。

图一

为了改善此问题，国际上出现了一批具有代表性的数据交换标准格式，如的美国的IGES，ISO的STEP，德国的VDAIS、VDAFS，法国的SET等等。产品设计图档能够在不同CAD/CAM软件中进行浏览（见图一）。

针对IGES和STEP格式，德国Pro STEP做了一个关于曲面模型转换的对比测试可以很直观的反应目前两种格式所存在的问题。其中有六个CAD软件系统参加了测试，测试结果如下：

● 99.8%的曲面模型可以成功地采用STEP进行转换

● 92.6%可以成功地采用IGES进行转换

图二

此项对比测试可以更明显的看到，两种格式虽然对于三维可视化起到一定的辅助作用，但无论STEP和IGES格式中任意一个都无法准确的完成曲面模型的数据转换。

表二

2.3主流厂商主要优势分析

利用CAD供应商的轻量级格式和浏览技术的一个优势在于：它可以与原CAD 软件集成，并调出丰富的产品信息，增强图像功能。所以，对于那些别无选择需要在设计环节中与各式CAD软件协作的用户群而言，CAD供应商的格式所带来的工作效果是最佳的。另一方面，在营销或销售目的的协作方面，通过利用具备广泛接收功能的格式，公司可以提供最佳服务。

表三

目前，轻量化三维可视化解决方案种类很多，软件厂商通过不同的技术手段实现也不经相同，有基于功能强大的直接浏览器，有通过格式转换后进行三维可视化，有通过为系统安装插件来解决可视化需求等，下面就针对这些解决方案进行逐一介绍。

3三维可视化 CAD图档的轻量化格式引路

随着产品复杂程度的日益提升，产品设计的原始图档也变得较为庞大，动辄上百兆，很不利于文件的传阅。这就需要我们对原始设计CAD文档进行转换，将其变为轻量化文件格式。转换生成CAD图档的轻量化格式，其方法主要分为两种，一种是通过安装特定插件通过大型CAD软件系统进行转换，另一种则是通过厂商推出的第三方转换软件进行转换。

图三

有了这些经过处理后的轻量化格式后，我们就可以对其进行便捷的传阅，针对格式转换后文件的浏览方式同样也分为两种：第一种是通过三维可视化浏览器，第二种是通过安装系统插件来实现，下面就对这两种不同的方式进行介绍。

基于轻量化格式转换的三维可视化浏览器是指将转换后的格式文件以特定的浏览器为载体进行读取。例如下图中的U3D与JT格式，从其浏览方式可以看到类似这些格式的文件是依托特定的浏览器进行读取。下面就主要介绍下Adobe 和Siemens PLM两家公司的三维可视化方案。

图四

3.1Adobe PDF 浏览功能持续拓展

Adobe 公司推出的Acrobat 3D提供了一个主动性的应用环境以及很多通用的数据格式支持，利用它能够从多种工具中导入CAD文件，并转换成Universal 3D （U3D）格式，这样就能将各家可以通过Adobe Reader（PDF浏览器）来打开和使用这些文件，且对产品能够进行旋转、缩放或断面等式各样主流 CAD 格式的3D图像转换汇入Adobe PDF档案中，大相对复杂的处理（见图五）。

图五：使用Adobe Reader浏览三维图形

虽然U3D格式需要配合浏览器使用，但这对其并不造成影响，Acrobat 3D 以及U3D最大的优势就在于，使用者不用下载特殊浏览软件，因为Adobe Reader （PDF浏览器）的拥有十分庞大的客户群，人们可以直接通过该软件直接进行查看。随着Adobe公司三维可视化领域技术的发展，使得旗下软件Adobe Reader 的浏览功能又得到了进一步的拓展加强。

3.2 Siemens PLM JT2GO浏览器传播JT格式

由JT驱动的一组产品和过程范围较广泛，涵盖三维数字化产品数据的整个生命周期，从产品概念、产品设计、开发、制造一直到生命周期结束。经优化后的JT可以执行所有可视化任务。Siemens PLM还提供了JT2GO三维可视化器为JT提供支持（如图六），为JT格式的传播起到了很大的辅助作用。

图六：使用JT2GO浏览三维图形

当然，几乎每个厂商都会提供相应格式的浏览器，并不仅限于上述的两个厂商，这些浏览器只能读取单一的或者极少量的文件格式，具有很大的局限性。但不能否认，为轻量化格式量身打造的可视化浏览器对格式的推广起到的很大的辅助作用。

目前，普遍软件厂商推出的格式都能够使用微软的WEB浏览器进行浏览，显然其传播性又得到了极大的提升，从而撬开了三维可视化的一个新的便捷领域。

通过为系统安装特定插件后，使这些轻量级格式转换文件能够通过Web浏览器直接打开进行浏览。为了更好的进行企业间的交流，还可以把格式文件嵌入到OFFICE等办公软件中去，充分利用了WORD、EXCEL和邮件的可编辑性和传阅性。另外软件厂商为配合不同人群使用，也推出了配套三维可视化浏览器进行读取查看(如图七)。如达索系统、Autodesk等软件厂商。

图七

3.3达索系统摆脱CATIA系统来查阅三维模型

3D XML是一种通用的、轻量的、基于XML的格式。该格式可以与Web紧密集成，使其具备了广泛的传播性。3D XML 高度压缩复杂数据，提供快速的文件传输和缩短加载时间，同时保持交换文件的精确几何图形。

企业可以通过这个技术在网上建立三维的零部件库，以便企业宣传，用来和供应商交流。提高了信息交流以及协同工作的能力，人们不需要再安装庞大的CATIA系统来浏览数据文件，WORD、EXCEL、WEB都成了它便捷的浏览载体。

3.4 Autodesk 庞大软件拥有群支撑DWF文件推广

为了能够在Internet上显示AutoCAD图形，Autodesk采用了一种称为DWF （Drawing Web Format）的新文件格式。DWF文件格式支持图层、超级链接、背景颜色、距离测量、线宽、比例等图形特性。用户可以在不损失原始图形文件数据特性的前提下通过DWF文件格式共享其数据和文件。其广泛推广需依托Autodesk所拥有的庞大的客户群体。

当然，并不只是达索系统的3DXML和Autodesk的DWF格式能够基于WEB浏览器进行查看，很多软件厂商都涉足此地。厂商的竞争，产生了各式种类的3D 图形文件格式与相应的浏览器插件的混乱局面。结束这些最好办法是微软在它的WEB浏览器中预装一个或几个实时渲染插件，以至于互联网3D图形的观看者不必花费时间去下载插件。然而，微软并未选中任何一家公司作为其合作伙伴，也许在某一天微软会推出它自己的一整套解决方案，从而保持它在互联网3D图形领域中的霸权地位。

基于轻量化格式的三维可视化具有很多优点，但大多都是针对各自的轻量化格式展开解决方案，这样就造成了使用者的一些局限性。众多的软件厂商意味着摆在人们面前的格式不会是单一的，为了解决此问题，出现了一些支持海量格式读取的可视化浏览器。

4三维可视化支持多种文件格式的直接浏览器