ThinkDesign的目标驱导设计介绍

　　本文介绍了ThinkDesign的目标驱导设计相关内容。

　　关于ThinkDesign

　　ThinkDesign是Extech公司推出的一款高效的创新性三维设计软件。它诞生于欧洲，1979年便推出了第一个2D版本，1990年推出了当时世界上最先进的一款三维造型内核，对CAD技术的发展产生了深远的影响。以后在2004年、2007年相继推出了GSM与ISM技术，不断创造着CAD技术的神话。2008年是中国制造业发展的关键时期，北京艾克斯特科技有限公司与think3公司合资，成立了Extech(北京艾克斯特信息技术有限公司)，同时拥有了ThinkDesign产品在大中国地区的全部知识产权，使得这款顶级的CAD产品落户中国，Extech作为国内唯一拥有世界领先技术和全球化研发网络的本地公司，必将为中国制造业从“中国制造”向“中国创造”的转变做出巨大贡献。

　　GSM技术

　　GSM(Globe Shape Modeling)技术即全局形状建模技术，它是ThinkDesign所独有的一种柔性化的快速修改技术，它使设计师彻底摆脱了建模过程、历史特征等种种限制，可以最大程度的发挥设计师的想象力与创造力，提高设计的能力及产出。

　　在3D造型软件推出的最初阶段，都是以参数化作为其主要特色的。这样做有许多优点，比如，可以保证模型的全相关性，当我们对某一零件进行更改时与其相应的装配模型、二维工程图也会相应的更改。而随着3D造型软件应用的日益普及，设计师们发现全参数化的模型也有其局限性。当一个模型比较复杂时，对其更改就要慎重，越复杂的模型就越难以预测其更改的后果，而有时更改的结果往往是灾难性的。在更改之前要求设计师要非常清楚尺寸之间的参照及约束关系，而对于复杂的模型这是相当困难的，参数化成了限制设计师想象力的桎梏。

　　在进行产品设计时，设计者对模型的修改是不可避免的，考虑到在工业设计中，模型的修改比创建更加重要，GSM技术向设计者提供了一种灵活、自由的设计手段，它向“为什么设计”前进了一步。如上所述，参数化建模工具迫使设计者提前为模型的修改做出计划。而GSM解除了参数化的限制，允许其在任何时候对模型进行更改而不必考虑各个特征之间的相互关系，模型的历史特征不再是必需的了。

　　下面看一个GSM变形的实例。在这个案例中，用户收到加长汽车的引擎盖和保险杠的要求，同时保持引擎盖的末端(邻近车的挡风玻璃和两翼)位置，切点，曲率固定，见图1。

图1 要修改的引擎盖和保险杠

　　这是一个纯粹的自由形状模型。这些看似有些简单然而影响深远的更改，应用传统工具是极难实现的，基于特征的参数化实体建模系统，在处理这些类型的设计修改时有困难，因为组成模型的特征是局部的，因此驱动他们的参数只能导致局部的修改;曲面建模工具也有困难，因为尽管单独的曲面可以操作，但相邻的修整曲面的连续性实际上是不可能保持的，通常会导致模型分离。

图2 变形前后对比图

　　图2 显示的汽车变形前后的对比，上边的是原汽车模型，下边的是采用GSM技术变形后的汽车模型。GSM技术克服了传统工具的弊端，汽车模型的前端发生了整体变形，而不是局部的曲面片，同时保持了引擎盖的末端(邻近车的挡风玻璃和两翼)位置的切点、曲率固定不变，这便是GSM技术，即全局形状建模技术。

　　应用同样的“GSM弯曲”技术，也可以延伸或者缩短机械物体，同时保持他们机械特性(例如，孔和支柱可以保留)的功能性。图3展示了一个机械物体需要延伸的案例。这是一个通过第三方工具导入的三维设计模型，没有历史树，这种情况其他MCAD软件是根本无法处理的。

图3 实体变形

　　全局形状建模代表了基于特征实体建模的下一个模式。它把基于特征实体建模的易用性，和曲面建模工具的强大和实用性结合起来(并且没有它们的缺点)。基于特征的系统会“被困住”，并且要求深思熟虑的考虑实体模型的结构，以便在设计过程后期做复杂的修改，这使曲面建模工具使用起来太复杂，且为达到良好效果必须要经过数学培训。而全局形状建模则是一个突破性的解决方案，它提供了这两个方面的优点：创建最复杂模型的能力，且结合无与伦比的简约和易用性。

　　基于GSM技术的TDD理念

　　TDD理念即“目标驱导设计”理念，它是Extech公司基于GSM技术提出的一种全新的CAD-CAID理念。它把最终的产品结果作为关注的焦点，以定义好的目标曲线作为产品变形的驱导力，逆向完成产品的修改，完全颠覆了“尝试-比较-再尝试-再比较……”的传统设计流程。

　　图4表示的是一个TDD理念应用的实例。图4(a)显示的是一个曲率不连续的空间曲线，现在想将其更改为曲率连续的一条曲线。按照传统的设计流程，首先需要对曲线进行修改，然后观测它的曲率，看其曲率是否连续，如果曲率连续了，那么该设计任务也就完成了，如果曲率不连续，则需要重新调整曲线，然后再次观测它的曲率，再看其曲率是否连续，一直这样循环下去，直到得到曲线曲率合适为止。

　　如果采用TDD理念，整个过程将变得十分简单。首先我们根据现有曲率线(间断的)构建一条连续的曲线(图4(b)中的红色曲线)，然后我们直接以这个红色的曲线作为目标，采用“目标曲率”命令驱导曲线的生成，整个过程只需2步。图4(a)至图4(c)显示的就是TDD的整个驱导变形的过程。图4(a)显示的是原有曲线及其曲率线。图4(b)显示的是原有曲线及新绘制的的率线，这条线实际上就是我们想要达到的设计目标，也就是我们检查原曲线连续性考核标准，然后我们再以该标准驱导原曲线的变形。图4(c)显示的是最后的变形结果，原曲线已变得曲率连续了，而且其曲率线恰好与图4(b)中的红色曲线相重合。

图4 曲线的调整

　　图5显示的是目标驱导设计的另一个例子。图5(a)显示的是一个带有斑马线的汽车引擎罩，其左侧第2条黑色斑马线(被红色圆圈圈起的)中间有些凹陷，现在想改变引擎罩的曲面曲率使这条斑马线拱起，这样视觉效果会好一些。传统的设计流程为：调整曲面，然后打上斑马线，观察其视觉效果是否合适，如何合适了，设计过程也就结束了，如果不合适，则再次调整曲面，再打斑马线，再判断视觉效果是否合适，一直这样重复下去，直到调整后曲面的斑马线合适为止。

　　采用TDD理念该过程只需3步：(1)提取现有斑马线轮廓线，图5(b)中的绿色曲线;(2)绘制一条想要斑马线变形后达到的轮廓线，图5(b)中的红色曲线;(3)采用“高级GSM”命令，以红色曲线作为目标驱导曲面的变形。图5(c)显示的最后的变形结果，可见引擎罩上左侧的第2条斑马线(被红色圆圈圈起的)已经拱起，达到了一个比较好的视觉效果。

图5 曲面的调整

　　以上是TDD理念的两个典型的例子，这两个实例都有一个共同点：考核设计的技术指标不是可以直接观测的，如曲线的曲率、曲面的斑马线等，这样就不能直接看到更改的效果，设计师不得不进行“尝试-比较-再尝试-再比较……”的过程，TDD理念则完全颠覆了这个设计流程，它以设计的目标直接作为驱导的动力，而从避免的繁琐的尝试过程，产品的修改简洁而灵活，更为重要的是，它使设计师把主要精力集中在产品的最终形状上，真正把产品的设计作为重点。

　　结论

　　GSM技术代表了基于特征实体建模的下一个模式，它为设计师提供了一种柔性化的设修改手段，使设计师彻底摆脱了参数以及历史特征的限制。而基于GSM技术的目标驱导设计理念，则代表了一种全新的设计理念，它完全颠覆了“尝试-比较-再尝试-再比较……”的传统设计流程，可以使设计师把主要精力放在产品的形状上。“目标驱导设计”的提出必将掀起一场设计理念的深刻变革。