Как развивается одно из главных рыночных 3D-ядер

Существуют компании и организации, создающие продукты, которые не привлекают к себе особого внимания, но без которых был бы невозможен тот прогресс в программном обеспечении CAD, который мы видели на протяжении десятилетий. Речь идет о геометрических ядрах, и это самый сложный программный код САПР, известный на планете Земля. Компании, где создается такой код, называются Spatial (подразделение Dassault Systѐmes), Open Design Alliance, C3D Labs (дочерняя компания АСКОН) и Siemens Digital Industries Software.

Код ядра лежит в основе всех систем 3D CAD. Он гарантирует точность твердотельного моделирования и поверхностей, корректное преобразование данных между CAD-системами и выполнение всех ограничений. Конкурируя друг с другом, эти компании предлагают дополнительные бонусы, упрощающие программистам CAD разработку таких функций, как, например, автоматическое выравнивание листового металла или поиск кривых на пересечениях твердых тел и поверхностей.

Spatial выделяется в этой группе тем, что она была первой компанией, выпустившей на рынок в Англии ядро твердотельного моделирования ACIS в конце 1980-х годов. Сегодня его используют 400 фирм. Некоторые CAD вендоры создали свои собственные ядра, такие как Granite от PTC, CGM от Dassault и ShapeManager от Autodesk; код последнего основан на ACIS.

(isicad.ru: см. также обзор Д. Ушакова «На ядре» http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=14210)

Spatial в возрасте 33 лет

Спустя 33 года компания Spatial накопила значительную коллекцию программного обеспечения, основанного на трех основных продуктах: 3D ACIS Modeler, CGM Core Modeler и 3D InterOp.

Рабочий процесс Spatial: как продукты Spatial используются в рабочих процессах САПР

Ядро CGM (используемое программой 3D-моделирования CATIA) было передано Spatial материнской компанией Dassault, которая поставила задачу превратить его в набор компонентов, которые могут быть лицензированы другими разработчиками. Выделение частей кода для продажи в виде отдельных модулей — это долгосрочная работа, и Spatial занимается ею уже десять лет. Сегодня около двух третей из 400 клиентов Spatial используют ACIS, а одна треть — CGM. (Никаких других показателей компания не предоставляет.)

3D InterOp (interoperability) — это транслятор данных, который читает и пишет многие форматы файлов 3D механических CAD систем, а также DWG/DXF.

Преобразование твердотельной модели в сетки перед запуском симуляции

В дополнение к большой тройке, следующие модули могут быть лицензированы отдельно:

• 3D BIM InterOp преобразует архитектурные форматы, такие как IFC и RVT; разработан совместно с Open Design Alliance.
• 3D Precise Mesh генерирует сетки из твердотельных моделей в расширенном анализе методом конечных элементов; он основан на MeshGEMS, появившейся у Spatial недавно после приобретения французской компании Distene.
• AGM (Applications Graphics Manager, менеджер графики приложений) предлагает программистам шаблоны и рабочие процессы кодирования.
• CDS (Constraint Design Solver, решатель ограничений) накладывает ограничения на геометрию и размеры 2D-эскизов и 3D-деталей и проверяет наличие пересечений.
• CGM Defeaturing удаляет элементы, которые не нужны для симуляции или с целью сокрытия IP (интеллектуальной собственности).
• CGM Polyhedra сочетает в себе гибридное (смешанное) редактирование твердых b-rep тел и многогранных сеток.
• CGM HLR (Hidden Line Remover, удаление скрытых линий) удаляет скрытые линии при визуализации 3D-моделей.
• HOOPS Visualize генерирует изображения из данных; этот продукт лицензирован у TechSoft 3D.

Программное обеспечение Spatial, используемое при подготовке 3D-моделей для 3D-печати

Модули, имена которых имеют префикс «CGM», были вычленены из CGM Modeler (Dassault); некоторые из них также работают с ACIS. В частности, Spatial предполагает, что CGM Polyhedra будет интегрирован в ACIS к 2023 году. Хотя у CGM больше возможностей, чем у ACIS, Spatial не рекомендует переключаться с одного ядра на другое, так как последствия могут быть непредсказуемыми.

Новинки 2022 года

В прошлом месяце Spatial провел саммит 3D Insiders’ Summit 2022 для пользователей-программистов, на котором подробно изложил свою дорожную карту на предстоящий год. Это было первое очное мероприятие после вспышки COVID-19, поэтому конференц-зал в Мюнхене, к большому облегчению организаторов конференции, был почти полон — очевидно, что людям не хватало непосредственного общения друг с другом.

Большая часть дня была посвящена возможностям InterOp. Существует естественная задержка между выпуском изменений формата файлов поставщиком САПР и обновлением соответствующего функционала компанией, осуществляющей преобразование данных. Spatial старается сократить этот период до трех месяцев, что примерно в 2 раза быстрее, чем принято в отрасли.

Важным дополнением к InterOp является PMI (Product Manufacturing Information, информация о производстве продукта), подобно тому как в 3D-моделях геометрические размеры используются в сочетании с допусками. Назначение PMI состоит в том, чтобы передать станкам CAM информацию, необходимую для производства деталей, определенных в CAD: используемые материалы, типы обработки, допуски и так далее. Чтобы помочь программистам в реализации PMI, Spatial в мае начнет поставки IOPMeta — шаблона, упрощающего написание кода для импорта и обработки PMI и геометрии.

Что касается форматов BIM и CFD: теперь InterOp умеет работать с моделями шириной от 100 км (которые могут использоваться при строительных работах) до 10 микрометров (например, в дизайне часов). В следующих версиях InterOp будет поддерживать рассечения сборок в NX и Solidworks, интерпретировать кинематику из файлов STEP AP242 и считывать шаблоны отверстий Creo. Новые форматы, поддерживаемые InterOp, будут включать в себя Intergraph SmartPlant и PDMS, оба из которых требуют возможности чтения больших наборов данных.

Анализ работы на многоядерных процессорах

На конференции Spatial рассказала о проведенном в компании анализе работы на многоядерных процессорах. Больше ядер процессора ускоряют вычисления, но не линейно. Увеличение количества ядер с одного до восьми делает вычисления быстрее не в 8 раз, а в 5,5 раза из-за дополнительного времени, затрачиваемого сначала на настройку восьми потоков вычислений, а затем на сбор полученных результатов.

Использование слишком большого количества ядер может привести к появлению узких мест. Если некоторые тела имеют сложную форму (как в случае пересечений сплайнов с плоскостями), это может вызвать простой процессоров, занятых обработкой простых форм (к примеру, непересекающихся линий): они должны ждать, пока процессоры, обрабатывающие сложные тела, закончат свою работу.

Выводы, сделанные в Spatial: программистам нужно понимать, когда имеет смысл использовать многоядерную обработку, а когда одноядерную.

Spatial становится ближе к пользователям

Тема конференции звучала так: «Быть надежным партнером». Осознавая некоторую формальность этого лозунга в прошлом, Spatial решает наполнить его более конкретным содержанием. Например, компания пересмотрела значение слова «готово»: продукт считается готовым, когда он готов к использованию клиентами. IOPMeta и AGM — это новые инициативы, призванные упростить и ускорить процесс встраивания кода в CAD программы, разрабатываемые пользователями. Spatial стремится реализовать такой подход во всех API. Кроме того, в компании появилась команда специалистов, которые оказывают помощь программистам, когда те сталкиваются с проблемами, и могут подсказать наилучшее направление разработки 3D софта.

Заключение

Чтобы получить представление о том, чего ждать в дальнейшем от используемого вами программного обеспечения САПР, вам следует ознакомиться с планами на будущее таких фирм, как Spatial. Я вижу ее как компанию, стремящуюся конкурировать и с давно известными тяжеловесами (Siemens Digital Industries Software), и с недавно появившимися игроками (C3D Labs). В то время как некоторые из «новых» функций Spatial (например, извлечение срединных оболочек) просто догоняют конкурентов, такие разработки, как 3D-упаковка (3D nesting), являются уникальными.

Spatial считает, что придет время, когда для работы на фрезерных станках больше не будут нужны станочники, а для моделирования не будут нужны штатные специалисты. Я не знаю, насколько осуществимы эти цели; они напоминают мне стремление Илона Маска достичь Марса: совсем не обязательно, что SpaceX когда-нибудь долетит до этой планеты, но подобная мечта является стимулом для сотрудников приложить максимум усилий для достижения нового технологического уровня.