工业界急切要求三维CAD实用化
Parasolid和Medusa等都属于体素拼合系统,将立方体、圆柱体、圆锥体等用类似于搭积木的方法组装成机械零件,这种操作方式并不符合设计师勾画产品草图时的构思习惯,而且无法表示自由曲面形体。当时CAD软件提供的三维设计工具是线框造型,让设计师在二维的构造平面上画图,由计算机自动将构造平面上的二维图变换成产品模型空间中的三维图,然后手工将线框蒙面,产生完整的三维表面模型。与此同时,早在1978年MIT David Gossard教授就提出了用功能形素设计产品的思想,例如机械中的传动轴是由轴体、螺纹段轴颈、退刀槽、法兰盘、键槽等构成,利用产品的功能结构知识,可以通过特征语义进行推理,指导产品的智能化设计和CAD/CAPP/CAE/CAM集成。于是特征设计的理论研究在1985年后迅猛展示,纷纷研制了多种试验系统,莫衷一时。在这种形势下Samuel Geisberg脱颖而出,提出了参数化特征造型的发展途径,并且组建了Parametric Technology公司, 推出Pro/Engineer产品,为CAD三维设计树立了新的常规。
Samuel Geisberg的功绩
CAD是高技术,它的每一个重大进步都有代表性人物的创新思维和研究成果作支持。1963年I E Sutherland 的SKETCHPAD交互绘图系统博士论文促成了CADAM系统的开发,1962-1968年 S A Coons和P E Bézier 的曲面理论对CAD曲面造型起了奠基作用,1970-1979年I C Braid的研究工作保证了边界表示法实体造型的成功。但是Braid在算法中只考虑二次规则曲面体素,并未过问自由曲面,因为后者的求交、裁剪的数学处理更要难得多。
Samuel Geisberg出生于苏联,在列宁格勒大学任数学教授,1974年37岁时来到美国,先在CV工作,后来转到Applicon领导实体造型组。他的改革思想未被Applicon公司接受,在Adage公司的资助下于1985年组建PTC公司,并用PC/AT机研制了实验系统,进一步获得了300万美元的投资。1987年11月当Pro/E在AutoFACT上首次展示时引起观众的轰动。Pro/E发展了三维线框设计的思想,首先建立基准面,在基准面上勾画二维草图,用扫成方法将二维轮廓线引伸成三维形体。依次更换作图平面,尽量用显式操作生成形体,避免面面搜索求交、裁剪的集合运算。随时记录每个特征形素的生成操作过程,当修改某些标注尺寸值后,用尺寸驱动方法修改相应二维轮廓线,重新运行零件设计过程的全部操作命令,由此实现了参数化特征建模。Pro/E的总体目标是使曲面、实体、参数化特征设计融为一体,可以任意构造复杂零件和装配件,而且修改设计方便。它的发展过程并非一帆风顺,最大难点在于集合运算中的曲面求交、裁剪运算和参数化草图设计中的几何约束求解不能迅速达到可靠、高效,这就要求数学家深入钻研,努力突破某些技术关键。Samuel Geisberg的最大功绩在于发挥了他的数学专长,紧密结合CAD工程应用实践和软件开发技术,排除各种非议,使Pro/E得到普遍接受,为CAD技术发展树立了一个崭新的里程碑。