幾何內核
關注創建者：蝰蛇設計 創建時間：2023-04-13
幾何內核的實例教程
13.目前市面上的CAD內核;
以下為SV與NX、CATIA，ZW3D，CAXA實體設計的總體對比（不含專業模塊的對比）：
CAD內核：
雖然很重要，但市場很小，內核公司單獨存在是無法存活的。2000年Spatial被達索系統收購。歷經14年之后，著名的幾何建模內核ACIS終于歸到了大型CAD廠商手中。跟它的前一代幾何內核一樣，嫁個大戶人家，是最好的選擇。然而，在此之前，CATIA跟ACIS一點關系沒有。CATIA都是土生土長的內核。高傲自負的法國人一直在為CATIA完善自己的幾何造型引擎，從原來的曲面造型到后來的基于BRep的實體造型。甚至，CATIA也沒有購買通用約束求解器，而是自己開發。
直到后來，CATIA決定把底層部分獨立出來，單獨做成獨立的生意。達索也是花了好幾年時間，才把所謂的幾何內核獨立出來，就是CGM。
因此，購買ACIS，對CATIA而言，主要出于商業需要和數據交換。如此一來，Parasolid和Acis分別被西門子、達索控制著，已發展為巨大的深坑，并成為兩個大的陣營。AutoCAD、MDT和Inventer、Microstation均采用ACIS幾何造型器為內核。而UG、 SolidWorks、SolidEdge則采用Parasolid幾何造型器。
在這些三維 CAD的實體幾何造型內核中，老將Parasolid和ACIS是幾何建模系統的兩棵老根，由于一開始就相對獨立發展，比較著名，也成就了一代又一代的CAD廠商；加上達索的CGM，是市面上能買到的三款商業化幾何引擎。
展開 2.幾何內核：CAD系統為皇冠，幾何內核為明珠
當下，工業主流的數字化設計與制造都需要用到CAD系統這樣的工具，而CAD系統的基礎底層支撐就是CAD平臺，又稱幾何內核。
幾何內核本身市場很小，但它是所有CAD系統的基石，如果將CAD系統比較為皇冠，幾何內核就是皇冠上的明珠。
幾何內核的主要作用在于建立、儲存并處理幾何模型，對外提供接口以方便上層CAD應用的開發。
維度方面，幾何內核最早只支持簡單的二維圖素，到70年代中期開始可以表達復雜拓撲結構的三維圖素；建模方面，幾何內核從簡單的線框模型過渡到曲面模型和實體模型，再到目前廣泛使用的B-Rep模型和參數化特征模型。
幾何建模：產品信息化的源頭
幾何建模是將現實世界中的物體及屬性轉化為計算機內部可數字化表示、可分析、控制和輸出的幾何形體的方法。
在CAD中，幾何建模是產品信息化的第一步，它為產品設計分析、工程圖生成、數控編程、數字化加工與裝配中的碰撞干涉檢查、加工仿真、生產過程管理等提供有關產品的信息描述與表達方法，是實現計算機輔助設計與制造的前提條件。
幾何建模構造的模型一般有三種：線框模型、表面模型和實體模型，現有的CAD系統常采用實體模型。
線框模型定義了點和線，適合線框圖的顯示，同時所需數據量小，但缺點在于存在二義性，無法描述含有曲面的物體，且無法用于工程分析和物理計算。
表面模型定義了點、線和面，可以描述物體的表面特性，從而進行數控加工程序計算，在數控加工中刀具軌跡的計算和物體表面特性有很大關系，直接影響到刀具軌跡的生成，但缺點在于不具備零件的實體特征，不能在工程分析、物理特性計算方面使用。
實體模型定義了點、線、面、環和體，是以“體-面-環-棱邊-點”的五層結構信息表示的模型。
展開 2.幾何約束求解器DCS
Diamond Constraint Solver 2D 二維幾何約束求解器軟件
和
Diamond Constraint Solver 3D 三維幾何約束求解器軟件
● 二維約束求解器可實現二維圖形參數化設計，滿足約束需求及尺寸需求。
● 三維約束求解器可實現約束三維幾何體的需求，在三維CAD/CAM/CAE領域中支持裝配設計、運動仿真等。
國際主流三維幾何建模內核、約束求解器
3.云CAD:CrownCAD介紹：
CrownCAD：“無處不在，人人能用”
1）無處不在
- 無需安裝，瀏覽器登錄即可開始設計
- 提供Web、APP兩個版本
- 支持電腦、手機、PAD、智慧屏等多終端應用
- 適配國產操作系統
2）人人能用
- 提供永久免費的標準版，用戶可以輕松現正版的設計
- 針對個人、企業、教育提供不同的版本，滿足不同的需求
- 支持私有云、公有云、混合云部署
4.CrownCAD APP
CrownCAD APP是一款面向機械制造與工業設計師的手機應用，可配合CrownCAD瀏覽器端進行在線瀏覽、協同設計。提供了用戶登錄、注冊、三維模型的查看、精確測量、分享、協同跟隨等功能。
CrownCAD APP已在華為、小米、OPPO、360手機助手、百度手機助手、騰訊應用寶、iOS App Store等應用商店上線，歡迎廣大用戶下載使用。
● CrownCAD APP是一款面向通用制造、設計行業用戶的移動端應用程序，可配合CrownCAD Web端進行在線瀏覽、協同設計。
展開 在此內核的基礎上，開發出一個開源CAD系統FreeCAD。 目前國內也有運用OpenCasCade的社群，開發些小系統。作為開源的幾何引擎，做成商業CAD軟件開發難度不小。
造不如買，再次毀掉商業化機會
擁有高水平的內核，是發展自主CAD/CAM/CAE和的核心工作。然而，世界上幾何引擎不多了，基本處于壟斷地位。中國人手里的中望的Overdrive內核（本來是美國VX CAD的內核，2010年被中望收購）和華天的CRUX IV （華天CAD系統SV的內核）等。
然而，這件事情完全不能商業化。例如中望，也曾經考慮做一套更商業化的內核。然而市場需求并不支持。最大的幾何內核Parasolid一年的生意，也就是3000多萬美元。如果做內核， 跟Parasolid去競爭爭，是不可能活不下去的。
由于處于商業上的原因，西門子的UG，對于出售給中國內核，一直都不是太熱心。于是中國很多項目，只能二選一，一般都是在跟Spatial公司進行合作。盡管ACIS的價格很高，但國內CAD廠商都只能讓步。
中國有自主的內核是個振奮的信息。但是，單獨研發CAD幾何內核是沒有太大市場的，需要與三維CAD軟件系統整合起來做。實際上，國內的CAE和CAM可以用國內的核，共同打開市場。當然這只是一個假設。在中國誰都有生存壓力， “造不如買”。無論是幾何內核，還是約束求解器，都可以是核心共性技術，但沒有一家廠商能否負擔。最后只能是一盤沙子。
展開 最重要的是能夠在不解決幾何建模問題的情況下快速增加產品的功能，而是解決應用程序的應用問題。第二個重點是降低產品開發成本，因為數學算法是計算機輔助設計系統中最復雜、最耗時的部分。
幾何內核的主要消費者是 CAD 開發人員和 3D 封裝制造商。但不要忘記內核對教育機構也很有用！特別是，它將幫助教授學生描述幾何、計算機圖形學、幾何建模和計算幾何等課程，以培養未來的數學家-程序員和 CAD 開發人員。對于需要 3D 幾何模型的研究和開發項目，您可以直接使用內核（而不是 CAD 系統 API）。此外，幾何建模的核心既可用于編寫大學專用軟件，也可用于在大學積極創建的小型創新企業的框架內創建商業軟件。
順便說一下，關于企業。如果一個組織有復雜的、高度專業化的任務，而市場上沒有軟件（或由于某種原因無法使用），那么許可內核將允許您自己創建此類軟件。當然，企業的員工應該包括具有必要經驗和知識的程序員和分析師。
如您所見，幾何內核有很多任務，但內核本身很少。成熟的商業幾何建模內核已由世界上的各個團隊開發，在俄羅斯，ASCON 是唯一成功的公司。現在是談論我們的 C3D 的時候了。
幾何建模包的典型功能是提供一組用于創建線框、曲面、實體或位圖建模應用程序的編程接口（數據結構、函數和類）。通常相關的接口被分組為模塊，其中有：
基本類型和操作；
邊界表示拓撲建模；
幾何對象和對它們的操作；
布爾和表面編輯操作；
隱藏線去除和渲染；
用于讀取和寫入流行格式的幾何文件的模塊。
（2）什么是 C3D？
上世紀末，俄羅斯幾乎所有的CAD系統都有自己的幾何內核。然而，在功能方面，這些內核落后于它們的世界同行。此外，系統本身并未進入商業狀態。為了使國內系統與世界同類系統競爭，它們需要改進。
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），但參數掃描的并行是"任務級"而非"線程級"——每個設計點內部用多核，多個設計點之間再并行，形成兩層并行結構
I/O吞吐量：每個設計點產生的結果文件（mph、txt、csv）雖小，但千點累積可達數十GB；若涉及瞬態分析（如電池測試循環），每個點的時域數據可能達GB級，對存儲系統的持續寫入能力提出挑戰
幾何采樣開銷：當DOE包含幾何參數（如MEMS的臂長、間隙、寬度）時，每個設計點可能觸發幾何內核的重新剖分與網格重建
總結與啟示
Solid3000的發展歷程反映了國產CAD軟件在技術追趕中的曲折：早期依賴國外幾何內核，但通過功能本地化與政策扶持取得階段性突破。其興衰也揭示了國產工業軟件面臨的挑戰——需在核心技術自主性、生態建設與市場推廣上持續投入，方能與國際品牌長期抗衡。
關鍵技術領域的突破
根據我國當前市場需求，國產工業軟件的突破主要集中在三個關鍵技術領域：
● CAD幾何內核技術的自主化：涵蓋三維建模引擎、顯示引擎及產品模型輕量化顯示技術。
● CAE分析技術：包括強度分析、振動、熱分析、疲勞、剛體動力學、復合材料分析及沖擊測試等，面向不同應用場景的技術需求。
中望軟件的自主三維幾何內核Overdrive將同PHOENICS深度融合，為全球各行各業的客戶提供更好地企業級CFD解決方案，給工業可持續創新發展帶來更多驚喜。
中望軟件的自主三維幾何內核Overdrive將同PHOENICS 深度融合，為全球各行各業的客戶提供更好地企業級CFD解決方案，給工業可持續創新發展帶來更多驚喜。
劉玉峰表示：作為全球首款商業流體仿真軟件，PHOENICS有著深厚技術沉淀和行業應用基礎，接下來中望軟件將融合PHOENICS的成熟架構和中望自主三維幾何建模內核Overdrive的技術優勢，為全球汽車、航空、土木、電子、能源等領域的工業企業提供高品質的流體仿真解決方案。相信在中望強大的研發實力和商業化能力的助力下，PHOENICS將在新一輪全球工業升級的浪潮中再次綻放科技之光。
相較于構建自己的B-Rep幾何建模內核，大部分研究人員，特別是參與多學科研究的人員，更傾向于利用商業CAD建模系統，因為其包含豐富的、基于特征的參數化建模能力、與當代工業基礎設施的兼容性等特性。
許多幾何內核存在的問題之一是它們最初并不是為在HPC或分布式環境中運行而設計的。這種限制有兩個方面。首先，大多數僅支持順序執行進行構建和查詢。
在初始網格創建階段之后需要幾何內核來實現這種持久性。該內核必須是輕量級的，并為網格生成、網格自適應和高階網格高程階段提供最佳查詢功能。
Fidelity Pointwise 致力于通過為幾何內核的輕量級版本（名為 Geode）開發應用程序編程接口 (API) 來滿足對幾何內核的需求。幾何內核是線程安全的，可以在高性能計算（HPC）系統上并行使用。
除了本機 CAD 導入之外，Pointwise還利用根據 CAE 幾何分析的需求定制的幾何內核。定制的幾何內核旨在快速高效地進行解析幾何操作。此外，Pointwise 的實體網格劃分工具套件（包括建模和絎縫）可幫助用戶更輕松地處理解析幾何。建模功能不僅可以修復導入模型中的間隙和重疊，還可以創建本來沒有的模型。
Pointwise 提供了一個特征提取工具，用于從離散幾何體中恢復拓撲。
HDSPD V6.0幾何內核實現了三維幾何造型從CSG到CSG+BREP的混合實體建模、曲面從線框曲面到NURBS曲面，極大增強了三維幾何造型和曲面造型與計算能力，為設計建模和出圖提供強有力的核心。
