早在1958年,在雪铁龙汽车厂工作的保罗·德卡斯特利亚乌就开发了一种定义曲面的数学方法。出于保护竞争优势的考虑,直到1974年雪铁龙才披露他的研究成果。
此时,许多学术和工业研究人员已经开始采用其他技术。1960年左右,皮埃尔·贝塞尔向雷诺汽车管理层提议,开发一种定义汽车表面的数学方法。到了1972年,雷诺已经建立了大量的数字模型,并使用这些数据来驱动铣床。该系统被称为UNISURF,并最终成为达索系统CATIA软件的重要组成部分。这项工作推动了贝塞尔曲线(以这位天才工程师的名字命名)和曲面的发展,并成为很多图形应用程序的基础。
另外一个分支,则来自实验室科研人员的工作。曾经在行业中非常知名的欧几里得(EUCLID)设计软件,最初由让·马克·布朗(Jean Marc Brun)和米歇尔·塞隆(Michel Theron)在法国中央研究院力学与工程计算科学实验室(LIMSI)为流体流动建模而编写。这是一种面向批处理的计算机编程语言,被用于“协和”超音速客机项目。这项建模技术最后走出实验室,并在1979年成为Datavision公司的基础。作为EUCLID早期的用户,法国Matra集团的航空航天部门是如此喜欢这个产品,以至于在第二年并购了Datavision公司,并将之更名为Matra Dat avision从1984年开始,Matra Datavision与汽车公司雷诺建立了紧密的合作关系。法国汽车再次呈现了巨大的技术反哺的作用,EU CLID的许多技术进步,包括改进的表面几何形状和数控加工功能,都是来自雷诺。随后雷诺收购了该公司约四分之一的股份。这种亲密的互动、渗透关系,使得法国工业软件就像是一团可以流动的液体,四处滚动,到处吸收能量。
在20世纪90年代,EUCLID一度是市场上最先进的CAD系统之一。1996年,其全球收入达到1.6亿美元,成为市场的佼佼者。
EUCLID3合并了法国雷诺汽车公司的权威的曲面设计与制造软件UNISURF与SURFAPT,成为以实体造型为基础的、以面向目标的数据库(OODB)为核心的基于CIMS理念的世界著名的CAD/CAE/CAM系统。
EUCLID3的主要功能涉及工业设计、大部件装配、仿真与分析、产品信息管理、建筑设计、制造、NC数控验证、测量及控制、模具工业及机电一体化等。
此时,Matra Datavision推出了一种全新的CAD/CAM系统,该系统使用CASCADE作为开发环境。它有一个非常吸引人的用户界面,广泛使用面向对象的软件技术,合并了一个符合STEP的数据模型,并包含了一套实用的应用程序。
然而,当时CAD软件行业正在发生剧烈的变化。远在美国参数技术公司启动了一种全新的实体建模技术。这就像是小行星撞击了地球,每一个角落的恐龙,都能感受到它的影响。CAD软件洗牌的时代,就此开始。
Matra Datavision随后改变了策略,并成为达索系统(当时主要被IBM代理)的集成商。短暂的合作之后,达索系统直接收购了前者的造型软件产品,并获得了CASCADE开发工具集的许可。此时的达索系统,正在集中精力应对来自“行星撞地球”的挑战,CATIA V5软件处于紧锣密鼓的开发之中。达索系统需要将这种工具集成到CATIA软件新的版本。达索系统在这次并购中未把产权问题完全处理好。这为后续的一个开源软件提供了一次从密室走出,迎风绽放的机会。
第二年,Matra Datavision在互联网上将CASCADE开源成为Open CASCADE,并提供相关服务,甚至成立了Open CASCADE公司,专门负责支持和开发这个开源平台。几经周折,这个开源平台遇到的最后一个东家是凯捷(Capgenini)咨询公司,目前在法国和俄罗斯都有分支,雇佣了大约150名工程师和开发者。Open CA SCADE一直被免费维护、改进和分发,成为三维表面和实体建模、可视化、数据交换和快速应用开发的开源平台;也为数值模拟的前处理和后处理提供了通用的平台。在世界CAD软件市场上,希腊的4MCAD和Inte1liCAD、印度的Co11abCAD、意大利的Mas terwork CAM,以及免费的FreeCAD软件,都是基于Open CASCADE的技术开发的。古老的法国CAD软件酒窖散发出的酒香,仍在CAD软件市场的上空飘散。
注释:“法国Matra-DataVision公司的Euclid集成系统是一个集机械设计与工厂设计于一身企业级并行工程解决方案,其曲面功能在“ASD高级曲面设计”之中。曲面由NURBS和Bezier数学形式表达,通过强大的蒙皮、扭曲、放样、裁剪、布尔运算,能够形成复杂的外形。其实体造型功能可直接用于曲面,表现出突出的拓朴运算能力。例如,多曲面间的交、并、差运算;在多曲面间的空隙处填充成保持一致切矢、曲率的新曲面;构造相切于已知曲面的曲面等。Euclid动态自由造型功能,实现了以曲面曲率进行动态曲面追踪、编辑、控制的设计修改过程,很好地体现了交互技术的应用。Matra公司的另一专业应用系统Strim专门针对复杂曲面CAD、CAE、CAM,其曲面设计和模具制造能力优于Euclid系统。这主要表现在曲面模型质量检查器、曲面重建、逆向工程与工业造型设计等专业模块上。尤其是其数字化点加工能力,即可以根据坐标测量机测得的数据点直接进行加工程序的编制,而不必构造曲面模型。“
OCCT(Open CASCADE Technology,缩写为 OCC 或 OCCT)是全球唯一一个具有工程价值完全开源的几何建模引擎,由法国 Capgemini 集团子公司 OPEN CASCADE 创建,是为特定领域快速开发程序而设计的面向对象的 C++ 库。通过开源方式被成千上万应用软件所使用。
2022 年俄乌冲突爆发,西方联手对俄实施了万项制裁,法管母社区停止与俄管子社区合作,造成研发人员濒临失业,社区工作瘫痪,技术更新与代码维护停止。
据介绍,华为公司当年抓住这个天赐良机,主动与俄管子社区对接沟通,将绝大多数研发人员打包收编到华为俄研所。
华云三维CEO梅敬成博士归国前曾参与Euclid、CATIA、OpenCasCade等产品和内核的研发。
梅博士当年工作过的法国马特拉资讯,当年拥有两个产品:实体造型 Euclid, 曲面造型 UNISURF,客户有雷诺汽车等大型客户。但是 Euclid 是基于多面体的实体造型,UNISURF 是基于精确几何的曲面造型,两者无法融合,没法与市场上出现的新产品Pro/E进行竞争,因此迫切需要开发新一代CAD产品。
新的CAD产品需要构建在一个新的基于 BRep的几何建模引擎之上,因此就开发了新内核 CasCade。这个内核的几何部分完全基于国际标准STEP定义,梅博士当年也参与了这个内核的研发,比如里面的“曲面缝合”功能就是我开发的。后面我作为负责人,主导了基于这个内核的新一代CAD产品Euclid Designer的开发,当年中国航天非常重视Euclid Designer的研发,并给予厚望。
后面欧洲宇航防务集团(EADS,也是空客母公司)的成立,导致达索系统与马特拉资讯的重组,这样新一代CAD产品Euclid Designer就下马了,内核CasCade就变成了现在大家熟知的 Open CasCade, 世界上唯一的一个开源几何造型内核。
在这个大的技术变革中,做得非常成功的有两家公司。第一家就是达索系统。旗下的CATIA产品,成功地从CATIA V4 进化为 CATIA V5。CATIA V5 从 FORTRAN语言变成 C++语言,基于自己的建模引擎,整合了合并的 CISIGRAPH 、马特拉资讯 的几何造型算法。利用了俄罗斯LEDAS外包,研发了自己的几何约束求解器。并从IBM计算机系统转向当年流行的基于UNIX的工作站、以及后面的Windows系统。牢牢占据了航空、航天、汽车等高端制造市场。
(1)达索(Dassault Systemes)收购马特拉资讯(Matra Datavision)并不是为了实体技术,实体建模是基于多面体的,完全被精确实体造型超越,山大华天总工梅敬成博士当时作为技术经理负责做OCC和Euclid Designer就是为了解决这个问题。因此达索收购MDTV,Euclid完全消失了,但是积累的UNISURF、STRIM100的曲面算法、CAM等等保留了下来。
整体来说,收购不是为了技术,主要是消灭一个竞争对手,拿到对手的客户。只不过马特拉几年前收购了梅博士工作过的第一家公司Cisigraph,两家的曲面造型都很强。现在达索还保留了原Cisigraph在法国南部的研发中心,叫达索普罗旺斯,主要做曲面设计、CAM、3D打印等。
(2)UNISURF是一个开创性的曲面CAD / CAM系统,旨在协助车身设计和加工。它由法国工程师Pierre Bézier于 1968 年为雷诺开发,并于 1975 年在公司全面投入使用。到 1999 年,大约 1,500 名雷诺员工使用 UNISURF 进行汽车设计和制造。开源建模引擎OpenCASCADE(OCC)