How to choose a CAD-to-real-time-3D pipeline

Um fluxo de trabalho CAD para 3D em tempo real transforma dados de engenharia nativos em ativos que um aplicativo 3D ao vivo pode renderizar na taxa de quadros desejada. Este é um guia de avaliação, e não uma recomendação de produto: o que observar, o que testar com seus próprios dados e o que perguntar ao fornecedor antes de fechar negócio. Ele aborda os formatos que um pipeline lê, como ele converte superfícies exatas em triângulos, se seus metadados são preservados e o que acontece quando a equipe de engenharia lança uma revisão. Isso pressupõe que você já tenha decidido que precisa de um pipeline em vez de um visualizador ou um conversor pontual.

A maioria das comparações de software de conversão CAD para na lista de formatos. Essa é a parte fácil. As decisões que determinam se o seu projeto será enviado ou não ficam para depois, e quase ninguém as anota.

O que é, na realidade, um pipeline CAD-para-3D em tempo real?

Um pipeline de aplicação CAD para 3D em tempo real é um processo repetível que ingere dados CAD nativos, converte superfícies exatas em malhas triangulares, otimiza essas malhas de acordo com um orçamento de desempenho, preserva os dados de engenharia associados a elas e entrega ativos implantáveis ​​a um dispositivo de destino. Ele é executado novamente quando a fonte muda.

Três categorias de produtos são constantemente confundidas, e essa confusão é cara.

• Um visualizador permite que alguém veja dados CAD. A renderização é feita sob demanda e não produz nada em cima do qual você possa construir algo.
• Um conversor transforma um arquivo de um formato para outro. Um arquivo entra, um arquivo sai, sem otimização, sem estrutura.
• Um pipeline transforma repetidamente arquivos CAD de origem em ativos otimizados, organizados e prontos para implantação, com configurações que você pode reutilizar e controlar.

O mercado não tem clareza sobre essa distinção. Uma busca por "software de conversão CAD" hoje em dia retorna uma ferramenta de conversão de raster para vetor 2D , dois conversores de arquivos online genéricos e uma lista que inclui AutoCAD, SOLIDWORKS e CATIA como softwares de conversão. Esses são aplicativos de autoria. Se os melhores resultados não conseguirem diferenciar a criação de conteúdo da conversão, os compradores podem avaliar a categoria errada.

Se você ainda está decidindo qual tipo de produto precisa, comece com um software de visualização 3D . Este guia começa um passo depois.

As seis etapas e o que avaliar em cada uma delas.

Todo oleoduto confiável realiza seis funções. Cada etapa possui seu próprio modo de falha.

1. Ingerir. Leia dados CAD nativos e neutros, além de dados de captura da realidade. Avalie a abrangência do formato e se a leitura é nativa ou via exportação.
2. Reparar e preparar. Geometria de cura, costura e remoção de detalhes nunca foi criada para renderização. Avalie o que a ferramenta corrige automaticamente.
3. Tesselar. Converter superfícies exatas em triângulos. Avalie os parâmetros de tolerância que você controla.
4. Otimizar e gerar LODs. Acerte um triângulo e solicite o orçamento de chamadas. Avaliar a qualidade da decimção e a automação do LOD) .
5. Transmita os dados. Preservar a hierarquia, os números de peça, os materiais e as informações de fabricação do produto (PMI). Avalie o que sobrevive e o que é descartado.
6. Automatize e governe. Executar sem interface gráfica, executar novamente em caso de alteração, controlar o acesso. Avalie a API, o modelo de gatilho e o registro de auditoria.

Ingestão: quais formatos e nativo versus neutro

Existem duas maneiras pelas quais um pipeline pode ler seu CAD, e a diferença entre elas é importante.

A leitura nativa significa que o pipeline abre arquivos CATIA V5, Siemens NX .prt, Creo, SOLIDWORKS ou Inventor diretamente, usando a definição de geometria própria do fornecedor. Leitura neutra significa que alguém exporta primeiro para STEP, IGES ou JT, e o pipeline lê esse arquivo.

Os formatos neutros são úteis e amplamente suportados. Eles também representam um problema na transição de responsabilidades. Cada salto neutro é uma oportunidade para descartar a estrutura de montagem, a nomenclatura das peças, as unidades, as propriedades personalizadas e as informações de fabricação do produto. O salto também é manual, portanto não acontece da mesma forma duas vezes e não pode ser automatizado de ponta a ponta. Se sua fonte de dados confiável for um código assembly do CATIA, ler o CATIA nativamente elimina uma etapa, uma variável e uma pessoa do processo.

A captura da realidade também tem seu lugar aqui. Os dados de escaneamento a laser e fotogrametria chegam como nuvens de pontos nos formatos E57, PTS ou PLY. Um fluxo de trabalho que lida com a conversão de nuvem de pontos em malha juntamente com o CAD permite colocar um modelo conforme projetado e uma digitalização conforme construído na mesma cena.

Tenha cuidado com a quantidade de caracteres formatados. "Suporta 200 formatos" geralmente significa 200 extensões, muitas delas com o mesmo formato em versões diferentes, algumas exigindo que o aplicativo de autoria esteja instalado e licenciado na mesma máquina. Pergunte quais formatos leem B-rep, quais leem PMI e quais leem metadados. Nessas três colunas, a contagem deixa de ser marketing.

O Unity Asset Transformer lê mais de 70 formatos e extensões. A tabela publicada lista os formatos nativos CATIA V4, V5 e V6, NX-Unigraphics .prt do UG11 ao NX2412, Creo, SOLIDWORKS, Solid Edge, Inventor, JT, STEP até AP242, IGES, Parasolid, ACIS, Revit, Navisworks, IFC e Rhino, além de entradas de malha e nuvem de pontos. A mesma tabela indica quais desses formatos incluem B-rep, PMI e metadados, que é o nível de detalhe que vale a pena solicitar a qualquer fornecedor.

O teste a ser feito: envie ao fornecedor o seu código assembly mais complexo, não um arquivo de demonstração. Escolha aquele com 40.000 peças, fontes variadas e uma convenção de nomenclatura que ninguém se lembra de ter definido. Verifique a saída para obter a estrutura de montagem, os nomes das peças e as unidades.

Os resultados são tão importantes quanto os insumos. Pergunte quais formatos o pipeline grava e mapeie-os para onde o recurso está sendo enviado. FBX é o formato de intercâmbio comum entre Unity e Unreal. glTF e GLB são os formatos usados ​​na web e em navegadores, e são os formatos que um aplicativo WebGL ou WebGPU irá consumir. USD e USDZ são amplamente utilizados em todo o ecossistema de RA móvel e DCC. Os formatos OBJ e STL contêm apenas geometria e irão descartar sua hierarquia, portanto, utilize-os como último recurso e não como formato de destino. Um pipeline que grava apenas um desses limites, permitindo a implantação posterior.

Tesselação: transformação de superfícies exatas em triângulos.

A tesselação é o processo de aproximar uma superfície CAD exata com uma malha de triângulos. O CAD descreve a geometria com precisão, como superfícies de representação de contorno e NURBS. Motores de renderização em tempo real renderizam triângulos. Toda conversão entre os dois é uma aproximação, e você controla a qualidade dela em vez de deixar a ferramenta decidir.

Dois parâmetros o regem.

A flecha máxima , também chamada de tolerância de corda ou erro de corda, é a maior distância que a malha triangular pode se desviar da superfície real, expressa em milímetros. Aperte-o e você terá mais triângulos aderindo à superfície. Ao afrouxá-lo, você obtém menos triângulos e facetas visíveis.

O ângulo máximo é o maior ângulo permitido entre as normais de dois triângulos adjacentes na mesma face. A folga por si só não disfarça a curvatura acentuada, porque um pequeno filete pode ficar dentro de uma tolerância de folga generosa e ainda parecer um chanfro. O ângulo máximo força os triângulos a se posicionarem nessas áreas.

As predefinições publicadas mostram a gama útil. As configurações de qualidade predefinidas do Asset Transformer variam de uma curvatura máxima de 0,01 mm na configuração mais densa a 3 mm na mais grosseira, com uma taxa de curvatura que dimensiona a tolerância em relação à caixa delimitadora do modelo, de modo que um suporte e uma fuselagem não sejam tratados da mesma forma. Se a curvatura da superfície estiver muito grosseira, você obterá cilindros facetados e faixas em painéis curvos. Se você definir uma resolução muito baixa, gerará uma quantidade de triângulos que nenhum dispositivo de destino conseguirá renderizar.

A tesselação é também onde ocorre o reparo da malha. O CAD industrial não foi desenvolvido para renderização. Pode ser necessário realizar reparos e suturas para fechar as lacunas entre as superfícies, consertar as bordas livres e fazer o alinhamento correto para que a eliminação de faces não deixe partes do seu modelo invisíveis de um lado.

Um único ponto de sequenciamento vale mais do que qualquer configuração individual. Encontrar o equilíbrio certo durante a tesselação é melhor do que tesselar densamente e depois reduzir drasticamente a quantidade de elementos. A decimção só funciona com os triângulos que lhe são fornecidos.

Otimização e LODs: partindo da sua taxa de quadros.

Essa é a corrente que quase ninguém traça, e ela funciona de maneira oposta à forma como a maioria das equipes trabalha. Comece pelo dispositivo, não pelo modelo.

Os detentores das plataformas publicam seus orçamentos. Os fornecedores de motores gráficos geralmente não fornecem essa informação, o que é importante saber antes de procurar por um número oficial da Unity ou da Unreal que não existe. A documentação de otimização gráfica da Unity é propositalmente qualitativa, e a Khronos mudou suas diretrizes de criação de ativos glTF, deixando de usar números fixos e passando a usar perfis de auditoria por caso de uso. Seu orçamento é determinado pelo hardware que você pretende usar.

A Meta publica seus valores de triângulo como intervalos recomendados internamente e seus valores de chamada de desenho como intervalos de exemplo. O texto também observa que grandes cenas de mundo aberto devem ter como meta aproximadamente 50% da contagem de triângulos declarada, visto que as metas publicadas vieram de níveis menores e fechados.

Leia a tabela de lado e a restrição aparecerá. A mesma estrutura que é renderizada de forma aceitável em uma estação de revisão de desktop precisa caber dentro de 250.000 triângulos para um aplicativo visionOS de espaço compartilhado e dentro do limite recomendado pelo Google de 100.000 triângulos e tamanho de modelo de 10 MB para funcionar corretamente na web e em realidade aumentada móvel. A diferença entre a sua meta mais flexível e a mais precisa é a verdadeira restrição de design, e para a maioria das equipes a meta mais precisa é a rede, não o headset. Esse não é um problema de decimção que você resolve no final. Trata-se de um orçamento de polígonos que você aloca no início, seja para criar um configurador web, uma revisão de projeto, uma simulação de treinamento ou um gêmeo digital.

As chamadas de desenho merecem atenção especial, pois os dados industriais contrariam as recomendações usuais. O processamento em lote e a instanciação por GPU funcionam bem quando uma cena instancia alguns objetos várias vezes. As montagens industriais têm o perfil oposto: um número enorme de peças distintas, cada uma com seu próprio material. Unir peças que compartilham o mesmo material e instanciar peças repetidas, como fixadores, contribui mais para a taxa de quadros do que reduzir o número de triângulos.

Técnicas para as quais vale a pena reservar tempo:

• Decimação com preservação das arestas vivas. A documentação de decimção da Asset Transformer mostra uma peça CAD reduzida de 140.846 triângulos para 13.126, uma redução de 90%, com o que descreve como uma perda de qualidade quase imperceptível, inclusive em arestas vivas.
• Remover a geometria interior ocluída. Um motor irá, sem problemas, danificar as molas internas de uma válvula selada que ninguém jamais verá.
• Derrotando. Suprimir furos, filetes, texto em relevo e fios que fiquem abaixo de um pixel à distância de visualização.
• Instanciação de partes repetidas. Milhares de parafusos idênticos devem formar uma malha referenciada diversas vezes.
• Geração de envelope ou proxy. Substitua um subconjunto por sua carcaça externa para o nível de LOD) mais distante.

Seus dados sobreviveram? Metadados, hierarquia e PMI

A geometria é a parte que todos conferem. Os dados associados a ele são a parte que pode desaparecer silenciosamente. A importância disso depende do caso de uso: um configurador web pode não precisar de nada além de um identificador de peça, enquanto um aplicativo de treinamento de serviço é inutilizável se a hierarquia e os números de peça não forem resolvidos na malha. Decida o que sua aplicação realmente precisa antes de contratar um fornecedor para isso.

Uma montagem CAD envolve mais do que apenas superfícies:

• Números de peça e identificadores que vinculam uma malha a um registro de ERP ou PLM.
• Hierarquia de montagem , incluindo submontagens, instâncias e transformações locais.
• Materiais e cores , atribuídos ao nível da parte do corpo, do corpo ou do rosto.
• Propriedades personalizadas , como fornecedor, massa, revisão e centro de custos.
• PMI e GD&T , as tolerâncias, referências e anotações que carregam a intenção do projeto.

Espere três resultados possíveis, não dois. A hierarquia e os nomes das partes geralmente permanecem legíveis na forma nativa e, muitas vezes, são perdidos em uma exportação neutra. Os materiais frequentemente sobrevivem como cor, mas perdem sua definição física, então alguém reatribui os shaders posteriormente. O PMI só funciona se tanto o formato de origem quanto o leitor o suportarem, e é por isso que a tabela de formato é importante no nível da coluna, e não no nível da linha.

O teste a ser executado é: converter uma montagem conhecida e, em seguida, verificar se um número de peça específico ainda é resolvido em uma malha específica no aplicativo de destino. Não se trata de "os metadados serem preservados" em uma folha de dados. Uma peça, um número, uma consulta. Em seguida, repita o processo após a decimção, pois a otimização é um processo comum em que os atributos se desvinculam da geometria que descreviam. Para tudo o que se relaciona com serviço, treinamento ou qualidade, faça disso um requisito fundamental, e não um mero diferencial.

Automação, propagação de mudanças e governança

Três critérios que raramente aparecem nas comparações entre fornecedores, e que são os mais propensos a determinar se seu pipeline sobreviverá ao segundo ano.

Automação. O processo pode ser executado sem intervenção humana na interface? Ele é executado sem interface gráfica, a partir da linha de comando ou de uma API? É possível processar centenas de arquivos em lote? As configurações são salvas como perfis nomeados e versionados, ou são redescobertas por quem executar o programa em seguida? Existe alguma interface de script, como uma API em Python, para os casos em que as configurações predefinidas não se aplicam? Um pipeline que só funciona de forma interativa tem exatamente um operador, e esse operador é um ponto único de falha.

Propagação de mudanças. Este é o erro mais caro que pode ocorrer, e está ausente em praticamente todas as páginas concorrentes. A equipe de engenharia lançou a revisão C. O que acontece? Em um pipeline não gerenciado, nada acontece até que alguém se lembre, então seu aplicativo de treinamento, seu configurador e seu ambiente de revisão mostram a revisão B para as pessoas que tomam as decisões. Faça três perguntas. Uma alteração na origem aciona uma nova execução automaticamente? O recurso atualizado chega aos aplicativos implantados ou apenas à biblioteca de recursos? Quanto tempo leva para executar tudo novamente, pois esse é o tempo real de latência da atualização? A automação de pipelines na nuvem, combinada com o streaming 3D, pode fechar esse ciclo, enviando um recurso atualizado para um aplicativo em execução que solicita aos usuários que baixem a versão mais recente.

Governança. Os ativos convertidos se multiplicam rapidamente e são dados derivados com uma linhagem. Procure por controle de acesso baseado em funções (RBAC), histórico de revisões que vincule um ativo otimizado à sua revisão CAD original, uma trilha de auditoria e uma conexão com PLM ou PDM para que o fluxo de trabalho não seja um universo paralelo de arquivos não rastreados. É aqui que o gerenciamento de ativos 3D se torna parte do processo, em vez de uma compra separada. Este guia para governança de infraestrutura de dados 3D aborda a camada de arquitetura.

Multi-CAD: normalizando mais de uma fonte

Aproximadamente 48% dos departamentos de engenharia trabalham em um ambiente multi-CAD, de acordo com uma pesquisa da CADENAS PARTsolutions . Se o seu caso for um deles, a normalização é um requisito fundamental, não um caso excepcional.

Quatro problemas invariavelmente ocorrem quando várias fontes nativas alimentam um mesmo pipeline:

• Unidades e sistemas de coordenadas. Uma fonte trabalha em milímetros e com o eixo Z para cima, outra em polegadas e com o eixo Y para cima. As peças chegam na escala errada ou deitadas de lado. O erro é óbvio em uma peça e invisível em uma montagem de 30.000 peças.
• Convenções de nomenclatura e de materiais. Cada ferramenta de autoria exporta seus próprios nomes de propriedades. Sem uma camada de mapeamento, a automação subsequente que utiliza números de peça como chave falha em cada origem.
• Fusão de montagens. Um corpo CATIA e um suporte NX precisam se tornar uma única hierarquia com uma única raiz, e não duas cenas lado a lado.
• Configurações de tesselação por fonte. Uma tolerância adequada para uma carcaça usinada é inadequada para um painel de chapa metálica.

Pergunte se as regras de normalização são configuráveis ​​e reutilizáveis, ou se são codificadas diretamente para cada importação.

Construir você mesmo ou comprar um encanamento?

Criar seu próprio roteiro de conversão é a alternativa mais comum e viável, e merece ser considerada com atenção.

Argumentos a favor da construção. Com um único formato de origem, uma única plataforma de destino e requisitos estáveis, um script sobre um kernel de código aberto ou licenciado requer apenas um fim de semana de trabalho e anos de serviço com baixa manutenção. As equipes fazem isso bem. Você mantém o controle do resultado, não paga licenciamento por usuário e adapta o pipeline aos seus dados, em vez de adaptar seus dados a um produto.

Qual o custo da construção ao longo do tempo? A cobertura de formatos vem em primeiro lugar, porque as fontes se multiplicam. Alguém adquire uma empresa que utiliza o Creo, e seu script, que é composto apenas por STEP, precisa de um tradutor que você não possui. O licenciamento do kernel é um item de custo real, e os kernels precisam ser atualizados quando os fornecedores de CAD lançam novas versões, portanto, cada lançamento de CAD se torna um evento de manutenção. A qualidade é o aspecto mais difícil de alcançar: a preservação de bordas nítidas e a geração automática de LOD ( nível de detalhe) são trabalhos especializados, e um decimador ingênuo arredondará seus chanfros. O especialista que escreveu o roteiro torna-se um ponto único de falha, sem documentação e sem um plano de sucessão.

Quando a construção é feita da maneira correta. Um formato, um público-alvo, baixo volume e conhecimento especializado em geometria já disponíveis internamente. Ou uma exigência tão específica que nenhum produto a atende. O NIST quantificou o custo de erros de interoperabilidade décadas atrás, concluindo que a interoperabilidade imperfeita impunha pelo menos US$ 1 bilhão por ano à cadeia de suprimentos automotiva dos EUA, sendo a maior parte atribuída ao tempo e aos recursos gastos na correção e recriação de arquivos de dados inutilizáveis. O número de formatos só multiplicou desde então.

Quanto custa

Os preços ficam desatualizados, então avalie os modelos em vez dos números.

• Por assento. Uma licença nominal ou flutuante para uma ferramenta interativa de desktop. Previsível e escalável de acordo com os operadores, e não com os dados.
• Por conversão ou por volume. Comum em preços de nuvem e API . Eficiente em baixo volume e vale a pena modelar se seus dados de origem apresentarem alta rotatividade.
• Licenciamento por SDK ou em tempo de execução. Para incorporar a conversão em seu próprio produto. Geralmente negociado, frequentemente com termos de royalties ou distribuição.
• Empresarial ou local. Necessário quando os dados não podem sair da sua rede. Preço definido conforme um contrato de plataforma.

O custo raramente é determinado pela quantidade de assentos. É impulsionado pela variedade e volume das fontes. Dez formatos e revisões diárias custam mais para manter do que cem alunos lendo o STEP uma vez por trimestre.

A divulgação de preços é um indicador razoável de transparência. Na linha de produtos Unity Asset Transformer , o Asset Transformer Studio tem um preço anual por licença, o Toolkit está incluído em uma assinatura Unity Industry e o SDK tem um preço cotado separadamente. Ferramentas relacionadas, como softwares de configuração de produtos, podem ter suas próprias licenças, portanto, considere toda a cadeia de valor em vez de apenas a etapa de conversão.

Uma lista de verificação para seleção final

Quinze perguntas para qualquer fornecedor, incluindo a Unity. Uma pessoa honesta pode responder a todas elas.

1. Quais dos meus formatos CAD nativos você lê diretamente, sem uma etapa de exportação?
2. Para cada um desses formatos, você lê B-rep, PMI e metadados, ou apenas a geometria?
3. Quais parâmetros de tesselação posso definir e em que unidades?
4. Posso salvar as configurações de tesselação e otimização como perfis nomeados reutilizáveis?
5. Qual é a qualidade da sua decimção em arestas vivas, e você poderia mostrar um antes e depois na minha geometria?
6. Vocês geram níveis de detalhe (LOD) automaticamente? E posso definir o alvo de triângulos para cada nível?
7. É possível remover automaticamente a geometria interna ocluída e as instâncias de partes repetidas?
8. O que acontece com a hierarquia de montagem, os números de peças, os materiais e as propriedades personalizadas ao longo de todo o processo?
9. Os metadados permanecem associados à geometria após a decimção e a geração do LOD ?
10. O pipeline pode ser executado sem interface gráfica, em lote, a partir de uma CLI ou API, sem sessão interativa?
11. Quando o arquivo CAD de origem é atualizado, o pipeline é executado novamente automaticamente e o recurso atualizado chega aos aplicativos implantados?
12. Quanto tempo leva para refazer integralmente minha maior montagem?
13. Como os ativos convertidos são versionados e posso rastrear um deles até a revisão CAD original?
14. Quais controles de acesso e registro de auditoria vocês oferecem, e vocês se integram ao meu PLM ou PDM?
15. Como os preços mudam quando adiciono um formato de origem, dobro meu volume ou preciso de uma implantação local?