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任何成功的設計和制作工藝,，最核心的表現(xiàn)便是確保產(chǎn)品在最短時間內(nèi)上市，同時擁有一流的質量,、安全性和可靠性,。Caterpillar 公司作為全球最大的建筑、采礦和農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)廠家之一,，長期致力于更快地設計并制造出品質更優(yōu)的產(chǎn)品,。Caterpillar公司在應用RealD公司推出的CrystalEyes 立體眼鏡設備中，發(fā)現(xiàn)立體3D可視化技術的應用在增加公司基本盈利,，保障其核心競爭力方面具有舉足輕重,、不可或缺的作用。

Caterpillar公司的可視化研究中心經(jīng)理Dave Cooper 講到,，“我們已經(jīng)意識到CrystalEyes 液晶立體眼鏡的應用將會降低產(chǎn)品設計成本,，并減少原型的反復修正?！?Caterpilla公司的產(chǎn)品用于建造,、維護并再造全球的許多基礎建設,，包括公路,、水壩、機場,、供水和下水道系統(tǒng),、辦公建筑群和住宅開發(fā)等。Caterpilla公司生產(chǎn)的礦用機械設備幫助各國進行原材料的開采與運送,，農(nóng)業(yè)設備用于作物的耕種和收割,。卡特彼勒公司被美國《工業(yè)周刊》雜志評選為“全球100家經(jīng)營管理最佳公司”,。并被《財富》雜志評選為“全球最受尊敬公司”之一,，公司曾獲得467億美元的銷售收入和120億美元的最高利潤。

積極轉變
矗立于競爭激烈的大型工業(yè)機械制造行業(yè)當中,，Caterpillar 公司堅持不懈地尋求創(chuàng)新,，以期成為高品質產(chǎn)品的領先供應商。隨著來自海外制造商競爭壓力的加劇,，以及全球市場日益迅猛的擴展,，公司的首要目標是通過提供最優(yōu)質的產(chǎn)品，抓住每一個新的市場機遇,。

公司行之有效的策略便是以較低的研發(fā)成本,，在更短的時間內(nèi)生產(chǎn)出質量更為出色的產(chǎn)品,。這就要求公司做出一些根本性的變革，并采用新的產(chǎn)品設計,。對于Caterpillar公司而言,，這種變革表現(xiàn)在以計算機為基礎的設計工具的引進、全智能數(shù)字化設計及原型創(chuàng)作的應用,。此外,，公司還要求其解決方案具有低成本、跨平臺操作的性能,，能夠與現(xiàn)有的系統(tǒng)輕松整合,，并能為工程技術師熟練掌握。

Caterpillar公司的生產(chǎn)過程包括三大階段：機械設計,、計算機輔助工程（CAE）和可視化原型及模擬,。M/CAD工具已經(jīng)投入使用，后兩個步驟最初采用物理原型,，需要投入大量時間和費用昂貴的實驗過程,，耗資可達上百萬美元。

而在Caterpillar公司作出重要變革之后,，只有當工程師與管理人員確認已作出高品質,、易執(zhí)行的設計方案之后，才會在設計過程的最后階段創(chuàng)建物理原型 – 從而使高性能的可視化技術和CrystalEyes的應用付諸圖形當中,。

立體視覺 – CrystalEyes 眼鏡的工作原理
由于人眼之間的間距,，每只眼睛觀察一個場景會有些微差別。大腦將來自兩個視點的信息集成并創(chuàng)建出3D空間的感知,。這種效果便是所謂的立體觀測,。

CrystalEyes立體眼鏡遵循相同的立體視覺原理。CrystalEyes立體眼鏡通過配備液晶快門的特殊眼鏡分離左右眼圖像,。這些快門可通過與計算機顯示器同步化的一個紅外發(fā)射器實現(xiàn)交替激活,。最后生成無重像或雙圖像偽影的清晰立體3D圖像。

標準工作監(jiān)視器上左右眼視點的更替顯示解決了過去一直存在的z軸真實控制或深度問題,，這在真實3D圖像的顯示中非常重要,。對于圖像的遠程操控與可視化，立體3D技術使用戶能通過所有坐標軸包括z軸,，對屏幕上發(fā)生的結構變化進行控制,。真實立體3D中的可視化與目標視圖的可操控性對于Caterpillar公司的CAE和可視化原型進程都是至關重要的。

數(shù)據(jù)挖掘

Caterpillar 公司的數(shù)字化研發(fā)和原型制作過程執(zhí)行如下：
首先確定設計目標,，然后使用機械CAD制圖工具在HP和SGI UNIX 工作站上設計出一個機械設備,。再將設計作品導出為無數(shù)的CAE 實例。只有在CAE操作中才能即時使用CrystalEyes立體眼鏡。比如說,，Caterpillar公司可使用計算流體動力學（CFD）軟件,，對穿過一臺設備的氣流進行復雜分析。氣流功效的最優(yōu)化可使設備功能更為強大,，同時工作效率更高,。在此模式中，分析結果和進行的修訂變更都是在可視化基礎上完成的,。該模擬的可視化輸出為高度復雜的3D數(shù)據(jù),，包括Z軸上顯示的關鍵信息。

“我們在沒有采用CrystalEyes設備之前,，根本無法實現(xiàn)如此大規(guī)模的可視化應用,，”Cooper感嘆道。

從Caterpillar 公司的角度,，立體3D可視化技術解除了隱藏在這些復雜的3D模擬背后的重大信息的藩籬,。公司因此還能夠對重要的機械部件進行壓力與運動分析，以測定設備在不同條件下的強度,、承受性和負載能力,。需要再次強調(diào)的是，立體可視化技術的應用,，使復雜艱深的圖形數(shù)據(jù)結果更為清晰易懂,。

Caterpillar公司最終憑借這項重大變革，節(jié)省了大量原型器械制作的麻煩,，并收集了長時間的實驗數(shù)據(jù),。事實上，一件機械設備的性能及結構動力學在制作出物理原型之前就已經(jīng)臻于完美,。

生產(chǎn)過程的第三步,，也是最后一步為設計審核過程,。在此期間需要對產(chǎn)品設計提出諸多改進和修改的建議,，并向項目經(jīng)理、主管和產(chǎn)品研發(fā)人員反饋,。采用CrystalEyes立體眼鏡后,，可以實時地在真實空間內(nèi)演示所建議的設計變更，而不是使用2D圖形進行模糊演示或使用抽象概念進行描述,。上層管理人員從接受到意見反饋,，到進行審核和做出接受與否的最終決定的時間周期大為縮短，從而極大提高了工作效率,。

Cooper 提到,，“"CrystalEyes 可在立體環(huán)境中進行數(shù)據(jù)演示，我們因此能在任何人面前就復雜的幾何或數(shù)學問題進行直觀的解釋,，使他們更容易理解和討論”,。人工學設計與人力因素在設計審核階段同樣非常重要,。

“Caterpillar 公司的操作人員可應用各類工具設計并制作各種機械設備。CrystalEyes能使用戶更真切地看到這些工具如何使用,，就如同在一臺真實的機械中操作一樣,。這在2D世界中是絕對無法完成的，”Cooper說道,。

Caterpillar的應用工具包括來自DiVision的dVISE,、來自EAI的VisLab、來自AliasWavefront的Maya及其使用Performer和Open Inventor軟件自行研發(fā)的軟件工具,。 這些軟件可普遍應用于硅圖公司的計算機上,，兼容O2系統(tǒng)到大型Onyx 2圖像超型計算機。

獲得收益
設計進程的加速,、端對端研發(fā)周期的大幅度縮短是Caterpillar公司在激烈的行業(yè)競爭中立于不敗之地的法寶,。而物理原型建立中節(jié)省上百萬美元成本無疑又是另一明顯優(yōu)勢。而對于公司致力于在機械制造領域內(nèi)站穩(wěn)腳跟,、獲得成功的目標來講,，每一名員工都應取得對發(fā)展的共識。

3D立體技術的引入,，Caterpillar公司不但能夠執(zhí)行復雜的技術任務,，還可在公司內(nèi)部對設計和制造目標進行清晰、便捷的溝通和交流,。從機械設計師到高級主管,，都對公司下一步的發(fā)展計劃胸有成竹，這些努力將推進Caterpillar公司保持核心競爭力,。