文章来自于翻译，原文在：https://isicad.net/articles.php?article_num=16045

Ken Versprille博士以他在CAD行业的杰出贡献而闻名。他在应用基于计算机的解决方案于工程和制造企业上拥有超过40年的经验。他在CAD/CAM/CAE/CIM领域的研究和开发以及咨询方面都曾担任高级职位。2005年，他因发明了对CAD发展有着无可估量贡献的NURBS，从一个非商业CAD协会——CAD Society，获得了终身成就奖。

Versprille博士将于2013年5月30日至6月1日出席在俄罗斯圣彼得堡举行的COFES俄罗斯活动。作为这次活动的赞助商（由Cyon Research组织），我们有幸在他访问俄罗斯两个月前采访了Ken Versprille。以下是我们与这位非凡之人长时间对话的简短摘录。

Design

您认为现代三维建模器的主要缺点是什么？现在的3D建模存在哪些挑战？

在我看来，现代三维建模器的最大缺点是它们没有足够关注我们生活的现实。今天，设计是一个多应用，多CAD世界，使用一个建模器创建的数据在某个时候需要被转移到另一个建模器上并进行操作。由于包括在计算中使用不同的公差、数据格式中的微妙的未记录的含义以及对常见几何计算的不同算法方法等多种原因，会出现一些问题。例如，三维建模器中最关键（如果不是最关键）的计算是曲面和曲面的交点的计算。当然，其他的缺点还包括性能和准确性。每当一个3D模型上的几何计算结果比需要在该模型上操作的其他下游算法的精密度低时，准确性就成为一个主要问题。在3D建模器的核心，容差建模方法非常重要。

您能否提供更多关于曲面和曲面交点相关问题的详细信息？

一些建模器将交点定义为3D空间中的三维曲线；其他则将其定义为两个曲面的参数空间中的二维曲线。在定义之间转换成为问题。一个开发团队很容易将焦点内向地放在他们自己的软件上，改善数学和软件代码的细节，而对软件将在何处以及如何使用关注较少。曲面和曲面交点算法运行的速度常常是建模器整体性能的根源。由于今天最受欢迎的CAD应用程序的历史为基础，这些计算不断地被反复执行。

您个人的观点是：三维曲线的表示还是UV参数空间中的曲线的表示更好？

我的个人偏好是用参数空间曲线来存储交叉曲线。我可以证明吗？我认为这几乎是不可能的。但至少你可以很容易地用二维参数曲线在三维曲线上生成样本点，这在另一种表示中则不可能。我还要提到”mad curves”，它们的行为就像，比如说，符号函数，具有极高的导数。它们也可能是一个问题，特别是在三维表示交叉曲线的情况下。

您提到了3D互操作性、性能和公差管理是3D建模中最重要的挑战。但是这些问题从CAD的开始就为人所知。那么在上个世纪几乎不为人所知或者甚至不存在的现代挑战有哪些呢？

关于建模器今天面临的挑战，我想提到两个：需要更多的局部操作，以及对点云的额外支持。随着我们看到在CAD世界中更多的关注直接放在建模技术上，并扩展到相关应用比如CAE分析师进行的模型清理等，所谓的局部操作在建模器中的需求正在增长。与此同时，我们也看到需要将点云数据合并到传统的几何模型中的需求的增长。这是一个不断发展的需求，它正是由3D打印应用、游戏行业及其一些算法转移到CAD建模，以及在所有产品领域中持续强调审美形状所驱动的。

由于您提到了局部操作，我们想知道您对直接建模的看法。您认为它应该是数据交换、概念设计等的一种小众解决方案，还是可以成为主流的设计技术？您如何评价西门子的同步技术？

我不认为直接建模会取代基于历史的建模。不过，在某些情况下，如数据交换，它确实有显著的优势。我认为直接建模功能在小公司中会更有用，而不是在大公司。大公司遵循一个非常正式的流程，他们希望控制每个模型中的每项修改。但是，对于想要合作的两个工程师来说，直接建模可能非常有用。如果直接建模允许使用参数和约束的话，它就会更具吸引力，因为参数这项功能是客户在基于历史的设计中所热爱的。

我真的很喜欢西门子对同步技术所做的一切，特别是从技术角度来看。但他们在向潜在客户解释这项技术时遇到了困难。

工程软件强烈基于NURBS，而艺术3D建模产品则利用细分曲面。很多公司投资开发这些表示法之间的转换器。另一种方式是Autodesk的T-splines，它结合了NURBS和细分曲面的特性。您对这两种方法的前景有什么看法？

我实际上相信和希望工程和艺术建模产品中的技术将融合成一个单一的解决方案，其中这两种表达方式将会一起工作。T-splines就是朝这个方向迈出的一步。但我必须强调，除非几何建模软件停止强迫其用户成为数学专家才能使用软件，否则这些方法都将无法完全成功且持续存在。几何开发者的责任不仅在于实现复杂的数学算法，还要对调用节点和用户隐藏这种复杂性。我们经常看到对几何建模操作的程序接口需要调用者对所有数学细节都了如指掌。

对于点云，同样的问题也可以应用。我们是否应该以某种方式将点云作为内部几何表示集成到CAD建模器中，或者到/从点云的转换器是否足够呢？

当然，至少我们应该在点云和传统CAD数据之间得到转换器。这是最重要的。但是如果点云集成到CAD中，可能会产生一些有趣的功能。Geomagic是我在考虑点云相关技术时会关注的公司之一。
点云非常有趣，因为现在这个领域在CAD中的发展非常快。我们可能会回顾计算机图形学的历史来理解这个问题。计算机图形学最初是CAD的一部分，但后来作为自己的技术发展得更快，计算机图形市场比CAD市场大了好几倍。现在计算机图形学正在回归，与CAD产生越来越多的联系。点云在某种意义上也可能发生这种情况。

NURBS是一个理想的数学概念，它从Bezier曲线和曲面上继承了显著的几何属性。然而，在现代CAD中，NURBS仅用来内部表示曲线和曲面，而设计师和工程师通常处理的是挤出、旋转、擦除、混合等概念。Rhino和少数几个类似的产品只是证实了这一普遍规则。这种情况的原因是什么？

到现在为止，我相信这是真的 - 用户不是数学家。工程软件的商业开发者完全明白他们的客户是工程师，而不是数学家。工程师用我们所说的“特性”来谈论他们的设计，比如擦除、孔等。我赞扬PTC意识到这一点，并在他们首次推出Pro/ENGINEER时发明了基于特性的接口。

作为NURBS的发明者，你可能对应用有很多想法。你认为现在NURBS在所有可能的应用领域都得到应用了，还是还存在一些机会？

我仍然认为NURBS是描述形状的工具。如果一个应用能从这个工具中获利，那么，是的，它应该使用NURBS。然而，我没有花时间寻找NURBS可能解决的新问题。我今天的关注点是推动工程界广泛地在使用建模和协作技术方面向前发展。NURBS只是这项技术的一小部分。

正如你已经提到的，3D CAD互操作性是如今最大的挑战。在这一领域的主要挑战是什么？

3D互操作性是我最常听到用户在日常工作中面临的问题。很少有产品是由一家公司来设计和建造的。大多数产品涉及到全球的供应链。我们不能假设所有人都将使用相同的CAD应用或者甚至相同的几何核心。一些很大的公司试图强制执行统一性，但在许多情况下，他们限制了自己并失去了在快速变化的市场中保持敏捷的能力。
要实现更好的互操作性，主要的挑战既有技术挑战也有商业挑战。有些情况下，软件供应商故意使其产品数据与竞争产品的数据交换变得困难。克服这个问题将需要时间和他们客户的压力。我已经提到了一些影响互操作性的技术问题，比如精确性和隐藏的数据格式问题。另一个挑战是，大多数CAD产品都是“动态目标”，因为他们不断被改进和变化，这对他们的数据结构产生影响。一个今天完美的互操作性解决方案很快就会过时。

像STEP这样的独立数据格式致力于让CAD用户的生活更容易，减轻互操作性问题。您认为通过独立格式转换几何和拓扑数据是否仍然是今天的一个严重问题？是否可能有一天CAD公司会达成共识，制作出完全尊重格式规范的优秀转换工具？

通过独立格式转换数据仍然是一个问题，但我不会将其归类为“严重”。我的观点基于一些事实。首先，现在有比STEP更多的“标准”在竞争。西门子PLM软件的JT格式已经成为ISO标准。而Adobe的3D PDF格式也有供使用，虽然不是ISO标准。因此，让STEP解决所有人问题的压力已经减轻。在我看来，STEP本身还有导致问题的因素。STEP是一种数据格式，带有所有数据格式的正面和负面。增加STEP定义是如此困难，花费如此多的时间，以至于许多人甚至避免提出需要。

虽然我试图保持积极思考，我不认为互操作性问题会得到彻底解决。它是市场驱动的。任何因突破性改进而获得市场认知和市场份额的供应商，无疑都会努力保护他们的优势。一种方法就是通过在他们的数据格式中使用专有的数据结构。

您认为新的格式JT和3D PDF真的比STEP更好吗？

STEP是一种繁琐的格式。它可能过于详细，储存的许多数据实际上可能不必要。有时，供应商和客户之间的数据交换必须非常快速和频繁，所以STEP可能不是最好的选择。JT在汽车工业中得到了大量使用。3D PDF主要用于已经活跃使用文本PDF且员工对其熟悉的公司。

独立的数据格式的初衷是成为CAD的”通用语”。独立数据格式的多样性对市场来说是好事还是坏事？可能会发生必须支持多种格式，将迫使供应商在每一种格式上投入较少的精力。

我理解有一个数据交换格式的优势。但我认为竞争是刺激所有格式提升的东西。在我看来，最好有2或3种数据交换格式，而不是几十种格式。

CAD模型变得越来越复杂，越来越多的公司依赖于CAD设计的外包。哪些CAD产品更能应对这种复杂性的增加？

模型复杂性的增长是由许多因素驱动的。事实上，今天，模型复杂性的最大贡献者是嵌入式电子设备的软件。变更管理一直是用户关注度高的问题。现在，A组件的物理变更影响到B组件的物理变更已经不再是简单的问题。今天的软件变更可能需要对一个组件进行物理变更。

CAD供应商正在不断改进他们对这个复杂问题的解决方案。他们通过PLM数据管理系统中的数据技术和CAD产品检测和记录模型变更的能力（无论是新增、编辑还是删除）来进行这样的改进。经常复杂性会由于产品的设计有多种配置而加剧。在供应链中管理这些问题引入了额外的问题，包括必须处理不同的PDM和CAD产品，以及供应商的组件内部变更可能是专有的或无影响，而实际上那些变更是有影响的。

讨论哪些供应商在处理这些问题上做得更好会花费太多的时间，而且会深入到非常复杂的问题中。每个最终用户产品公司都有不同的需求，老实说，每个公司处理复杂解决方案的成熟度都不同。

您提到嵌入式电气设备是模型复杂性的主要原因，能否提供更多的细节？

我与像John Deere这样的公司谈过他们的农用拖拉机。他们需要具备所有的电气系统，就像汽车一样。他们需要在拖拉机中放一个DVD播放器，以及所有的智能自动化工具，比如GPS，将拖拉机变成一个机器人。

软件和电子设备的发展速度更快。产品开发公司早期可能有，比如，1000名机械工程师，100名电气工程师和20名程序员。如今，这家公司可能有100名机械工程师，500名电气工程师和1000名程序员。今天系统工程师是最受欢迎的职业。系统在这里意味着对所有三者的理解：机械、电气和软件。

您在科学和软件工程方面都达到了非凡的水平。您在雪城大学发明了NURBS，在Computervision担任CADDS 4的首席架构师。您更喜欢哪个？为什么您最后决定专注于咨询业务？

我的整个职业生涯都是被我能够对技术做出的任何贡献实际使用的需要驱动的。有太多的伟大技术没有人使用。对“应用”方面的关注导致我从大学的数学研究转向研究生的计算机科学。我想看到数学被使用，工程中的计算机正在开始出现。我经常讲一个真实的、有趣的故事，在我在获得理学学士学位的大学某个课程结束前，教授开始上课说“今天我们将证明一个证明可以被证明。”我把头放在桌子上，心想，“我必须开始做别的事情！”

在雪城大学，我发现了CAD，特别是复杂的曲面设计，主要是因为有Stephen A. Coons教授在那里。这是我全身心投入我对数学、计算机和图形以及工程应用的兴趣的结果。在NURBS上工作很愉快，因为我对数学的热爱，那里的杰出人物，以及我研究的软件实现。大学的科研部门要求我在研究NURBS的过程中，实际将设计软件实现在一个驱动当时新技术刷新图形屏幕的计算机上。

然而，一旦我到达Computervision，在那里的研发组织作为一名高级程序员工作了几年后，就没有什么可比性了。我有机会和客户会面，讨论他们的问题以及他们对我编写的软件的反应。我很荣幸能为一个在快速崛起的领域里工作的公司工作，那个时候它成为了市场上的第一供应商。这是一种令人振奋的体验，特别是将新的概念和功能向广大市场推广。

今天，我从事咨询工作是因为我相信我可以在整个行业中有更大的影响，而不是在一个供应商组织中孤立。

有传言说，当您在Computervision担任程序员时，您的老板让您实现贝塞尔曲线，但是您却在相同的时间框架内实现了NURBS。这听起来难以置信。如果软件工程师被允许实现他们想要的，而不是他们被要求的，我们的行业将会怎样？基于您的经验，我们可以得出结论，您是最适合解释创造性和约束性之间界限的人 :)

我想你知道这不仅仅是一个谣言 - 它是由我的好友和同事Evan Yares在他的在线博客中写下的。是的，这确实发生了，我在参加我们两人都参加的行业活动时，喝着红酒向Evan讲述了这件事。要理解这个故事，你必须明白我曾经是Computervision当时使用的几何系统的软件架构师。我设计了基于模块化软件原理的几何系统，每个几何对象只需要一，有自己的数据库中的数据结构；二，可以调用必要的输入并输出对象上的点的软件求值器。

我确保每个多边形顶点都分配了四个元素坐标，因此数据基础上有足够的空间用于NURBS所需的齐次坐标，但将贝塞尔曲线的齐次元素默认设置为1。然后，我确保求值器可以处理齐次坐标和有理函数，但既然只会发送贝塞尔数据，那就是它要求值的。你还必须明白，CAD在那个时候只有有限的复杂曲面功能，比今天少得多。

尽管如此，我确实坚信程序员不应被允许实现他们想要的任何东西。在我这个例子中，我提供了所需要的，按预算和按计划。我只是为我所知道的需要扩展解决方案的情况留出了空间。我并没有实施外界的东西。记住，既然我在我的职业生涯中担任过程序员、软件架构师和软件经理，我意识到一个非常好的程序员和一个软件架构师是有区别的。一个架构师预见到在软件的生命周期内需要进行哪些增强；一个好的程序员不会这样做。

您曾与CAD行业的其他传奇人物如Steve Coons或Sam Geisberg一起工作。您可以分享一下您和他们一起工作的个人感受吗？

我确实非常高兴能和Steve Coons、Sam Geisberg工作，是的，还有Bill Gordon(Gordon Surface)和Robin Forrest。像任何人一样，他们都是性格各异的人。如果我必须给他们一个共同的特质，那就是强度。我珍视和Steve Coons一起的时间。在我职业生涯中遇到的和与我一起工作过任何人，他是唯一最有资格被称为“天才”的人。在他教的一门研究生课程中的一年，他在第一个课程开始的时候就告诉我们他在前一个夏天做的一个咨询项目，试图解决一个工业客户多年的问题。他在白板上写下了建模工程方程式，然后坐在我们中间，问道“这看起来漂亮吗？”他对数学的美有着无法抗拒的热爱。这是一个矩阵方程，他跳起来在中间写下一个单位矩阵。他然后转向类并建议“也许这不是单位矩阵。”我们所有人立刻看到了隐含的含义和解决方案。

Sam Geisberg是一个非常不同的人。我们在Computervision的职业生涯早期共享了一个编程办公室。我实际上站出来为他的美国公民身份辩护。他有个聪明的头脑，但我永远也不会叫他是最好的程序员。他的想法使他充满动力。他离开Computervision的贡献者之一，是他在如何应该实现任何类型的复杂曲面的技术论战中输给了我。他相信我所说的2½D，也就是说曲线必须只能在平行平面内定义。我选择了完全的3D。Sam不喜欢输。有趣的是，我在他的Pro/ENGINEER的第一版中看到了那种思考的方面。

您将参加COFES Russia 2013的动机是什么：您对俄罗斯CAD市场的某些特定方面感兴趣吗？您将扩展您当前的咨询活动到俄罗斯吗？您对在俄罗斯的一些项目感兴趣吗？您已经知道一些与CAD相关的俄罗斯公司，或者您打算建立这样的联系吗？

我是与COFES的创始人Brad Holtz非常好的朋友，曾多次参加COFES。Brad邀请我来，并提出了一个可能在俄罗斯的咨询项目，需要我的专长。你会对我初始的评论感兴趣，包括我很高兴看到俄罗斯的数学家和软件实现者更积极地进入市场。在Computervision，我们雇佣了许多在数学软件研发中的俄罗斯移民，我知道他们的才能。今天，我在许多CAD供应商中看到了这种才能。

我确实希望通过参加COFES Russia以及我在那里建立的任何关系，未来能在俄罗斯扩大潜在的咨询活动。