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

Un pipeline de CAO à 3D en temps réel transforme les données d'ingénierie natives en actifs qu'une application 3D en direct peut rendre à une fréquence d'images. Ceci est un cadre d'évaluation plutôt qu'une recommandation de produit : ce qu'il faut regarder, ce qu'il faut tester sur vos propres données et ce qu'il faut demander à un fournisseur avant de vous engager. Il couvre les formats que lit un pipeline, comment il convertit les surfaces exactes en triangles, si vos métadonnées survivent, et ce qui se passe lorsqu'un ingénieur publie une révision. Il suppose que vous avez déjà décidé que vous avez besoin d'un pipeline plutôt qu'd'un visualiseur ou d'un convertisseur ponctuel.

La plupart des comparaisons de logiciels de conversion CAO s'arrêtent à la liste des formats. C'est la partie facile. Les décisions qui déterminent si votre projet est livré se situent plus en aval, et presque personne ne les écrit.

Qu'est-ce qu'un pipeline de CAO à temps réel 3D

Un pipeline d'application de CAO à 3D en temps réel est un processus répétable qui ingère des données CAO natives, convertit des surfaces exactes en maillages triangulaires, optimise ces maillages par rapport à un budget de performance, préserve les données d'ingénierie qui y sont attachées et livre des actifs déployables à un appareil cible. Il se relance lorsque la source change.

Trois catégories de produits sont constamment confondues, et cette confusion coûte cher.

• Un visualisateur permet à quelqu'un de regarder des données CAO. Il s'affiche à la demande et ne produit rien sur quoi vous puissiez bâtir.
• Un convertisseur change un fichier d'un format à un autre. Un fichier en, un fichier en sortie, pas d'optimisation, pas de structure.
• Un pipeline transforme à répétition les fichiers CAO sources en actifs optimisés, organisés et déployables, avec des paramètres que vous pouvez réutiliser et gouverner.

Le marché n'est pas clair sur cette distinction. Recherchez « logiciel de conversion CAO » aujourd'hui et les résultats comprennent un outil de conversion de raster à vecteur 2D, deux convertisseurs de fichiers en ligne génériques et un article de synthèse qui répertorie AutoCAD, SOLIDWORKS et CATIA comme logiciels de conversion. Ce sont des applications de création. Si les résultats principaux ne peuvent pas séparer la création de la conversion, les acheteurs peuvent évaluer la mauvaise catégorie.

Si vous hésitez encore sur la classe de produit dont vous avez besoin, commencez par logiciel de visualisation 3D. Ce guide commence un pas plus tard.

Les six étapes, et ce qu'il faut évaluer à chaque étape

Chaque pipeline crédible fait six choses. Chaque étape a son propre mode de défaillance.

1. Ingest. Lire les données CAO natives et neutres, ainsi que les données de capture de réalité. Évaluer la largeur du format, et si la lecture est native ou via exportation.
2. Réparer et préparer. Guérir, coudre et désactiver la géométrie jamais conçue pour le rendu. Évaluez ce que l'outil corrige automatiquement.
3. Tesseler. Convertir les surfaces exactes en triangles. Évaluez les paramètres de tolérance que vous contrôlez.
4. Optimiser et générer les LOD. Atteindre un budget de triangles et d'appels de dessin. Évaluer la qualité de la décimation et l'automatisation du LOD.
5. Transporter les données. Conserver la hiérarchie, les numéros de pièce, les matériaux et les informations de fabrication du produit (PMI). Évaluez ce qui survit et ce qui est abandonné.
6. Automatiser et gouverner. Exécuter sans tête, réexécuter en cas de changement, contrôler l'accès. Évaluez l'API, le modèle de déclenchement et la piste d'audit.

Ingestion : quels formats, et natif versus neutre

Il y a deux façons dont un pipeline peut lire votre CAO, et la différence est importante.

Lecture native signifie que le pipeline ouvre directement les fichiers CATIA V5, Siemens NX .prt, Creo, SOLIDWORKS ou Inventor, en utilisant la définition de géométrie propre au fournisseur. Lecture neutre signifie que quelqu'un exporte vers STEP, IGES ou JT en premier, et que le pipeline lit cela.

Les formats neutres sont utiles et largement pris en charge. C'est aussi un transfert problématique. Chaque saut neutre est une occasion de déposer la structure d'assemblage, le nommage des pièces, les unités, les propriétés personnalisées et les informations de fabrication du produit. Le saut est également manuel, donc il ne se produit pas de la même manière deux fois et ne peut pas être automatisé de bout en bout. Si votre source de vérité est un assemblage CATIA, lire CATIA nativement supprime une étape, une variable et une personne du processus.

La capture de réalité appartient aussi ici. Les données de scan laser et de photogrammétrie arrivent sous forme de nuages de points en E57, PTS ou PLY. Un pipeline qui gère la conversion de nuage de points en maillage parallèlement au CAO vous permet de placer un modèle tel que conçu et un scan tel que construit dans la même scène.

Faites attention aux décomptes de format. « Prend en charge 200 formats » signifie souvent 200 extensions, dont beaucoup sont le même format à différentes versions, certaines nécessitant que l'application de création soit installée et licenciée sur la même machine. Demandez quels formats lisent le B-rep, lesquels lisent le PMI et lesquels lisent les métadonnées. Ces trois colonnes sont là où le décompte cesse d'être du marketing.

Unity Asset Transformer lit plus de 70 formats et extensions. Son tableau publié répertorie les fichiers natifs CATIA V4, V5 et V6, NX-Unigraphics .prt de UG11 à NX2412, Creo, SOLIDWORKS, Solid Edge, Inventor, JT, STEP jusqu'à AP242, IGES, Parasolid, ACIS, Revit, Navisworks, IFC et Rhino, ainsi que les entrées maillage et nuage de points. Le même tableau indique quels formats portent la B-rep, le PMI et les métadonnées, ce qui est le niveau de détail qu'il faut demander à tout fournisseur.

Le test à exécuter: envoyez au fournisseur votre assemblage réel le plus laid, pas un fichier de démonstration. Choisissez celui avec 40 000 pièces, des sources mixtes et une convention de nommage que personne ne se souvient avoir approuvée. Vérifiez la structure de l'assemblage, les noms des pièces et les unités.

Les résultats comptent autant que les intrants. Demandez quels formats le pipeline écrit et mappez-les à l'endroit où l'actif va. FBX est l'échange commun vers Unity et Unreal. glTF et GLB sont les formats web et navigateur, et ce sont ce qu'une application WebGL ou WebGPU consommera. USD et USDZ sont largement utilisés dans l'écosystème de la RA mobile et du DCC. OBJ et STL sont uniquement des géométries et vont faire tomber votre hiérarchie, alors traitez-les comme un dernier recours plutôt que comme un objectif. Un pipeline qui n'écrit qu'une de ces limites où vous pouvez déployer plus tard.

Tessellation : transformer des surfaces exactes en triangles

La tessellation est le processus d'approximation d'une surface CAO exacte par un maillage de triangles. Le CAO décrit la géométrie avec précision, comme les surfaces de représentation de frontière et les NURBS. Les moteurs en temps réel rendent des triangles. Toute conversion entre les deux est une approximation, et vous contrôlez sa qualité plutôt que de laisser l'outil la décider.

Deux paramètres le gouvernent.

Le creux maximal, également appelé tolérance de corde ou erreur de corde, est la plus grande distance dont le maillage triangulaire peut dévier de la surface réelle, exprimée en millimètres. Vous le resserrez et vous obtiendrez plus de triangles épousant la surface. L'assouplir et vous obtenez moins de triangles et un facettage visible.

Angle maximal est l'angle le plus grand autorisé entre les normales de deux triangles adjacents sur la même face. Sag seul sous-tesselle une courbure serrée, car un petit rayon peut se situer dans une tolérance de flèche généreuse tout en ressemblant à un chanfrein. L'angle maximal force les triangles dans ces zones.

Les préréglages publiés montrent la plage utile. Les préréglages de qualité de l'Asset Transformer vont d'un fléchissement maximal de 0,01 mm à son plus dense à 3 mm à son plus grossier, avec un rapport de fléchissement qui met à l'échelle la tolérance par rapport à la boîte englobante du modèle afin qu'un support et un fuselage ne soient pas traités de la même manière. Si le pas de dent est trop grossier, vous obtenez des cylindres facettés et un bandage sur les panneaux courbes. Réglez-le trop finement et vous générez un compte de triangles qu'aucun appareil cible ne peut afficher.

La tessellation est également là où la réparation des maillages a lieu. Le CAO industriel n'est pas conçu pour le rendu. Prévoyez d'avoir besoin de réparation et de couture pour fermer les espaces entre les surfaces, de réparation des bords libres et d'un alignement normal afin que le culling de face ne laisse pas des parties de votre modèle invisibles d'un côté.

Un point de séquençage vaut plus que n'importe quel réglage unique. Obtenir le bon équilibre pendant la tessellation bat la tessellation dense et la décimation par la suite. La décimation ne peut fonctionner qu'avec les triangles qui lui sont donnés.

Optimisation et LOD : travailler à rebours à partir de votre fréquence d'images

C'est la chaîne que presque personne ne dessine, et elle fonctionne à l'encontre du fonctionnement de la plupart des équipes. Commencez par l'appareil, pas par le modèle.

Les détenteurs de plateformes publient des budgets. Les fournisseurs de moteurs ne le font en grande partie pas, ce qui est utile de savoir avant de chercher un chiffre faisant autorité sur Unity ou Unreal qui n'existe pas. La documentation d'optimisation graphique de Unity est délibérément qualitative, et Khronos a déplacé ses directives de création d'actifs glTF des chiffres fixes vers des profils d'audit par cas d'utilisation. Votre budget provient de votre matériel cible.

Meta publie ses chiffres triangulaires comme fourchettes recommandées en interne et ses chiffres d'appels de dessin comme fourchettes d'exemple. Il est également noté que les scènes ouvertes de grande taille devraient viser environ 50 % du nombre de triangles indiqué, car les objectifs publiés provenaient de niveaux plus petits et clos.

Lisez le tableau latéralement et la contrainte apparaît. Le même assemblage qui s'affiche acceptablement sur une station de revue de bureau doit tenir dans 250 000 triangles pour une application visionOS à espace partagé, et dans la limite recommandée par Google de 100 000 triangles et une taille de modèle de 10 Mo pour fonctionner sur le web et l'AR mobile. L'écart entre votre cible la plus lâche et votre cible la plus serrée est la véritable contrainte de conception, et pour la plupart des équipes, la cible la plus serrée est le web, pas le casque. Ce n'est pas un problème de décimation que vous résolvez à la fin. C'est un budget polygonale que vous allouez au début, que vous construisiez un configurateur web, une revue de conception, une simulation de formation ou un jumeau numérique.

Les appels de dessin méritent une attention particulière, car les données industrielles contredisent les conseils habituels. Le regroupement (batching) et l'instanciation GPU fonctionnent bien lorsqu'une scène instancie quelques objets de nombreuses fois. Les assemblages industriels ont le profil inverse : un nombre énorme de pièces distinctes, chacune avec son propre matériau. Fusionner des pièces qui partagent un matériau et instancier des pièces répétées telles que les fixations fait plus pour le taux de rafraîchissement que de rogner des triangles.

Les techniques qui valent la peine d'y consacrer du temps :

• Décimation avec préservation des bords nets. La documentation de l'Asset Transformer sur la décimation montre une pièce CAO réduite de 140 846 triangles à 13 126, soit une réduction de 90 %, avec une perte de qualité décrite comme presque imperceptible, y compris sur les arêtes vives.
• Suppression de la géométrie intérieure occluse. Un moteur rendra volontiers les ressorts internes d'une valve scellée que personne ne verra jamais.
• Désarmement. Supprimer les trous, les arrondis, le texte en relief et les filets qui sont inférieurs à un pixel à la distance de visualisation.
• Instanciation des pièces répétées. Des milliers de boulons identiques devraient être référencés dans un seul maillage de nombreuses fois.
• Génération d'enveloppe ou de proxy. Remplacer un sous-ensemble par sa coque extérieure pour le niveau LOD le plus éloigné.

Vos données survivent-elles ? Métadonnées, hiérarchie et PMI

La géométrie est la partie que tout le monde vérifie. Les données qui y sont jointes sont la partie qui peut disparaître silencieusement. Ce qui est important dépend du cas d'utilisation : un configurateur web peut n'avoir besoin de rien de plus qu'un identifiant de pièce, tandis qu'une application de formation de service est inutilisable si la hiérarchie et les numéros de pièces ne se résolvent pas sur le maillage. Décidez ce dont votre application a réellement besoin avant d'évaluer un fournisseur sur ce point.

Un assemblage CAO contient plus que des surfaces :

• Numéros de pièce et identifiants qui relient un maillage à un enregistrement ERP ou PLM
• Hiérarchie d'assemblage, y compris les sous-assemblages, les instances et les transformations locales
• Matériaux et couleurs, assignés au niveau de la pièce, du corps ou du visage
• Propriétés personnalisées, telles que le fournisseur, la masse, la révision et le centre de coût
• PMI et GD&T, les tolérances, les repères et les annotations qui véhiculent l'intention de conception

Attendez-vous à trois résultats, pas deux. La hiérarchie et les noms de parties survivent généralement à la lecture native, et se dégradent souvent lors d'une exportation neutre. Les matériaux survivent fréquemment en couleur mais perdent leur définition physique, donc quelqu'un réassigne les shaders en aval. Le PMI ne survit que si le format source et le lecteur le prennent en charge, c'est pourquoi le tableau de format est important au niveau de la colonne plutôt qu'au niveau de la ligne.

Le test à exécuter: consiste à convertir un assemblage connu, puis à vérifier qu'un numéro de pièce spécifique se résout toujours sur un maillage spécifique dans l'application cible. Pas « les métadonnées sont préservées » dans une fiche technique. Une partie, un nombre, une recherche. Faites-le donc à nouveau après la décimation, car l'optimisation est un endroit courant où les attributs se détachent de la géométrie qu'ils décrivent. Pour tout ce qui touche au service, à la formation ou à la qualité, faites-en une exigence notée plutôt qu'un avantage.

Automatisation, propagation des changements et gouvernance

Trois critères qui apparaissent à peine dans les comparaisons de fournisseurs, et ceux qui sont les plus susceptibles de déterminer si votre pipeline survivra sa deuxième année.

Automatisation. Le pipeline peut-il fonctionner sans humain dans l'interface ? Est-ce que ça s'exécute en mode sans tête à partir d'une ligne de commande ou d'une API ? Peut-il traiter des centaines de fichiers en lot ? Les paramètres sont-ils enregistrés sous forme de profils nommés et versionnés, ou sont-ils redécouverts par celui qui les exécute ensuite ? Y a-t-il une interface de script, telle qu'une API Python, pour les cas où les préréglages ne conviennent pas ? Un pipeline qui ne s'exécute que de manière interactive n'a qu'un seul opérateur, et cet opérateur est un point de défaillance unique.

Propagation du changement. C'est la chose la plus coûteuse à mal faire, et elle est absente d'essentiellement toutes les pages concurrentes. L'ingénierie publie la révision C. Qu'est-ce qui se passe ? Dans un pipeline non géré, rien ne se passe tant que quelqu'un n'y pense pas, donc votre application de formation, votre configurateur et votre environnement de révision montrent tous la révision B aux personnes qui prennent des décisions. Posez trois questions. Un changement de source déclenche-t-il automatiquement une nouvelle exécution ? L'actif mis à jour atteint-il les applications déployées, ou seulement la bibliothèque d'actifs ? Combien de temps prend une nouvelle exécution complète, car c'est votre véritable latence de mise à jour. L'automatisation du pipeline cloud associée au streaming 3D peut boucler cette boucle, en poussant un actif mis à jour dans une application en cours d'exécution qui invite les utilisateurs à télécharger la dernière version.

Gouvernance. Les actifs convertis se multiplient rapidement, et ce sont des données dérivées avec une lignée. Recherchez un contrôle d'accès basé sur les rôles (RBAC), un historique des révisions qui relie un actif optimisé à sa révision CAO source, une piste d'audit et une connexion à PLM ou PDM afin que le pipeline ne soit pas un univers parallèle de fichiers non suivis. C'est là que la gestion d'actifs 3D fait partie du pipeline plutôt qu'un achat séparé. Ce guide sur la gouvernance de l'infrastructure de données 3D couvre la couche d'architecture.

Multi-CAD : normaliser plus d'une source

Environ 48 % des départements d'ingénierie travaillent dans un environnement multi-CAO, selon une enquête de CADENAS PARTsolutions. Si le vôtre en est un, la normalisation est une exigence de premier ordre, pas un cas limite.

Quatre choses qui vont systématiquement mal lorsqu'une source native alimente un pipeline :

• Unités et systèmes de coordonnées. Une source travaille en millimètres et avec l'axe Z vers le haut, une autre en pouces et avec l'axe Y vers le haut. Les pièces arrivent à la mauvaise échelle ou couchées sur le côté. L'erreur est évidente dans une partie et invisible dans un assemblage de 30 000 pièces.
• Conventions de nommage et de matériaux. Chaque outil de création exporte ses propres noms de propriétés. Sans couche de mappage, l'automatisation en aval qui repose sur les numéros de pièce échoue par source.
• Fusion des assemblages. Un corps CATIA et un support NX doivent devenir une seule hiérarchie avec une seule racine, pas deux scènes côte à côte.
• Paramètres de tessellation par source. Une tolérance droite pour un boîtier usiné est incorrecte pour un panneau en tôle.

Demander si les règles de normalisation sont configurables et réutilisables, ou codées en dur par importation.

Construisez-le vous-même, ou achetez un pipeline?

Scripting votre propre conversion est la véritable alternative la plus courante, et elle mérite d'être entendue honnêtement.

L'argument en faveur de la construction. Avec un format de source unique, une plateforme cible unique et des exigences stables, un script sur un noyau open-source ou sous licence est un week-end de travail et des années de service à faible maintenance. Les équipes font cela bien. Vous gardez le contrôle de la sortie, ne payez pas de licence par siège et adaptez le pipeline à vos données plutôt que d'adapter vos données à un produit.

Quel bâtiment coûte au fil du temps. Le format de couverture passe en premier, parce que les sources se multiplient. Quelqu'un acquiert une entreprise qui utilise Creo, et votre script uniquement STEP a besoin d'un traducteur que vous n'avez pas. Le licenciement du noyau est une ligne budgétaire réelle, et les noyaux doivent être mis à jour lorsque les fournisseurs de CAO livrent de nouvelles versions, de sorte que chaque version de CAO devienne un événement de maintenance. La qualité est le plafond le plus difficile : la préservation nette des arêtes et la génération automatique de LOD sont un travail de spécialiste, et un décimateur naïf arrondira vos chanfreins. Le spécialiste qui a écrit le script devient un point de défaillance unique sans documentation ni plan de succession.

Quand le bâtiment est bon. Un format, une cible, faible volume et une expertise en géométrie déjà en interne. Ou une exigence si spécifique qu'aucun produit ne la couvre. NIST a quantifié le coût d'une mauvaise interopérabilité il y a des décennies, constatant qu'une interopérabilité imparfaite imposait au moins 1 milliard de dollars par an à la chaîne d'approvisionnement automobile américaine, la majorité étant attribuable au temps et aux ressources consacrés à la correction et à la recréation de fichiers de données inutilisables. Le compte de format n'a fait que se multiplier depuis.

Combien ça coûte

Les prix deviennent obsolètes, évaluez donc les modèles plutôt que les chiffres.

• Par siège. Une licence nommée ou flottante pour un outil de bureau interactif. Prévisible, et il évolue avec les opérateurs plutôt qu'avec les données.
• Par conversion ou par volume. Courant dans la tarification du cloud et des API. Efficace à faible volume, et mérite d'être modélisé si vos données sources changent fréquemment.
• Licences SDK ou d'exécution. Pour la conversion en intégration dans votre propre produit. Habituellement négocié, souvent avec des conditions de redevance ou de distribution.
• Entreprise ou sur site. Requis lorsque les données ne peuvent pas quitter votre réseau. Tarifié comme un accord de plateforme.

Le coût est rarement déterminé par le nombre de sièges. Il est piloté par la variété et le volume des sources. Dix formats et des révisions quotidiennes coûtent plus à supporter qu'une centaine de sièges lisant STEP une fois par trimestre.

Le prix publié est un substitut raisonnable pour la transparence. Dans la gamme de produits Unity Asset Transformer, Asset Transformer Studio affiche un prix annuel par siège, le Toolkit est inclus dans un abonnement Unity Industry, et le SDK est facturé. Les outils connexes tels que logiciel de configuration de produits peuvent avoir leur propre licence, il faut donc cadrer toute la chaîne plutôt que l'étape de conversion seule.

Une liste de contrôle restreinte

Quinze questions pour tout fournisseur, y compris Unity. Un honnête peut y répondre tous.

1. Quels formats CAO natifs lisent-vous directement, sans étape d'exportation ?
2. Pour chacun de ces formats, lisez-vous le B-rep, le PMI et les métadonnées, ou seulement la géométrie ?
3. Quels paramètres de tessellation puis-je définir, et dans quelles unités ?
4. Puis-je enregistrer les paramètres de tessellation et d'optimisation en tant que profils nommés réutilisables ?
5. Quelle est votre qualité de décimation sur les arêtes vives, et pouvez-vous montrer un avant et un après sur ma géométrie ?
6. Générez-vous automatiquement les niveaux LOD, et puis-je définir la cible de triangles par niveau ?
7. Pouvez-vous supprimer automatiquement la géométrie intérieure occluse et les pièces répétées d'instance ?
8. Qu'arrive-t-il à la hiérarchie d'assemblage, aux numéros de pièce, aux matériaux et aux propriétés personnalisées tout au long du pipeline ?
9. Les métadonnées restent-elles attachées à la géométrie après la décimation et la génération de LOD ?
10. Le pipeline peut-il s'exécuter en mode sans tête, en lot, à partir d'une CLI ou d'une API, sans session interactive ?
11. Lorsque les révisions du CAO source changent, le pipeline se relance-t-il automatiquement et l'actif mis à jour atteint-il les applications déployées ?
12. Combien de temps prend une nouvelle exécution complète de mon plus grand assemblage ?
13. Comment les actifs convertis sont-ils versionnés, et puis-je les retracer jusqu'à la révision CAO source ?
14. Quels contrôles d'accès et quels journaux d'audit fournissez-vous, et intégrez-vous avec mon PLM ou PDM ?
15. Comment le prix change-t-il lorsque j'ajoute un format de source, double mon volume ou ai besoin d'un Deployment sur site ?