一个行业若寻根，就会发现万千世界最终都会聚焦于一点。
“一粒沙，一个世界”。 一个世界充满了万千事物，但只是投射到一粒沙子上。 目前游戏图片，数字化设计和制造作为工业的主流，需要使用CAD（计算机辅助设计）等工具。 CAD的基本底层支撑是通用几何建模平台，也可以称为几何内核。 作为实体建模的关键引擎，许多CAD供应商都会通过购买或自行开发的方式构建自己的CAD功能。
然而，距其诞生已有四十年了，世界仍笼罩在数学家的神话之中。
而这个世界还很小。 这是一个用放大镜都找不到的小众市场。 它是众神殿的基座。
1. 天才工程师的两个金蛋
几何建模平台是CAD软件的核心和基础部分，通常称为几何内核或几何引擎。 通常，当前的CAD系统提供参数化建模方法。
这是一个关于一位传奇数学家的故事。 英国剑桥大学是那个时代最光明的地方。 1973年，剑桥大学CAD实验室的Ian Braid完成实体建模博士论文后，与导师Charles和同学Alan创立了Shape Data公司，随后开发了第一代实体建模软件Romulus。 1981年，一家美国公司收购了工程师的公司，开始研发拥有美国版权的第二代产品，也就是后来著名的几何引擎Parasolid。 1988年，美国CAD供应商UG收购了Parasolid，并将其集成到UG集成系统中，使其成为实体和曲面建模的通用几何平台。
同时，Parasolid还作为独立的核心产品，为其他CAD软件开发商提供高质量、世界一流的几何建模核心功能。
这个几何内核的故事到这里就结束了。
然而神人却永远不会停止折腾。 1986年，美国空间技术公司找上门来，让伊恩感到困扰。 他再次开发了第三代面向对象的实体和曲面通用平台ACIS：ACIS是三位伟人的创意：Alan Grayer、Charles Lang和Ian Braid。 名称的前缀，S取自实体（Solid）的前缀。 由于ACIS采用了面向对象的数据结构和C++编程，算法得到了很大的改进。 其运行速度是第一代Romulus的4-20倍，第二代Parasolid的2-6倍。
除了技术进步之外，ACIS还采用了一种有效的商业模式：即鼓励软件公司在ACIS上开发兼容STEP标准的集成制造系统。 所有在ACIS上开发的CAX系统都共享几何模型，并且可以直接相互交换产品数据。 ACIS 构成了这些系统的几何总线。 结果，信徒的人数大大增加。
剑再次成功出鞘。
ACIS于1989年推出后，产生了巨大的影响。 许多CAD公司要么采用了ACIS内核，要么采用其思想来改进自己的内核。 例如法国的Euclid-S、CATIA，美国的Intergraph、I-DEAS等都纷纷效仿，采用了这种面向对象的思想进行改进。 最重要的一次发生在1993年，当时Autodesk与Spatial Technology公司签约，在ACIS平台上开发MDT三维参数化特征设计系统，成为ACIS的最大用户。
2.内核不等于CAD：没有UG就没有几何引擎
然而，人们对几何引擎存在着巨大的误解。 人们认为首先是几何引擎，然后是其之上的 CAD 软件。 几何引擎原本并不存在，它隐藏在CAD中。
当达索航空公司将 CAD 部门分离出来并将其命名为 CATIA 时，还没有几何引擎。 麦道公司开发的CAD软件供应商UG和Autodesk公司的MDT都是没有几何引擎的概念。 所有系统模块都放置在一起。 同样，后来因参数化建模而闻名的PTC也没有这些引擎的概念。
正是 UGS 在制定自己的业务战略时所采用的方法，使 Parasolid 几何引擎成为一个独立的概念，甚至随后发展了一个小型的利基业务。
UGS最早的CAD也是和几何引擎混合在一起的，后来内核工作逐渐外包给ShapeData。 这意味着PARASOLID从一开始就可以用两条腿独立行走。 UGS只是一个在外包系统中使用PARASOLID的团队。 Parasolid 还允许使用由 UG 提供的一些反馈丰富的功能。 这意味着UG长期负责Parasolid的“测试工作”。
这种相互依赖的关系已经达到了一定程度，几何引擎也逐渐达到了产品级的应用成熟度。 一段时间后，UG和Parasolid已经变得密不可分。 最终，UG干脆收购了Parasolid。
没有 UG，就不会有 Parasolid。 不存在“几何引擎”这样的东西。
3.内核阵营开始分裂
虽然重要，但市场很小，核心企业无法单独生存。 Spatial于2000年被达索系统收购。时隔14年，著名的几何建模内核ACIS终于回到了大型CAD厂商的手中。 和它的前身《几何内核》一样，嫁入豪门是最好的选择。
不过，在此之前，CATIA 与 ACIS 没有任何关系。 CATIA 完全是自主开发的核心。 嚣张的法国人一直在改进他们的CATIA几何建模引擎，从最初的曲面建模到后来基于BRep的实体建模。 甚至CATIA也没有购买通用的约束求解器，而是自己开发的。
直到后来CATIA才决定将底层分离出来3D植物，创建一个独立的业务。 达索也花了几年的时间才分离出了所谓的几何内核，也就是CGM。
因此，购买ACIS，用于CATIA，主要是出于业务需要和数据交换。
于是，Parasolid和Acis分别被西门子和达索控制，发展成了一个巨大的坑，成为两大阵营。
AutoCAD、MDT、Inventer 和 Microstation 都使用 ACIS 几何建模器作为其核心。 UG、SolidWorks 和 SolidEdge 使用 Parasolid 几何建模器。
在这些3D CAD的实体几何建模核心中，老牌Parasolid和ACIS是几何建模系统的两大老本。 由于他们从一开始就相对独立发展游戏开发核心技术，所以比较有名气，成为一代又一代的CAD厂商； 此外，Da CGM 是市场上三种商用几何引擎之一。
表1 ACIS与Parasolid的比较
但大型CAD软件公司一般都有自己的核心。 除了CATIA之外，开创参数化建模时代的PTC也有自己的核心Granite，主要是自己使用。 这是一个曲折不断、充满八卦的故事。 当时进入天空的CAD公司，如CV，也有自己的核心，但转向参数化实体建模并不成功。 PTC是由从CV“离家出走”的高管创立的。 非常成功，然后获得了CV。
4、几何引擎让CAD市场充满猜疑和阴谋
Parasolid 被出售后，Braid 等人重新成立了一家公司，继续核心业务。 这给了后起之秀SolidWorks一个很好的机会。 它最初向投资者提供的版本是基于 ACIS 的。
但投资之后，我开始测试 Parasolid 和 ACIS。 几个月后，它被切换到 Parasolid。 尽管ACIS功能表看起来与Parasolid类似，但在实践中却不起作用。 前面提到，虽然ACIS是实验室性能更加出色的第三代几何引擎产品，但自诞生以来，还没有哪家大公司愿意像当年的UG那样将ACIS紧密捆绑在一起。 因此，ACIS的市场份额一直低于其之前的版本Parasolid。 这充分证明，在工业软件CAD\CAE\EDA领域，没有交互式的工程用户反馈，任何工业软件都是不可能发展起来的。
然而，作为UG的竞争对手之一，SolidWorks一直生活在一种怀疑的状态中。 如果 UG 将来拒绝出售 Parasolid 会怎样？ 这是一个模糊的影子。 这个问题的解决方案必须来自一个更大的家伙。 1997年，达索以3.1亿美元收购了SolidWorks。
这回轮到达索起了疑心了。 Parasolid 掌握在 UG 手中，对 Solidworks 构成巨大威胁。 2000年，达索决定战略性收购ACIS所在公司Spatial Tech，为SolidWorks提供另一种安全保障。 从此，达索开始与ACIS互动。 随后，达索将其核心 CGM 和 ACIS 置于 Spatial 之下。
然而，这次收购却惊动了另一家巨头的利益。 使用ACIS作为内核的Autodesk Inventor也感受到了同样巨大的威胁。
欧特克非常警惕。 为了避免被达索控制，它以反垄断为法律手段游戏开发核心技术，开始与达索提起诉讼。 拉锯战的结果是达索可以拥有ACIS，但欧特克有权随时购买ACIS源代码。 以此条件为限制，达索随后顺利完成了对ACIS的收购。
几年后，Autodesk很快使用了这一权利，并付费购买了ACIS的整个源代码，也就是ACIS R14版本。 随后，Inventor在此基础上经历了多个版本的迭代。 应该说，Autodesk的几何内核虽然源自ACIS，但与原始版本有很大不同。 也可以认为Autodesk已经有了自己的核心。
5、开源尚存一苗
开源的 OpenCasCade 是一棵奇特的幼苗。 1964年成立的法国公司MATRA的欧几里得系统也有自己的核心，主要是曲面建模。 为了与PTC竞争，开发了新一代Cas.Cade核心。 现任职于华天的一位总工程师，负责开发基于Cas.Cade的新一代CAD系统Euclid Designer。 当时中国航天集团公司非常欣赏它的理念，认为它符合航天设计的需要，可以顺利地从旧的Euclid Designer过渡到新的Euclid Designer。 遗憾的是，Matra最终被达索收购，整个新一代系列的开发基本停止。 被寄予厚望的航空航天不得不逐渐转向Pro/E。
达索和马特拉合并后，没有吸纳所有研发人员，也没有说如何使用Cas.Cade，让剩下的人员成立公司。 这部分团队只是将其开源，并按照完全开源（LGPL）协议进行管理。 代码主要由法国团队管理，但俄罗斯有一个更大的团队进行定制应用程序开发。 虽然这不是达索所预料的情况，但已经为时已晚。 这几年版本更新比较快。 基于该内核，开发了开源CAD系统FreeCAD。 目前国内也有社区使用OpenCasCade开发一些小型系统。 作为开源几何引擎，开发商业CAD软件并不容易。
6. 买不如建，再次破坏商业化机会
拥有高水平的核心是开发自主CAD/CAM/CAE软件的核心工作。 然而，世界上几何引擎所剩无几，基本处于垄断地位。 中国的有ZW的Overdrive内核（原美国VX CAD的内核，2010年被ZW收购）和华天的CRUX IV（华天CAD系统SV的内核）等。
然而这件事根本无法商业化。 比如忠旺就曾考虑做一个更加商业化的核心。 但市场需求并不支撑。 最大的几何内核Parasolid，年营业额超过3000万美元。 如果我们做核心产品和Parasolid竞争，我们就不可能生存。
由于商业原因，西门子的UG一直没有太热衷于销售中国芯。 所以国内很多项目只能两者选其一，而且他们一般都是和Spatial公司合作。 尽管ACIS的价格很高，但国内CAD厂商也只能做出让步。
中国拥有独立的核心，这是一个令人振奋的消息。 然而，单独开发CAD几何内核没有太大市场，需要与三维CAD软件系统集成。 事实上，国产CAE和CAM完全可以利用国产核心来共同开拓市场。 当然这只是一个假设。 在中国，每个人都面临着生存压力，“买比制造更好”。 无论是几何内核还是约束求解器，它们都可以是核心共性技术，但没有一个制造商能够负担得起。 最终只能是一盘沙。
中国CAD行业知名专家、时任中国工程图学学会理事长唐荣熙，2000年雄心勃勃地在业界提出了“振兴几何建模平台”的口号。高级通用几何建模平台是CAD软件产业发展的一级火箭助推器。 当时，国内很多CAD公司借助CIMS和绘图板蓬勃发展。 与国外的差距并非不存在，但似乎还是看得见、够多的。
然而，几何内核是从许多成功的工业软件功能中提取出来的。 没有成功开发优秀CAD软件的基础，就没有办法开发几何平台。 对于软件公司来说，要想在市场中生存下去，不采用先进、流行的通用平台不仅会拖延进度，甚至会导致徒劳。
这看起来像死结吗？ 在西方，主流CAD诞生于航空工业。 波音和达索给了这些CAD软件厂商足够的机会和反馈，使得国外的CAD厂商逐渐成长起来。 在中国，急功近利的中国制造绝对不会给上游软件供应商机会。 要么赢，要么输。 缺乏用户方的精心呵护和战略支持，是我国CAD、CAE、EDA发展道路上的最大障碍。
7. 错过的就永远不会回来。
唐老甚至在2004年就提出，业界不要把自主开发的开发平台定位为类似于ACIS、Parasolid的几何平台产品，而是把目标定为打造新一代的功能特征平台，以功能特征为基础。 操作对象要求新一代平台必须同时考虑几何形状和功能。 这是一个更高的志向。
现在回想起来，在本世纪初，当中国自主CAD还处于方兴未艾的时候，很多公司都跃跃欲试地做几何内核。 结果，他们都无功而返。 十五点钟。 认为几何核心是 CAD 系统是一个常见的误解。 这是历史天空下的误会。 随后的相应决定也是错误的。
近20年过去了。 国外CAD、CAE厂商市场占有率超过95%，高端CAD占比更高。 唐先生的梦想成了遥不可及的愿望。
当务之急是把CAD市场做大、活跃起来。 以手机为例，华为做手机芯片是情理之中的事。 因为它有足够的规模和自己的市场来支撑，当然也有足够的资金。 至于其他小型手机厂商，目前还处于解决生存问题的阶段。 他们的主要目标是抢占细分市场并生存。 谈论制造芯片是不可想象的。 国产CAD核心是打破国外垄断的潜在希望。 就像华为的麒麟芯片一样，它是一个不断跳动的小火焰。
笔记
1970年至2000年7月5日，当法国达索系统公司签订以2150万美元现金收购ACIS业务的合同时，三人决定退出ACIS和几何内核领域。 闪耀了一代人的星空开始黯淡下来。 30年来，这三位才华横溢的工程师和科学家的主要精力都集中在实体建模平台的开发和完善上，这也照亮了其他几家CAD公司的探索之旅。 几乎完成了对未来所有通用几何建模平台的探索。
数学家与工程师的结合，是Geometric Kernel四十年不败的传奇魅力。
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作者：林学平（南山工业学院创始人、北京联讯电力咨询公司）。 如果您想了解行业资讯，请关注个人微博“南山林雪平”，24小时敏锐点评最新行业动态。 看行业，南山见。
