任何成功的設(shè)計(jì)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(zhì)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(jī)械生產(chǎn)廠家之一，長期致力于更快地設(shè)計(jì)并制造出品質(zhì)更優(yōu)的產(chǎn)品。Caterpillar公司在應(yīng)用RealD公司推出的CrystalEyes 立體眼鏡設(shè)備中，發(fā)現(xiàn)立體3D可視化技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用將會降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，并減少原型的反復(fù)修正。” Caterpilla公司的產(chǎn)品用于建造、維護(hù)并再造全球的許多基礎(chǔ)建設(shè)，包括公路、水壩、機(jī)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(jī)械設(shè)備幫助各國進(jìn)行原材料的開采與運(yùn)送，農(nóng)業(yè)設(shè)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(cái)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(zhuǎn)變
矗立于競爭激烈的大型工業(yè)機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中，Caterpillar 公司堅(jiān)持不懈地尋求創(chuàng)新，以期成為高品質(zhì)產(chǎn)品的領(lǐng)先供應(yīng)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(kuò)展，公司的首要目標(biāo)是通過提供最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，抓住每一個新的市場機(jī)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(zhì)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(shè)計(jì)。對于Caterpillar公司而言，這種變革表現(xiàn)在以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工具的引進(jìn)、全智能數(shù)字化設(shè)計(jì)及原型創(chuàng)作的應(yīng)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(shù)師熟練掌握。

Caterpillar公司的生產(chǎn)過程包括三大階段：機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)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(fèi)用昂貴的實(shí)驗(yàn)過程，耗資可達(dá)上百萬美元。

而在Caterpillar公司作出重要變革之后，只有當(dāng)工程師與管理人員確認(rèn)已作出高品質(zhì)、易執(zhí)行的設(shè)計(jì)方案之后，才會在設(shè)計(jì)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(shù)和CrystalEyes的應(yīng)用付諸圖形當(dāng)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(diǎn)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(jì)算機(jī)顯示器同步化的一個紅外發(fā)射器實(shí)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(biāo)準(zhǔn)工作監(jiān)視器上左右眼視點(diǎn)的更替顯示解決了過去一直存在的z軸真實(shí)控制或深度問題，這在真實(shí)3D圖像的顯示中非常重要。對于圖像的遠(yuǎn)程操控與可視化，立體3D技術(shù)使用戶能通過所有坐標(biāo)軸包括z軸，對屏幕上發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行控制。真實(shí)立體3D中的可視化與目標(biāo)視圖的可操控性對于Caterpillar公司的CAE和可視化原型進(jìn)程都是至關(guān)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(shè)計(jì)目標(biāo)，然后使用機(jī)械CAD制圖工具在HP和SGI UNIX 工作站上設(shè)計(jì)出一個機(jī)械設(shè)備。再將設(shè)計(jì)作品導(dǎo)出為無數(shù)的CAE 實(shí)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(jì)算流體動力學(xué)（CFD）軟件，對穿過一臺設(shè)備的氣流進(jìn)行復(fù)雜分析。氣流功效的最優(yōu)化可使設(shè)備功能更為強(qiáng)大，同時工作效率更高。在此模式中，分析結(jié)果和進(jìn)行的修訂變更都是在可視化基礎(chǔ)上完成的。該模擬的可視化輸出為高度復(fù)雜的3D數(shù)據(jù)，包括Z軸上顯示的關(guān)鍵信息。

“我們在沒有采用CrystalEyes設(shè)備之前，根本無法實(shí)現(xiàn)如此大規(guī)模的可視化應(yīng)用，”Cooper感嘆道。

從Caterpillar 公司的角度，立體3D可視化技術(shù)解除了隱藏在這些復(fù)雜的3D模擬背后的重大信息的藩籬。公司因此還能夠?qū)χ匾臋C(jī)械部件進(jìn)行壓力與運(yùn)動分析，以測定設(shè)備在不同條件下的強(qiáng)度、承受性和負(fù)載能力。需要再次強(qiáng)調(diào)的是，立體可視化技術(shù)的應(yīng)用，使復(fù)雜艱深的圖形數(shù)據(jù)結(jié)果更為清晰易懂。

Caterpillar公司最終憑借這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。事實(shí)上，一件機(jī)械設(shè)備的性能及結(jié)構(gòu)動力學(xué)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(shè)計(jì)審核過程。在此期間需要對產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出諸多改進(jìn)和修改的建議，并向項(xiàng)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(shí)時地在真實(shí)空間內(nèi)演示所建議的設(shè)計(jì)變更，而不是使用2D圖形進(jìn)行模糊演示或使用抽象概念進(jìn)行描述。上層管理人員從接受到意見反饋，到進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)演示，我們因此能在任何人面前就復(fù)雜的幾何或數(shù)學(xué)問題進(jìn)行直觀的解釋，使他們更容易理解和討論”。人工學(xué)設(shè)計(jì)與人力因素在設(shè)計(jì)審核階段同樣非常重要。

“Caterpillar 公司的操作人員可應(yīng)用各類工具設(shè)計(jì)并制作各種機(jī)械設(shè)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(shí)的機(jī)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(yīng)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(yīng)用于硅圖公司的計(jì)算機(jī)上，兼容O2系統(tǒng)到大型Onyx 2圖像超型計(jì)算機(jī)。

獲得收益
設(shè)計(jì)進(jìn)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(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)站穩(wěn)腳跟、獲得成功的目標(biāo)來講，每一名員工都應(yīng)取得對發(fā)展的共識。

3D立體技術(shù)的引入，Caterpillar公司不但能夠執(zhí)行復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，還可在公司內(nèi)部對設(shè)計(jì)和制造目標(biāo)進(jìn)行清晰、便捷的溝通和交流。從機(jī)械設(shè)計(jì)師到高級主管，都對公司下一步的發(fā)展計(jì)劃胸有成竹，這些努力將推進(jìn)Caterpillar公司保持核心競爭力。