中国科学院计算所李华研究员

博士、中科院计算所研究员、中国科学院大学岗位教。1982年毕业于北京航空学院，1986年在该校获得硕士学位，1989年在中科院计算所获得计算机应用博士学位，作为联合培养博士曾在德国留学和在日本访问；1991年起在中科院计算所从事CAD与图形学研究，1994年聘为研究员，1995年博士生导师；曾聘为中科院计算机辅助设计开放研究实验室主任，国家科技部863计划计算机集成制造系统专业专家组成员。中国计算机学会杰出会员，美国电子与电气工程师学会IEEE高级会员，《计算机辅助设计与图形学学报》副主编，《软件学报》领域编委。曾任中国图学学会副理事长、中国图象图形学会常务理事、IEEE北京分会主席、英国工程技术学会 IET 北京分会主席。主要研究领域为图形学与可视化。曾获得过国家科技进步奖，IEEE 第三个千年奖，以及中国科协全国优秀科技工作者称号。

改革开放以后，计算所开始与国外进行学术交流，在人才培育的同时也面临人员流失，研究队伍的发展和巩固面临着挑战，科研体制也要进行调整。1986年，刘慎权与魏道政、林宗楷一同向时任中科院副院长严东生递交了创办CAD开放实验室的申请。1987年8月13日，中科院正式批准成立我国第一个CAD开放实验室。首届实验室主任是林宗楷，魏道政为学术委员会主任。

“搞开放实验室时，建了好多工作站。那时候我们干劲十足，雄心勃勃，集成电路的CAD什么都想做，还买了外国的软件，研制了图形核心系统(Graphical Kernel System, GKS)。”刘慎权回忆道。1991年，他带领CAD开放实验室的计算机图形学研究组，在国内率先开展科学计算可视化研究，完成了多个重点项目和攻关项目，其中“科学计算可视化的方法及其应用研究”获得了1997年中国科学院科技进步二等奖和1998年国家科技进步三等奖。

刘慎权从1978年开始带硕士研究生，1980年晋升为研究员，1984年，他成为计算所仅有的四位博士研究生导师之一（另外三位是夏培肃、高庆狮和魏道政）。刘慎权共指导了19名硕士生和36名博士生，以及3名博士后。他带的研究生，如杨瑞元、刘永春、李华、熊一华、赵靓海、白似雪、唐卫清、文四立、王建翔、顾宁、马华东、李斌、梁训东、徐迎庆、孟祥旭、何涛、刘晓平、苏成、任继成等，一起完成了许多项目。

1977年成立CAD室，1987年中科院CAD开放研究实验室：系统模拟、逻辑综合、逻辑模拟、布局布线、测试与诊断等。

实验室的建立旨在吸收国内外专家学者的宝贵经验和智慧，吸引多学科多行业的优秀人才，加强学术交流：充分利用实验室的设备，向研究人员提供必要的科研、学习环境，产生更多、水平更高的科研成果和培养专业人才，加速发展我国CAD技术和应用水平。

计算机辅助设计学科主要研究CAD的基础理论、方法及应用技术，研制和开发实用的CAD软件系统。日前实验室着重在CAD、CAT、计算机图形学、工程数据库四个方向进行研究，具体的研究内容包括：

（1）机械、电子、建筑、地理、艺术CAD；

（2）故障诊断、易测性设计和容错技术；

（3）计算机辅助几何设计；

（4）计算机图形学理论及应用；

（5）工程数据库；

（6）模拟仿真技术；

（7）智能CAD技术；

（8）并行处理技术在CAD中的应用：

（9）CAD的研究开发坏境；

（10）设计方法学。

问：您刚刚从德国的CeBIT99归来，能否谈谈这次展会在CAD技术方面的一些新动向？

答：说到CAD技术，我们不能不谈到图形图像技术，因为作为CAD技术实现的辅助手段，图形图像技术的发展直接促进和制约着CAD技术的发展。因此，谈到此次展会，首先要谈的是图形图像技术的发展，也是我印象最为深刻的。图形图像技术中的数据采集与数据输出技术在最近几年中已经有了长足的发展。

我们一直认为，近年来计算机的速度、容量等机器自身的性能在不断提高，而处理图形图像方面的能力并没有跟上来，如图形图像的显示、输出等。可以说，作为虚拟现实技术（VR）应用之一的虚拟制造等，对3D显示技术提出了更高的要求。显示技术的进展在这次展会的表现光为突出，数码相机，3D扫持仪、彩色打印机以及快速成型设备等技术的飞速发展，为图形图像的处理提供了极强的工具，起到了非常大的促进作用。人们可以看到，现在的CAD设计，从数据采集开始就是数字化的，还有更进一步的，如输出效果就和照片一样真实的打印等等。其次就是3D立体效果的问题，以前我们在进行CAD设计时，观看图形图像的立体效果要戴头盔，或者眼镜等，输出打印也只能是2D图形。但这些都是不自然的。今天，我们看到了一些公司在利用光栅或全息手段，直接显示3D立体图形；同时被誉为3D打印机的快速成型设备的研究也有新的进展。过去，我们在计算机里完成一项原型设计后，要实例化就要经过一系列的车削加工或铸造等手段，才能看到其模型，再验证是否合理。现在，我们可以采用树脂、激光等手段，直接把计算机中的3D模型，通过快速成型设备立即得到其物理模型。这样，免除了实际模型设计的繁杂过程并可节省大量的费用。这方面的研究国内也已经取得了进展。

问：在CAD的研究与应用领城，我们取得的主要成绩有哪些？主要问题又是什么呢？

答：CAD的研究与应用可以说是一个很“古老”的话题。用计算机作为辅助设计的工具，并为相应的制造业等服务，无论在理论研究，还是在实际应用，我们都努力了许多年，并且取得了一定的成绩。从理论研究的角度看，我们已经具备了一定的竞争能力，可以与国外先进的国家相抗衡。比如我国的中科院计算所、清华大学、浙江大学、华中理工大学等单位都在CAD的研究方面取得了一定的成果。但在应用方面，一般地说，我们还远没有形成自己的CAD产业，许多是在外来软件如AutoCAD等平台上进行二次开发和应用。这可能与我们的经济实力也有关系，因为要建立如此大型的软件平台，除了需要技术研究力量之外，还要有大量的资金作为技术开发的基础。如果靠某个公司单打独斗的话，只能在一些应用领域小规模上有所作为，很难形成一定的市场。我们今天提到CAD产业的问题，是因为我们越来越清楚地感觉到，CAD在我国真正应用好，不仅仅是单个软件的应用问题，更重要的是基础平台建立的问题，通过计算机建立一个环境，在此基础上背靠强大的技术力量，构建我们的系统，为我们的应用服务。

问：CAD作为设计与制造业的辅助工具，包括软件、硬件、系统配置等各个方面，您认为这几方面在当前的环境下，哪一部分的发展对CAD整体的发展更起决定作用呢？

答：作为一个问题的主体，软件、硬件及系统配置等都是相关的，在不同的技术发展阶段，它起的作用可能会各有侧重。在早期，主要是硬件如计算机自身的处理能力的问题。比如，CAD技术所需要处理的数据量非常大，要通过计算机处理，如果没有足够的内存、高速的CPU，我们就无法解决这类问题。但随着计算机技术的迅速发展，这个过程很快就过去了，接下来的就是CAD技术中大量图形图像处理的问题。硬件技术的发展，前面已经讲过，我们收集这些数据、储存这些数据已经不再觉得困难，但面对这些大量的、已经输人到计算机单的数据，如何通过计算机提供有用的信息、计算和分析，最后得到我们希望得到的结果，这将成为CAD发展的瓶颈问题，即算法问题，也就是软件问题了。在一个人机系统中，提高人机交互的效率、使计算机变得易用好用，能够理解人的设计意图，算正成为人的助手，是人们关心的问题。有专家预测，现在，或者说在今后相当长的一段时间里，我们都将面临这样的问题。当然，这类问题的解决牵涉的面很广，我们也在积极地探索，如前一段时间，我们讨论得比较多的科学计算可视化问题、虚拟现实问题等等，都将为这些问题的解决，提供技术理论基础。

问：在CAD设计中，我们从2D设计进化到3D设计，经历了一个非常长的阶段。未来CAD的发展将会朝着怎样的方向发展？

答：2D设计主要是基于平面图形的，3D设计则更趋于立体图形图像的设计。但并不是说3D一定要代替2D的设计，在不同的应用领域，它们将发挥不同的作用。我们国家进行CAD设计，即所谓用计算机设计用掉图板，很多也是在用计算机进行2D的设计，因为有许多2D的设计很难用3D来表示，人们对3D的把握比2D又要困难得多，因为工具的限制和人们设计习惯的限制，我们不很容易完全抛弃2D设计。现在国外的CAD设计多偏重于3D设计，我想我们随着观念的转变和工具的进步，也会更多的趋向于3D设计。另外，从CAD的发展来看，未来的超势将是与计算机模拟和工业设计技术的结合。在计算机网络化迅速发展，可用计算资源的丰富，计算机模拟在设计中的地位日见重要。例如，连网的桌面计算机的功能日益强大，也许用不了多久就可以精确求解小尺度范围内的流体的性态，从而使得许多相关问题得到优化。计算机模拟正在成为与理论研究和物理实验同等重要的研究手段。另一方面，按照个人不同偏好的个性化的定制生产将是新世纪制造业的主流。如何满足这些要求，是CAD领域的研究者非常关注的问题。现在大家比较推崇“创新设计”这样一个概念，许多企业在市场竞争中失利，其中一个很重要的原因就是缺少有自主产权的、有创造性的产品。CAD作为一个辅助设计手段，与人们的生产、生活是密切相关的。在设计过程中，如何提供一个具有创新性的CAD设计手段，一个得心应手的环境，包括高效率的人机交互手段，使设计者在以人为中心的设计环境中，更好地发挥创造性，将是一个富有挑战性的课题。

问：CAD技术的研究与应用与许多工厂、企业的生存是密切相关的，但从我们国内市场来看，产品非常少，CAD市场远没有其他产品市场那样红火，您怎样着待这种情况呢？

答：对于一个企业来讲，CAD技术作为有效的辅助手段的确很重要，我们国家在这一技术的普及方面也取得了一定的成果。据我所知，我们国家在CAD应用工程和863计划的CIMS主题中已经投人了大量的力量研究和推广，并且取得了很好的成绩。例如，有的企业已经将所有的报价系统全部通过CAD或者CIMS系统来完成，能够迅速反应出产品的需求、余缺的情况等。这也将与国际工程项目招标等接轨，即必须用什么样的CAD软件做到什么样的程度，否则将不予考虑。这是一个基本的的竞争手段。国内市场上CAD软件少，不能立即见效地实施CAD等问题与CAD技术本身的发展有关，更与我们国家计算机的普及密切相连。这需要一定的时间来解决。用户增多了，需求增多了，势必会刺激市场的繁荣和发展。说到CAD市场不是很热，我想可能是由于CAD技术已经非常成熟，没有太多的概念需要爆炒，而是要有一些专业技术人员去关注和研究，扎扎实实推广、普及和应用。

CAD几何引擎

天枢摇光定位在高性能三维几何引擎和底层算法库的研发，致力于面向高端制造需求、融合最新技术重新定义下一代引擎。三维几何引擎通常由几何建模引擎和约束求解引擎等组成，是CAD/CAE/CAM等应用的核心底层内核，为CAX应用提供了最核心的三维模型建模和编辑能力。天枢摇光创始团队具有深厚北航和中科院的基因，在CAD与计算机图形学领域深耕四十余年，先后完成多项国家重大研发任务，并与国内外主要研发团队保持长期密切合作。天枢摇光有信心最大程度集中最强的研发力量，与学术界、产业界同怀报国理想的团队携手奋进，基于公司独特的新机制、新模式和新技术，矢志不渝突破国家“卡脖子”技术。

天枢摇光董事长、原中科院计算所CAD开放研究实验室主任、中国计算机学会CAD&CG专委会前主任李华研究员表示：从新石器时代开始，人类掌握的工具就是人类进步和划分时代的标志和依据；CAD一类软件是现代先进制造不可或缺的工具，是制造大国的基础，更是制造强国的保证。造成我国CAD软件相对落后的原因是多方面的，最重要的是没有认清CAD 作为基础工具的意义。这一工具必须完全自主掌握，才能在大国博弈的严峻国际环境下立于不败之地。天枢摇光将持续集结代表国内顶尖高校和国立科研机构最高研发水准的‘重装集团军’，助力我国打赢高端CAD软件的下半场。