通常在CAD軟件中，工作站計算能力及圖形處理能力的提高，也將概念設計中的交互性提升至新高度。如今在主流的建模程序中（如SOLIDWORKS、Autodesk Inventor、PTC Creo和Siemens PLM Software的NX等），用戶已能夠很快對CAD建模結果進行渲染，以照片級寫實的模式查看其設計，并從美學角度進行審視。這種近乎即時的反應能力讓設計師能夠實現快速修改。在功能足夠強大的工作站上，用戶甚至可以在完全渲染的模式下執行幾何造型和建模操作，同時保持與模型的交互。

但是仿真和渲染這些計算密集型的操作也阻礙了其交互性。工程師們解除阻礙的方法之一是將仿真和渲染作業設置為在周末和下班后啟動，這樣就不會干擾正常的設計工作流程。但是，設計軟件領域的最新進展表明，有一些新的方法能夠突破仿真及可視化領域的這些瓶頸。

交互式仿真

軟件驅動型的仿真通常在有限元分析(FEA)程序中以像素和字節為單位進行，并不像實體產品測試那樣耗費時間和人力，且不要求細致的設置和清除。盡管如此，鑒于其計算成本，工程師們往往很少使用數字仿真。FEA程序給計算系統（尤其是CPU）帶來了沉重的負擔。一些工作站在處理復雜仿真場景時突然停止工作的情況也并非罕見。在仿真時進行移動、旋轉或修改模型的操作也并非明智之舉。因為即使是細微的調整也會導致重新計算，會大大延長運行時間，甚至造成宕機。

但是2月份推出的ANSYS Discovery Live改變了這一現狀。據ANSYS公司介紹，“ANSYS Discovery Live提供即時三維仿真，能夠與直接幾何建模緊密結合，實現交互設計探索及產品快速創新。這是一種交互式的體驗，用戶能夠調整幾何結構、材料類型或物理輸入，并即時查看呈現效果。”

該軟件利用NVIDIA GPU并行處理能力，有效地實現了仿真的實時可視化。NVIDIA仿真軟件戰略負責人Baskar Rajagopalan表示:“在NVIDIA CUDA編程平臺上，Discovery Live將設計仿真工作流程從幾天縮短到了幾小時、甚至幾秒。”

GPU并行處理能夠即時顯示復雜的流體流動和熱結果 – 圖片由ANSYS提供

該程序支持結構、流體動力學和熱仿真。這種網格化過程是自動化的，它主要面向新手和在仿真領域經驗有限的用戶。它發生在后臺，極少需要、甚至完全無需用戶干預。簡單且直觀的界面和設置也是為了吸引更廣的用戶群體，而非像從前一樣僅面向仿真領域的專家。

ANSYS Discovery Live需要一個擁有4GB顯存和最新圖形驅動程序的NVIDIA GPU。推薦選擇NVIDIA Quadro P4000, P5000, P6000或GP100產品線的專業圖形工作站。聯想、惠普、戴爾等領先的系統供應商均配備了Quadro GPU的工作站和專業ISV的認證。

“ANSYS Discovery Live釋放了NVIDIA GPU和CUDA并行計算的力量，首次實現了同時進行可視化和仿真的實時設計環境，”NVIDIA專業可視化副總裁Bob Pette表示，“我們致力于與ANSYS合作，在新產品的設計與制造方式層面取得新突破。”

除了ANSYS Discovery Live，使用GPU進行仿真的優勢也得到了業界認可——特別是在計算流體動力學(CFD)操作中。大量存在的并行計算使其更適合采用GPU進行加速。ANSYS Fluent正是其中一個支持GPU加速的CFD軟件。

ANSYS稱：“AmgX是NVIDIA開發的GPU加速求解器庫，通過將GPU添加到現有的集群和工作站中，工程師能夠將解決問題所需的時間縮減50%。此外，與只使用CPU的解決方案相比，GPU的能耗也更低。”

AI加速渲染

除仿真之外，照片級寫實的渲染可以說是產品設計中計算最密集的操作。雖然以前照片級寫實的渲染往往被視為“華而不實”，但如今，逼真的效果圖已成為關鍵設計評審中的一部分，尤其是對于汽車制造商。AR和VR設備的日益普及也體現出實時、即時渲染的需求將很快成為常態。

NVIDIA的AI加速渲染技術專門針對去噪運算，計算并解決光線反射和粒子位置的問題，確保所構建的物體在物理層面的精確度。

現有的高質量去噪算法每幀需要花費幾秒到幾分鐘的時間，因此不適合交互式應用程序。在圖像完成最終渲染前，NVIDA Iray AI能通過部分完成結果預測最終圖像，并制作精確、逼真的模型。SOLIDWORKS CAD軟件的內置渲染工具SOLIDWORKS Visualize支持GPU加速。

在今年的SOLIDWORKS Word大會上，NVIDIA在SOLIDWORKS Visualize中演示了NVIDIA Optix 5.0全新AI去噪功能。SOLIDWORKS用戶能借助此功能使其設計速度提高10倍。

SOLIDWORKS 2019功能預覽，可以清楚展示SOLIDWORKS Visualize基于NVIDIA GPU的AI去噪功能 - 圖片由SOLIDWORKS提供

“在SolidWorks World 2018上，我測試了SOLIDWORKS Visualize預覽版，并對此留下了深刻的印象”，戴爾行業策略師Scott Hamilton表示，“多年來，我使用了許多基于物理的渲染系統，完全處理圖像像素所需的時間問題一直存在。AI去噪功能解決了這個問題。AI去噪的加速大大縮短了項目周期。”

加快產品開發

在包括汽車和航空制造業等許多行業中，行業佼佼者傾向于盡可能多地在數字領域進行仿真和驗證。面對更復雜的需求，降低成本和加速產品開發的雙重愿望使得這個傾向更加明顯。

COMSOL產品管理副總裁Bjorn Sjodin表示，“汽車配備攝像頭、傳感器、觸屏、計算機和其他電子設備的需求日益增加，現代汽車變成了大型智能手機。”

在航空航天領域，制造商與美國聯邦航空管理局合作，以實現對大量（且昂貴）的物理測試進行仿真。另一方面，制造商也在模擬新技術的影響，如通過生成式設計和增材制造實現輕量化。

“我們將創新設計、形狀優化和先進制造技術相結合，這對于下一代更省油、更可持續發展的飛機來說絕對是必不可少的，”空中客車公司創新經理Bastian Schaefer說道。

這些新設計需要進行仿真，以盡可能高效地進行制造，同時確保安全、并節省相關物理測試成本。因此，工程師對仿真和可視化的依賴性將會增加。GPU加速仿真和基于AI的渲染，縮短了設計周期，大大革新了沉浸式設計工作流程。