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跟踪由单一材料做成的简单立方体设计的变更并不是很难。然而，当物体为弯曲状或结构复杂时，跟踪起来就比较复杂。即使是一个高度和直径都很规矩的圆柱体，也需要做大量的计算以便准确展示所有曲线和阴影的美感。对于一个创建装饰讲究的金属散热器的设计项目，设计文件将跟踪大量的x、y和z数据点，以便描绘金属散热器表面的所有曲线、镂空和边缘。
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20世纪90年代，当普通的公司和小型工程企业也可以负担得起设计软件时，工业设计发生了永久性的改变。与模糊的历史记载情形或者手工绘制图不同，设计文件可以被锁定，文件内的知识可以牢牢地、准确地被记录。设计文件可以即刻被发送到地球的另一端，其接收人可能是一个陌生人，他不需任何参考和提示，仅根据原始的物体设计就可以研究、保存、修改或3D打印他接收的设计文件。
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设计软件可以自动完成设计工序中的烦琐环节。文字处理软件可以减少对时间以及打印文件所需纸张的浪费。设计软件减轻了重复设计的痛苦。设计者可以快速地在屏幕上重复设计，也可以返回到之前的设计。你可以轻易地将某一部分的设计复制并粘贴到另一部分来试验表面的纹理和颜色。设计软件会跟踪每一个设计版本，其存储的数据点比人类能够记住的数据点要多。
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你还记得如何使用纸笔绘制一个立方体吗？如果你的立方体设计很简单，使用纸和笔就能绘制得很好了。但是，如果你想在设计上做一些试验，并添加一些创意，事情就变得麻烦了。
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我记得我上小学时，如果在绘制立方体时出错了或是想改变设计，我会使用橡皮。如果我在边角处应采用清新而明亮的黄色而非灰色，但发现得太晚时，我会在一张新纸上用一支黄色的铅笔重新开始。即使是重复简单的设计也会浪费纸张和时间，这样也就增加了挫败感。如果我的老师要求我在立方体上添加一些表面纹理或勾画一些内部通道，这些看似简单的附加设计就远远超出了我的能力。
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我第一次接触设计软件是高中时为图形设计写代码。上大学时我找到了一份兼职工作，帮助一家荷兰制造商在计算机上设计简单的钣金件。他不得不请一个经验不足的大一新生帮助他做这项工作，可见在那个年代会使用CAD的专业工程师可谓凤毛麟角。我的同学居伊·沙维夫和我一起写了个简单的程序，用来勾勒出钣金件的轮廓，就好像它是由纸做的，无须考虑其实际物理厚度。
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我们的想法是，当设计文件到达工厂以后，生产一线人员再输入钣金件的实际厚度。相应地，工程师的设计会自动调整。这是一个很简单的想法，与如今的实时、逼真、全景的动画设计比起来相距甚远。但是，我的指导老师摩西·什皮托尼（Moshe Shpitalni）很有先见之明，他预见到CAD不仅仅是改善设计本身这么简单。
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设计软件可以实现制造工厂的各个部门之间的无缝沟通。我们的程序使制造商放宽采购标准，与传统的“固定”的蓝图相比，可采购原材料的范围更广。该软件获得了巨大的成功，最终卖出了400万美元（其中我和我的朋友每小时得到2.5美元）。
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后来，我在20岁出头时，到海军服役，我们部队有一个特殊的蓝图部门。这个部门设在一个光线充足的房间里，在这里，训练有素的绘图员在桌面倾斜的绘图桌上辛苦地绘制船舶的船体、引擎和其他部件的详细蓝图。
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我和我的指挥官游说上级，使其将3D设计软件引入海军工程单位。最终，我们成功了，但这确实不是一件容易的销售工作。这些绘图员之前已经花费了许多年学习传统的绘制方法，仅有一些新入伍的士兵愿意重新开始学习如何使用基于计算机的设计工具。然而，甚至连之前最排斥的绘图员最终也意识到使用设计软件不仅可以提高效率，而且可以进行重复设计，其内置的计算与预测能力是任何人类绘图员都无法企及的。
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海军结构工程师可以很快地在他们的计算机上勾画出水箱的形状。然后，根据后勤部门的反馈信息，快速地通过数字化的方式改变水箱的容积。实际上他们几乎可以“称”出水箱的重量，并确定它的制造成本。最重要的是，计算机可以计算出不同形状和尺寸的水箱对船在公海上航行的稳定性造成的影响，而如果就这个问题请教专家的话，通常需要一个多星期才能得到答案。
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设计软件的伟大之处在于，它以数字化的方式呈现了物理世界，将自动化的所有优势都注入设计工序里。设计软件的不足之处在于，即使在今天，它仍然不能通过数字化的方式捕捉物理对象的全部本质。计算机可以很好地预见一系列有限数量的元素，例如计算两名国际象棋棋手可能走出的全部不同棋步的组合。然而，将物理世界分解成一系列有限的可能性并不是一件容易的事情。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398794]
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让一切皆为可能：设计软件与3D打印的结合
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设计软件和3D打印技术的共同飞跃改变了人们设计与制造物体的方式。然而，这二者之间的关系在向着单边发展。3D打印的进步依赖于设计软件，设计软件的进步并不依赖于3D打印。事实上，设计软件现在才开始认真地把3D打印作为一种可行的设计媒介。
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设计文件可以对3D打印机提供的指导仅限于此。如果我们要通过3D打印制作“真实”的岩石、功能齐全的机器人或是新的肾脏，设计软件的功能将需要进一步加强。大多数大规模生产的物体都是由单个生产的零件组装在一起，而不是被整个生产出来的复杂件，设计软件不能映射出物体表面之下的具体结构。因此，物体的内部结构对于典型的计算机（和设计软件）来说仍然是鞭长莫及的。
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图6–2 使用Autodesk Inventor软件3D打印出来的涡喷发动机实体模型
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图片来源：Gonzalo Martinez, Autodesk
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如今，用于3D打印的设计软件主要分为两类。第一类设计软件被称为“实体建模”，其使用者为工程师和工业设计师。实体建模为用户提供了一个由现成的立方体、圆柱体、球体和其他标准的物理形状组成的形状库，只需点击几下鼠标就可以将这些形状剪裁、拉伸或是组合在一起。提供这个现成的形状库是为了可以快速地启动设计工序。通过使用形状库，用户可以将这些预先设定的形状调整和改变为独特的设计。
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第二类设计软件被称为“曲面建模”，最早被卡通动画师所采用。最近，视频游戏和图形公司也开始采用曲面建模。当用图形库中现成的形状无法满足卡通形象或想象世界的设计需求时，曲面建模就有了用武之地。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398795]
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设计机器零件：实体建模CAD
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实体建模软件诞生于工业设计和制造领域。实体建模设计包非常有效，它为用户提供了一个现成的内置核心形状库和标准机器零件的几何形状，可以实现快速的定制和组合。例如，你可以合并两个圆柱体使之成为一个木槌，也可以在另一个圆柱体上钻一个孔，把它挂在墙上。由于实体建模软件体现的是不同体积构成的形状，这与当今大多数3D打印机有异曲同工之妙。
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实体建模设计软件凝聚了多年的制造与设计经验。软件的“对话”使用一些很老派的机械加工车间词汇，如挤压、钻孔和去角。它通过可识别的真实形式进行设计操作，例如，钻孔、磨切口或者磨光的边缘。
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实体建模软件在20世纪90年代面世，那时计算能力刚刚可以做到让设计软件“记住”以前设计中重复的内容，允许用户来回查看这些重复的设计，撤销已做出的更改，以及回过头来更改尺寸。如今我们想当然地认为计算机会记得同一文档、电子表格或设计文件的每一个版本，但在最开始的时候并非如此便捷。当设计软件最终具备这种能力时，CAD浪潮开始席卷全球。参数化建模确保了设计者可以不断编辑和验证他们的设计，而无须使用铅笔、橡皮或是撕掉作废的纸张。