包括道路、桥梁、发电和传输、供水与污水处理在内的基础设施，都是大众经常关注的领域，这并不是空穴来风。安全的道路和桥梁是物资流动的核心，关系到一国的经济命脉。安全饮用水的无中断供给会直接影响居民的健康。电力供应也对居民日常生活非常重要。尽管水电、交通等基础设施如此关键，但浇筑混凝土、铺设管道等基础设施建设行为却被智能手机或电动汽车的光环彻底掩盖。

数字仿真的基石

提到工程设计仿真，我们立即联想到色彩丰富的计算机图像: 超音速战斗机周围的冲击波、F1赛车飞驰时周围的流线以及平板电脑内密集电子元件的热分布图。

就像日常用水只能通过管道才能输送到千家万户一样，数字基础设施确保了上述设计出现在我们的视野中。既不是超级计算机、网络，也不是其他硬件，数字基础设施才是背后默默无闻的英雄。

用传统的方式求物理上的控制方程的解（解析解）几乎不可能，我们开始借助计算机，以数字化方式解决这些数学问题。这些数字解决方案需要相对应的数字基础设施或框架才能运行。在工程设计仿真领域，基础设施或框架也被称作网格。简单来说，网格就是求解区域的数字化或离散化。如对潜水艇周围的水流和车身框架金属部分生成网格，可以将网格想象成为以三维形式存在的一张照片的像素，以非立方体的形状逼近潜水艇或汽车的真实形状，被扭曲以符合潜水艇或者汽车的构型。这些网格“像素”被叫做单元。

网格是整个数字仿真技术的关键，对仿真效率和精确度至关重要。

生成合适网格的重要性

尽管听起来模棱两可，但网格生成是保证仿真效率和精确度的关键，也是实现飞机、火车、汽车，以及涡轮泵、风机和船用螺旋桨性能的核心。网格生成对计算仿真如此重要，NASA 2014年的一项研究将其视为确保2030年美国算力需求得以满足的关键技术。

用于高级计算仿真的网格非常庞大，包含数亿，甚至数十亿个像素，也就是网格点，物理方程基于这些结点被求解。网格点的数量与物体的大小没有必然联系。同样规模的网格可以被同时用于智能手机和波音 747 的仿真计算。生成并调整规模庞大的网格给计算机科学带来了巨大挑战。

网格必须具备与产品设计企业所用软件的无缝互操作性，这样能确保离散化的几何——网格，能够准确地描述实际物体。 

网格生成不应成为工程师的负担。网格生成仅仅是实际仿真工作的准备阶段，但却通常耗费工程师75%以上的时间。更高效的网格生成可以大幅提高效率，节约成本。

同时，网格生成是工程师影响运行时间、提高仿真精度的最后机会。因此，需要同时保证平衡提高效率的自动化和控制精度和运行时间的协同进行

用于网格生成的软件必须足够灵活，同时满足工程师的仿真意图和仿真软件的技术需求。

“一格”无法走天下

如果网格生成——这个数字基础设施听上去仍没那么困难，那就再加上网格的需求要按照被仿真的物体进行调整。适合流体仿真的网格与电磁场仿真的网格不同，显然与热仿真的网格肯定也是不同的。用于电子元件强制制冷的多物理仿真的网格需要同时满足各种参数，网格生成软件也必须具有足够的灵活度。

简单来说，绝大多数物理仿真项目都是多学科的综合应用。因此，用于网格生成的软件必须有足够的能力，以保证对实际物体物理仿真的灵活性。

拨开迷雾

既然绝大多数人都不会直接接触数字基础设施——网格生成，为什么还要这么关注它呢？

尽管你可能不会真实触碰到一个网格，但你很大可能是它的下游消费者。无论你是一名工程经理、生产部主管还是消费者，这背后都有网格的身影。我们一定要认识到，智能系统的设计离不开精确且可靠的基础设施。无论您从事航空航天和国防、汽车、医疗还是工业，与一名懂得网格生成的人合作意味着你不用自己在这一晦涩的领域苦苦挣扎，而可以充分享受利用计算软件设计出熠熠发光产品的乐趣。

（文章来源公众号： Cadence楷登）