Computer Aided Styling (CAS) bezeichnet CAx-Systeme, die für den Designprozess und damit für die Erstellung von dreidimensionalen Geometrienmodellen optimiert sind. Hierbei unterstützen sie vor allem das freie und flexible Aufbauen und Bearbeiten von Oberflächen bei der Umsetzung gestalterisch kreativer Entwürfe. Die Geometriemodelle werden üblicherweise mittels NURBS-Flächen (NURBS: Non Uniform Rational B-Splines1) beschrieben. Die Anwender solcher CAS-Systeme sind zumeist speziell ausgebildete Formgestalter, welche die Skizzen und Anweisungen des Designers umsetzten. [Gess-01] In vielen Fachkreisen wird anstelle von CAS auch der Begriff CAID (Computer Aided Industrial Design) verwendet.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet des Computer Aided Styling (CAS), maßgeblich vorangetrieben von der Automobilindustrie, reichen zurück bis Mitte der siebziger Jahre; in nennenswertem Umfang werden CAS-Systeme jedoch erst seit circa einem Jahrzehnt eingesetzt. Die grundsätzlich verschiedenen Ansätze, die dabei von den Unternehmen verfolgt werden, sind die Eigenentwicklungen von Systemen, die speziell auf das Styling ausgerichtet sind, der Einsatz und die Anpassung herkömmlicher CAD-Systeme und die Integration kommerzieller Systeme oder Tools in eine bestehende Systemlandschaft. Zu den Eigenentwicklungen zählen Systeme von Fahrzeugherstellern, die Methoden der Freiformflächenmodellierung für das Design von Karosserien verwenden. Neben diesen am Styling orientierten Entwicklungen wird von einigen Herstellern der Einsatz unternehmensintern entwickelter Systeme erprobt, die ursprünglich nicht für das Design, sondern für die Konstruktion und Fertigung konzipiert wurden. Bei dieser Überlegung steht die datentechnische Integration im Vordergrund, bei der Verwendung kommerziell verfügbarer Softwareprodukte hingegen ist eine angemessene Unterstützung der gestalterisch kreativen Tätigkeit der Designer das Hauptanliegen. [SpKr-97]
Das Ziel das mit dem Einsatz von CAS-Systemen verfolgt wird, ist das Ablösen traditioneller Werkzeuge im Designprozess (beispielsweise Skizzen, Tapes und Tonmodellierung), um einen durchgehenden CAx-Datenfluss zu erreichen. Im Vergleich zu den herkömmlichen CAD-Systemen stehen den Designern und Stylisten in CAS-Systemen Tools zur Verfügung, mit denen schnell, einfach und intuitiv 3D-Modelle erzeugt werden können. Ist der iterative Formfindungsprozess abgeschlossen und somit das Designfreeze erreicht, so werden die CAS-Daten über ein Schnittstellenformat (beispielsweise STEP oder IGES) an das CAD-System übergeben. Die Aufgabe der CAD-Konstrukteure ist es dann hochwertige CAD-Flächen (beispielsweise Class-A-Flächen2) aus den CAS-Daten zu generieren, welche von den nachfolgenden Entwicklungs- und Produktionsprozessen benötigt werden.
Ein "einfaches" Produkt, wie beispielsweise eine Gießkanne, ein Kinderspielzeug oder ein Flaschenöffner, bei dem die Form beziehungsweise die äußere Gestalt das eigentliche Produkt ausmacht, kann auch komplett in einem CAS-System modelliert werden3. Bei einem "komplexen Produkt" hingegen, wie beispielsweise einer Maschine oder einem Fahrzeug, kommt es auf absolute Präzision und Einhaltung technischer Vorgaben (Package-Daten) an, was den Einsatz von CAD-Systemen unumgänglich macht. Modelliert wird dann also in einem CAD-System, wobei die ästhetische Außengestalt wiederum CAS zum Einsatz bringt.
Je nach Aufgabenbereich werden im CAS unterschiedliche Systeme verwendet. Sogenannte Paintsysteme, die designtypische Mal- und Zeichentechniken nachahmen, werden für die Erstellung von Skizzen und Renderings eingesetzt. Kommerzielle Systeme sowie Forschungsprojekte verfolgen Ansätze zur Konstruktion von 3D-Modellen aus 2D-Skizzen ausgehend von der Auswertung der perspektivischen Verzerrung und Verfolgung der Charakterlinien des Modells. Gebräuchlichste kommerzielle CAS-Systeme im Automobildesign bieten häufig einen großen Funktionsumfang zur spline-basierten Freiformflächenmodellierung. Vielfältige Renderingtechniken, wie Raytracing, Radiosity oder Texturemapping werden überwiegend in der späten Phase des Designprozesses zur Modellgenerierung und -präsentation eingesetzt. (Diese Techniken werden in Modul Virtual Reality beschreiben.) Andere Softwaresysteme, vorwiegend aus dem CAD-Bereich, bieten dagegen die Möglichkeit der Freiformflächenmodellierung, basierend auf Definition der Kurvensegmente. Ein gravierender Nachteil dieser Systeme ist die Forderung mathematischer Vorkenntnisse, da die Flächen mittels Stützpunkten und Knotenvektoren beschrieben werden. [SpKr-97] Im Automobildesign werden derzeit häufig die CAS-Softwaresysteme StudioTools von Alias und ICEM Surf von ICEM Technologies eingesetzt. Auch CAS-Module von CAD-Systemen, wie beispielsweise das CATIA Modul "Shape Design und Styling" von Dassault Systemes, finden in vielen Bereichen Verwendung. In Kapitel Kommerzielle CAS-Softwareprodukte werden die genannten Softwareprodukte vorgestellt.
Aufgrund der immer größer werdenden Bedeutung des Produktdesigns und der zunehmenden Akzeptanz von CAS-Systemen von den Designern, sind CAD-Softwareentwickler verstärkt daran interessiert ihr Produkt durch CAS-Funktionalität und -Tools zu komplettieren. Darum werden heute immer häufiger Softwareprodukte angeboten, die eine Kombination aus CAD- und CAS-System darstellen.
Das Automobildesign befindet sich schon seit einigen Jahren in einer Phase, in der neue rechnerunterstützte Werkzeuge (CAS-Systeme) parallel zu den herkömmlichen Werkzeugen und Methoden eingesetzt werden (Bild). Auch wenn der Einsatz von CAS-Systemen immer mehr in den Vordergrund rückt, wird noch immer getestet welche der beiden Alternativen die höherwertigere ist. Im Vergleich zu den CAx-Systemen, welche sich in den anderen Konstruktionsabteilungen relativ schnell etabliert haben, wurden CAS-Systeme von den für das Styling Verantwortlichen immer kritisch betrachtet. Negative Erfahrungen von Designern waren und sind insbesondere darin begründet, dass die neuen Techniken die Kreativität in der frühen Entwurfsphase, gekennzeichnet dadurch skizzenhaftes Arbeiten, nicht ausreichend unterstützen. Als geeignet erwiesen haben sie sich hingegen, zumindest durch die angebotene Funktionalität, für die spätere, präzise und detaillierte Ausarbeitung eines Entwurfs. Um jedoch den Gebrauch und die zukünftige Eignung traditioneller Werkzeuge gänzlich in Frage stellen zu können, muss bei der Entwicklung von CAS-Systemen die visuelle Denk- und Arbeitsweise des Designers noch stärker berücksichtigt werden. Für einen erfolgreichen Einsatz werden aus der Sicht des Designs diverse Anforderungen an die Gestaltung eines Designsystems und insbesondere dessen Benutzerschnittstelle gestellt. Unter der Maxime, dass der Designer so viel Ausdrucksfreiheit wie möglich erhält, muss ein System vor allem so konzipiert sein, dass es vom Anwender kontrolliert wird, und nicht umgekehrt. Wenn bereits in der frühen Phase des Designs Einschränkungen hinsichtlich der Gestaltungsfreiheit, insbesondere aufgrund von automatisierten Abläufen, entstehen, besteht die Gefahr, dass "die Persönlichkeit eines Produkts verwässert wird". Auf keinen Fall darf das System dem Designer Lösungen vorschreiben, auch nicht in Details, sondern es müssen geeignete Funktionen und ergonomisch günstige Interaktionsformen bereitgestellt werden, die sich an den traditionellen, gewohnten Arbeitsweisen im Design orientieren und somit eine freie, künstlerische Entwurfsarbeit ermöglichen. [SpKr-97]
1 NURBS: Die allgemeinste, aber sehr leistungsfähige mathematische Basis zur Darstellung von Freiformkurven und -flächen. Die Darstellung ermöglicht die Modellierung auch sehr komplexer Freiformgeometrien mit einer relativ geringen Zahl von Kurven- und Flächensegmenten. Die heute überwiegend gebräuchlichen (auf Polynomen aufbauenden) Bezier- und B-Spline-Darstellungen sind, mathematisch gesehen, Spezialfälle von NURBS. Damit ist auch zu erklären, warum bei vielen CAD/CAM/CAS-Anbietern NURBS als Basis für die Beschreibung der Geometrieelemente verwendet werden. [WWW-01]
2 Eine Class-A-Fläche ist eine Fläche mit hoher Güte, welche Tangenten- und Krümmungsstetigkeit erfüllt. Class-A-Flächen spielen beispielsweise im Karosseriebau und beim Bau von Presswerkzeugen eine große Rolle.
3 falls die erzeugte Flächenqualität für die Fertigung nicht ausreicht, muss noch in CAD nachmodelliert werden