PythonOCC基础使用：基础建模指令(重要)-卡核

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opencascade的c++版的入门教程(https://www.opencascade.com/doc/occt-7.2.0/overview/html/occt__tutorial.html#sec1)讲述基础知识,是以建造一个瓶子作为例子,在这个过程中将使用的函数进行了细致的讲解.
pythonocc的基础教程也会遵循此原则.接下来我们将完成瓶子的建造.
在这里插入图片描述

定义模型

在这里插入图片描述

模型的建造将分为四个步骤：

建造瓶子的轮廓（profile）
建造瓶子的实体（body）
建造瓶颈处的螺纹（thread）
结果混合（及轮廓加本体加螺纹）

一、建造瓶子的轮廓（profile）

1.定义支撑点

要创建瓶子的轮廓，首先要创建特征点及其坐标，如下面（xoy）平面中所示。这些点将是定义轮廓几何图形的支撑。
在这里插入图片描述
我们将会使用如下函数来描述三维坐标点（使用笛卡尔坐标系：xyz坐标系）from OCC.Core.gp import gp_Pnt

点函数gp_Pnt

aPnt1 = gp_Pnt(-width / 2.0, 0, 0)
aPnt2 = gp_Pnt(-width / 2.0, -thickness / 4.0, 0)
aPnt3 = gp_Pnt(0, -thickness / 2.0, 0)
aPnt4 = gp_Pnt(width / 2.0, -thickness / 4.0, 0)
aPnt5 = gp_Pnt(width / 2.0, 0, 0)

结果如图所示：
在这里插入图片描述我们可以通过aPnt1.X() 来查看具体点的x值。注意此X为大写的。同理Y，Z

   print(aPnt1.X())

-25.0

2.轮廓：定义几何图形（geometry）

基础知识补充：我们在绘制图形的时候，一般会使用到线Geom_Line，圆形Geom_Circle，这些是属于比较简单的图形，对于更为复杂的图形，我们使用贝塞尔曲线（Bezier）和B样条曲线（bspline ）

借助先前定义的点，可以计算瓶子轮廓几何图形的一部分。如下图所示，它由两段（segments）GC_MakeSegment和一段弧（arc）组成GC_MakeArcOfCircle。
在这里插入图片描述

from OCC.Core.GC import GC_MakeArcOfCircle, GC_MakeSegment

aArcOfCircle = GC_MakeArcOfCircle(aPnt2, aPnt3, aPnt4)
aSegment1 = GC_MakeSegment(aPnt1, aPnt2)
aSegment2 = GC_MakeSegment(aPnt4, aPnt5)

注意aArcOfCircle ，Segment此处是无法在屏幕中显示出来的，必须经过下面拓扑信息的处理

3.轮廓：定义拓扑信息（topology）

我们已经创建了轮廓的几何图形aArcOfCircle，Segment，但这三条曲线是独立的，彼此之间没有关系。为了简化建模，将这三条曲线作为一个实体进行操作。这可以通过使用 TopoDS包（topology data structure 拓扑信息结构）来实现：它定义几何图形、实体之间的关系，这些几何图形、实体可以链接在一起以表示更加复杂的形状。
在这里插入图片描述
参考上面的表格，建造轮廓的思路，应如下：

三条曲线（edge：edge1，edge2，edge3）
由三组曲线构成一条线（wire）

在这里插入图片描述
使用BRepBuilderAPI_MakeEdge 类可以做出曲线（edge），使用BRepBuilderAPI_MakeWire类可以做出线（wire）

from OCC.Core.BRepBuilderAPI import BRepBuilderAPI_MakeEdge, BRepBuilderAPI_MakeWire

aEdge1 = BRepBuilderAPI_MakeEdge(aSegment1.Value())
aEdge2 = BRepBuilderAPI_MakeEdge(aArcOfCircle.Value())
aEdge3 = BRepBuilderAPI_MakeEdge(aSegment2.Value())

aWire = BRepBuilderAPI_MakeWire(aEdge1.Edge(), aEdge2.Edge(), aEdge3.Edge())

在这里插入图片描述显示如上的东西，需要注意使用aEdge2.Edge()，aWire.Wire()才可以displayShape显示出来。

4.完成轮廓

基础知识补充：要对形状（包括线，体）进行矩阵转换，我么借助的是 gp_Trsf 类；这种矩阵变换可以是平移、旋转、缩放、镜像或这些的组合。

我们的wire线进行镜面对称后，可以完成轮廓。因此我们需要定义一个关于全局坐标系X轴；gp_Ax1这个类可以用来定任意轴（因此我们可以使用该类定义x轴）；此类需要两个参数：点，方向（三维矢量）。当然x轴还有更简单的方法gp_OX()

from OCC.Core.BRepBuilderAPI import  BRepBuilderAPI_Transform
from OCC.Core.TopoDS import topods
from OCC.Core.gp import  gp_OX, gp_Trsf

# 指定x轴
xAxis = gp_OX()

# 定义镜像
aTrsf = gp_Trsf()# 定义一个矩阵变换
aTrsf.SetMirror(xAxis)#矩阵变换内容为 对x轴进行镜像

# 运用矩阵变换：镜像
aBRespTrsf = BRepBuilderAPI_Transform(aWire.Wire(), aTrsf)
aMirroredShape = aBRespTrsf.Shape()#得到shape
aMirroredWire = topods.Wire(aMirroredShape)#得到镜像后的wire

在这里插入图片描述将现有wire添加至更大的wire中，最终得到myWireProfile

mkWire = BRepBuilderAPI_MakeWire()
mkWire.Add(aWire.Wire())
mkWire.Add(aMirroredWire)
myWireProfile = mkWire.Wire()

二、建造瓶子实体（body）

1.实体化轮廓（其实就是拉伸轮廓）

要实现瓶子的建造，首先需要创建一个实体形状。最简单的方法是使用先前创建的轮廓并沿方向拉伸。Prism函数可以实现相应功能；它接受一个形状和一个方向作为输入，并根据以下规则生成一个新形状：
在这里插入图片描述
目前我们生成的轮廓是线（wire），参考形状生成表（见上），我们需要首先生成面（face），然后才能体（solid）。

我们使用如下函数：

BRepBuilderAPI_MakeFace，根据闭合线生成面
BRepPrimAPI_MakePrism，拓扑信息实体化，支持最简单的方体，锥形，圆柱，球体，还有基础形状的扫略拉伸，（注意：扫描，拉伸，回转拉伸本质相同）

为了生成实体，我们使用以下代码：

from OCC.Core.gp import  gp_Vec
from OCC.Core.BRepBuilderAPI import BRepBuilderAPI_MakeFace
from OCC.Core.BRepPrimAPI import BRepPrimAPI_MakePrism

#计算面
myFaceProfile = BRepBuilderAPI_MakeFace(myWireProfile)

#计算体
aPrismVec = gp_Vec(0, 0, height)#指定有限向量finite vector
myBody = BRepPrimAPI_MakePrism(myFaceProfile.Face(), aPrismVec)
myBody.Shape()

在这里插入图片描述

2.倒圆角

为所有的边（edge）倒角，并且倒角的半径为厚度的1/12
在这里插入图片描述
为了完成该功能，我们将使用如下函数：

BRepFilletAPI_MakeFillet 类，该类（你可以指定你想倒的任意边edge，并不是所有的边都必须倒的）
TopExp_Explorer 类，为了使用倒角函数，需要知道边edges，而这个TopExp_Explorer 函数可以用来探索该实体的edge，返回的结果为子形状（sub-shape）；同时该函数的经常会使用其子函数More，Current，Next 放进循环中，他们分别代表是否有更多子形状去挖掘，知道当前被探索到的子形状是哪一个，移动到下一个子形状去探索。

在探索边的函数TopExp_Explorer 中，我们会取得所有edge，然后成为倒角的边，以下为实现函数：

#指定倒角实体
mkFillet=BRepFilletAPI_MakeFillet(myBody.Shape())
#探索实体中的边edge
anEdgeExplorer = TopExp_Explorer(myBody.Shape(), TopAbs_EDGE)

#进行探索循环
while anEdgeExplorer.More():
	#获得当前边
    anEdge = topods.Edge(anEdgeExplorer.Current())
	#倒角当前边
    mkFillet.Add(thickness/12.,anEdge)
	#移动下一个边
    anEdgeExplorer.Next()

运行displayShape(mkFillet.Shape())可以显示如下图：
在这里插入图片描述

3.添加瓶子的颈部

要在瓶子上加一个瓶颈，首先将创建一个圆柱体，并将其与瓶身融合（fuse合并）。半径为厚度的1/4。高度为高度的1/10。
在这里插入图片描述
要定位圆柱体，需要使用gp_Ax2类定义坐标系，（之前的ax1坐标系仅仅只有一个方向）从一个点和两个方向Z轴方向和X方向定义右手坐标系（Y方向自动计算出来）。为了使得颈部与瓶身顶面中心对齐，（也就是处在全局坐标系下的（0，0，myheight）可以定义一个局部坐标系；

同时为了生成圆柱体，我们使用BRepPrimAPI_MakeCylinder 类

neckLocation=gp_Pnt(0,0,height)
neckAxis=gp_DZ()
neckAx2=gp_Ax2(neckLocation,neckAxis)

neckRadius=thickness/4
neckHeight=height/10
MKCylibnder=BRepPrimAPI_MakeCylinder(neckAx2,neckRadius,neckHeight)

myBody= BRepAlgoAPI_Fuse(mkFillet.Shape(),MKCylibnder.Shape()

在这里插入图片描述

4.创建一个中空的实体

我们现在创建的瓶子是实体，不能够装水，因此我们需要将其挖空，分为以下步骤：

移去一个或多余的面，获得一个壁的表面W1
获取一个平行的表面w2（D是正值，则w2在外面，D是负值，则在里面）
从w1和w2中计算实体

为此我们可以使用 BRepOffsetAPI_MakeThickSolid类来去实现有一定厚度的实体。要找到具有这些特征的面，我们将使用explorer函数寻找合适的面face。

在探测每一个面的时候，我们需要知道每一个面的几何特征（即他到底是平面还是曲面。）因此我们使用BRep_Tool 类，其中Surface 去探测面face，Curve 去探测边edge，Point去探测点 vertex。

而我们想要确认的是是不是平面，我们将使用到 Geom_Plane类。
对于形状的收集是 TopTools 包，因为BRepOffsetAPI_MakeThickSolid 需要一系列的东西，正好使用到TopTools_ListOfShape 类.

代码如下：

def face_is_plane(face):
    """
      如果TopoDS_Shape是平面, 则返回True
    """
    hs = BRep_Tool_Surface(face)
    downcast_result = Geom_Plane.DownCast(hs)
    # 如果不能往下转换downcast， 说明这个面不是平面
    if downcast_result is None:
        return False
    else:
        return True


def geom_plane_from_face(aFace):
    """
    返回一个平面
    """
    return Geom_Plane.DownCast(BRep_Tool_Surface(aFace))

faceToRemove = None
zMax = -1

# We have to work our way through all the faces to find the highest Z face so we can remove it for the shell
aFaceExplorer = TopExp_Explorer(myBody.Shape(), TopAbs_FACE)
while aFaceExplorer.More():
    aFace = topods.Face(aFaceExplorer.Current())

    if face_is_plane(aFace):
        aPlane = geom_plane_from_face(aFace)

        # We want the highest Z face, so compare this to the previous faces
        aPnt = aPlane.Location()
        aZ = aPnt.Z()
        if aZ > zMax:
            zMax = aZ
            faceToRemove = aFace

    aFaceExplorer.Next()

facesToRemove = TopTools_ListOfShape()
facesToRemove.Append(faceToRemove)

myBody = BRepOffsetAPI_MakeThickSolid(myBody.Shape(), facesToRemove, -thickness / 50.0, 0.001)

在这里插入图片描述

三、创建螺纹（thread）

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THE END

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