PythonOCC基础使用：基础建模指令(重要!!!)

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-01-27 06:01 763阅读 0赞

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**由作者实现的国产云端CAD** [**www.yuntucad.com**][www.yuntucad.com](https://www.yuque.com/docs/share/d78612f0-c94c-4f51-a4f3-053003d89fc2?\#)  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 定义模型 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]![在这里插入图片描述][20190525173201606.png]

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][20190525173934284.png]  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]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][20190525190244625.png]

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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
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][20190525190608632.png]  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]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][20190525213005495.png]  
![在这里插入图片描述][20190525213039423.png]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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

#### 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][20190525214907422.png]  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

#### 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][20190525224107452.png]  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

#### 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  
    ![在这里插入图片描述][20190525231241809.png]  
    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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

### 三、创建螺纹（thread） ###

[PythonOCC]: https://blog.csdn.net/weixin_42755384/article/details/87893697
[www.yuntucad.com]: https://www.yuntucad.com
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220127/6fb89b6d930f4bfea08936b4911e279e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/2019052517312896.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[20190525173201606.png]: /images/20220127/9cafc8f0076142e189deace71f9eac0d.png
[20190525173934284.png]: /images/20220127/05578b2a7e9c4565a9ba9be14d4b13e0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220127/261361ea7689411d9edb6d230774f8a2.png
[20190525190244625.png]: /images/20220127/1b92955b347b4361a34cd8a90248905b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220127/f3268f5135904959979d43f689516f26.png
[20190525190608632.png]: /images/20220127/409c01e4b92e4f9b8c14bf9d66ced5da.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220127/90f2413bbf764d67a5af2e4020d51500.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220127/3f37e2c15982494981caaa61b8a271c5.png
[20190525213005495.png]: /images/20220127/7f987a42db0e4b2c96939babf8beb301.png
[20190525213039423.png]: /images/20220127/9e6343dbcb104be59190d299f1dcedfb.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20220127/42eac5c7c79042718a2f328560f63d59.png
[20190525214907422.png]: /images/20220127/831d082f65a84ec7a22021d0b16f418e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20220127/29d2bcafa3e54ece97e649c1d4350024.png
[20190525224107452.png]: /images/20220127/f9971e97c7034ab98ef7c7ba464d9c76.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: /images/20220127/5fe9af96ba5e46aa8fd369e2f3c75629.png
[20190525231241809.png]: /images/20220127/42960302ffe4449b8d5bd85e53934bdf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc1NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: /images/20220127/b99363ebb55645ebaddf4465d8d59e97.png