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Open+CASCADE中文教程.doc
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1. 项目概览.........................................................................................4
1.1. 先决条件.................................................................................4
1.2. 项目.........................................................................................4
1.3. 项目说明.................................................................................4
2. 技术描述..........................................................................................6
2.1. 点..............................................................................................6
2.2. 几何..........................................................................................7
2.3. 拓扑..........................................................................................8
2.4. 完整描述.................................................................................10
3. 构建主体.........................................................................................12
3.1. 柱体.........................................................................................12
3.2. 倒圆角.....................................................................................13
3.3. 瓶颈.........................................................................................15
3.4. 空洞.........................................................................................16
4. 构建螺纹.........................................................................................19
4.1. 创建表面.................................................................................19
4.2. 2D曲线.....................................................................................19
4.3. 边框.........................................................................................23
4.4. 螺纹.........................................................................................24
5. 组合部件..........................................................................................26
6. 附录..................................................................................................27
1. 项目概览
这个教程将教你使用OCC建立3D模型。这个教程的目的不是描述所有的OCC类，而是让你开始思考OCC这个工具。
1.1.先决条件
这个教程假设你已经有了C++的经验。
因为OCC是一个用C++设计的高性能建模库。这样的组合将使你能够创建健壮的应用程序。
1.2. 项目
下图是使用这个3D几何建模库提供的方法创建的一个瓶子：
本教程将一步一步的教你创建这样一个瓶子。你也可以在OCC安装目录中找到教程的源码（Tutorial/src/MakeBottle.cxx.）
1.3.项目说明
瓶子的详细参数
参数
瓶高
瓶宽
瓶厚
参数名称
参数值
MyHeight
MyWidth
MyThickness
70mm
50mm
30mm
另外我们将采用笛卡尔坐标系的原点做为瓶子的中心
建立这个模型需要的四个步骤
• 构建瓶子的轮廓
• 构建瓶子的主体
• 构建瓶颈上的螺纹
• 组合部件
2. 描述
2.1. 点
创建瓶子轮廓，首先要在XOY平面上创建特征点（下图）。这些点将用来定义几何体的轮廓。
在OCC里有2个类可以用来描述3D坐标点：
• gp_Pnt 类
• Geom_CartesianPoint 类（句柄操作）
这里句柄是一种提供自动内存管理的智能指针。
如何选择最合适类，考虑下列因素：
• gp_Pnt 通过值操作。所有像它这样的类型，都有有限的生存域。
• Geom_CartesianPoint 是通过句柄操作的，而且可能有多重引用，这将使他有较长的生存域。
因为所有的点你仅仅是用来创建轮廓的曲线，一个实体有有限的生存时间。选择 gp_Pnt 类。
初始化这些点需要它们的坐标值：
gp_Pnt aPnt1(-myWidth / 2. , 0 , 0); gp_Pnt aPnt2(-myWidth / 2. ,
-myThickness / 4. , 0); gp_Pnt aPnt3(0 , -myThickness / 2. , 0); gp_Pnt
aPnt4(myWidth / 2. , -myThickness / 4. , 0); gp_Pnt aPnt5(myWidth / 2. ,
0 , 0);
如果使用Geom_CartesianPoint，语法将不太一样。所有的操作是通过一个句柄，需要使用new操作符：
Handle(Geom_CartesianPoint) aPnt1 = new
Geom_CartesianPoint(-myWidth / 2. , 0 , 0);
一旦定义了对象，你就可以按照C++的方式访问这些类的属性，比如得到坐标的X值：
gp_Pnt aPnt1(0,0,0);
Handle(Geom_CartesianPoint) aPnt2 = new
Geom_CartesianPoint(0 , 0 , 0);
Standard_Real xValue1 = aPnt1.X(); Standard_Real
xValue2 = aPnt2->X();
2.2. 轮廓: 定义几何体
我们借助于先前定义的特征点，可以知道瓶子轮廓，如下图所示，它是由2个线段和一个圆弧组成：
为了创建这样一个实体，需要一个用来实现3D几何对象的数据结构。这些可以在OCC的Geom开发包中找到。
一个OCC开发包是由一组类构成的，它们通常有相同或类似的结构。
OCC 类使用类名称前缀来标识这样一组类，比如 Geom_Line,Geom_Circle 这2个类属于Geom开发包。这个开发包实现3D几何对
象：基本曲线和曲面（比如Bezier和BSpline）。
但是，Geom开发包仅仅提供几何对象的数据结构。你可以直接使用这些数据结构定义几何体。因此GC开发包提供了更简单的生成
这些基本几何对象的方法。
GC开发包提供了2个算法类，它对通过参数计算得到几何对象更容易：
• 类 GC_MakeSegment 创建线段。它的其中一个构造函数支持使用2个点P1，P2来构造线段。
• 类 GC_MakeArcOfCircle 创建圆弧和圆。一个常用的方法是通过圆弧的2个端点和圆弧所通过的一个点来生成圆弧。
这些类返回一个Geom_TrimmedCurve 句柄。这是基本曲线的一个基类。距离：
Handle(Geom_TrimmedCurve) aArcOfCircle = GC_MakeArcOfCircle(aPnt2,aPnt3 ,aPnt4);
Handle(Geom_TrimmedCurve) aSegment1 = GC_MakeSegment(aPnt1 , aPnt2);
Handle(Geom_TrimmedCurve) aSegment2 = GC_MakeSegment(aPnt4 , aPnt5);
所有的GC类提供重载方法，所以基类可以调用任何派生类的方法。你可以通过IsDone和Value方法来保证更安全的使用这些类：
GC_MakeSegment mkSeg (aPnt1 , aPnt2);
Handle(Geom_TrimmedCurve) aSegment1;
if(mkSegment.IsDone()){ aSegment1 =
mkSeg.Value(); ... }
2.3. 轮廓: 拓扑结构
现在已经创建了一部分几何对象，但他们没有任何关系。
为了方便建模，需要将3个曲线变成一个实体。
这将用到OCC中的TopoDS开发包：这个开发包可以将几何对象关联在一起，让它们生成一个复合对象。
TopoDS开发包的所有对象都是由TopoDS_Shape 类派生而来，下面是对这种拓扑结构的描述：
图形
Vertex（顶点）
Edge （边）
Wire （网格）
Face （面）
Shell （壳）
Solid （体）
Open CASCADE Class
TopoDS_Vertex
描述
表示几何体上的一个点
TopoDS_Edge
表示一个曲线和一个有边界的
TopoDS_Wire
TopoDS_Face
TopoDS_Shell
TopoDS_Solid
向量
由顶点连起来的一系列边
由闭合的网格组成的边界平面
通过边连接起起来一组面
由壳组成的有边界的三维空间
CompSolid （复合体）
Compound （复合对象）
TopoDS_CompSolid
TopoDS_Compound
通过面连接的一组体
由上面各种图形形成的一个集
合
参考前面的表格，可以看出来，构建轮廓需要先创建：
• 用前面的曲线构建3条边。
• 用这些边形成一个网格。
TopoDS 包中只提供了拓扑实体的数据结构。在 BRepBuilderAPI 包中，可以找到计算标准拓朴对象的算法类。
为了创建一个边，通过前面得出曲线，使用 BRepBuilderAPI_MakeEdge 类来完成：
TopoDS_Edge aEdge1 = BRepBuilderAPI_MakeEdge(aSegment1); TopoDS_Edge aEdge2
= BRepBuilderAPI_MakeEdge(aArcOfCircle); TopoDS_Edge aEdge3 =
BRepBuilderAPI_MakeEdge(aSegment2);
在 Open CASCADE 中，有几种创建边的方法。可以直接通过两点来创建一个边，在这种情况下所生成的边是直线。输入的两
个顶点是直线的两个端点。比如：
TopoDS_Edge aEdge1 = BRepBuilderAPI_MakeEdge(aPnt1 , aPnt3); TopoDS_Edge aEdge2
= BRepBuilderAPI_MakeEdge(aPnt4 , aPnt5);
可以这样简单地生成边 aEdge1 和 aEdge3 。
为了将边链接起来，需要通过 BRepBuilderAPI_MakeWire 创建网格。有2种方法创建网格：
• 直接通过1至4个边来生成。
• 在一个现有的网格上添加边。
当使用少于4个边构建网格时，可以使用下面的构造函数生成：
TopoDS_Wire aWire = BRepBuilderAPI_MakeWire(aEdge1 , aEdge2 , aEdge3);
2.4. 轮廓: 完成轮廓
一旦你网格的第一部分完成，就可以生成完整的轮廓了，下面是一个简单的方法：
• 通过镜像原有的网格生成一个新的网格 。
• 添加镜像出来的新网格到原有的网格中。
要完成上面的操作，需要一个 gp_Trsf 类。它可以在 3D 图形上应用变换。变换方式包含 移动，旋转，缩放，镜像，或者几种
的组合。
在我们现在的情况下，需要的是一个镜像变换，它以世界坐标系下的 X 轴作为对称轴。
需要先用一个点和一个法向创建一个轴（gp_Ax1）。
定义轴的第一种方法：
•X 轴的原点在（0，0，0） 使用 gp_Pnt。
• X 轴的方向为（1，0，0） 使用gp_Dir。
gp_Pnt aOrigin(0 , 0 , 0); gp_Dir xDir(1 , 0 ,
0); gp_Ax1 xAxis(aOrigin , xDir);
定义轴的第二种方法：
可以直接使用 gp 开发包中的几何常量来初始化轴
gp_Ax1 xAxis = gp::OX();
下面看看 gp_Trsf 类的 2 种不同的使用方法：
•直接设置变换矩阵
• 使用合适的方法计算生成所需的变换（移动使用 SetTranslation 镜像使用 SetMirror 等等）
下面是用最简单的方法 SetMirror 设定 x 轴为对称轴：
gp_Trsf aTrsf;
aTrsf.SetMirror(xAxis);
现在数据已经准备完毕，下面将使用 BRepBuilderAPI_Transform 进行变换：
参数为要变换的几何对象和gp_Trsf指定的变化方式：
BRepBuilderAPI_Transform aBRepTrsf(aWire , aTrsf);
BRepBuilderAPI_Transform 并 不 会 修 改 aWire 中 的 原 始 形 状 ， 镜 像 的 结 果 仍 然 是 一 个 网 格 。 这 个 结 果 需 要 调 用
BRepBuilderAPI_Transform::Shape 方法返回一个 TopoDS_Shape 对象：
TopoDS_Shape aMirroredShape = aBRepTrsf.Shape();
还可以通过下面的方法将返回的TopoDS_Shape类转换为TopoDS_Wire（这是因为TopoDS_Shape是所有拓扑类的基类）：
TopoDS_Wire aMirroredWire = TopoDS::Wire(aMirroredShape);
瓶子的轮廓已经完成了。我们已经创建了2个网格： aWire 和 aMirroredWire。现在需要将它们连接成一个单一的图形。
BRepBuilderAPI_MakeWire 这个类可以帮助我们完成这个任务：
• 创建一个 BRepBuilderAPI_MakeWire 实例 。
• 使用 Add 方法将2个网格的所有的边添加到这个实体上。
BRepBuilderAPI_MakeWire mkWire;
mkWire.Add(aWire);
mkWire.Add(aMirroredWire);
TopoDS_Wire myWireProfile = mkWire.Wire();
3. 瓶子主体
3.1. 柱体轮廓
生成瓶子主体，需要创建一个实心的柱体。最简单的方法是用先前创建的底面轮廓沿着一个方向推移：OCC的功能很合适这样的操作。
OCC可以根据一个形状和一个方向生成实体：
生成
形状
Vertex 顶点 Edge 边
Face 表面
Edge 边
Shell 壳
Wire 网格
Face 表面 Solid 体
Shell 壳
Compound of Solids 组合体
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