OCCT培訓筆記（劉星講）--第1天

• 七大模塊概述
• 1、各個package的內容記錄
• • Module FoundationClasses
  • • Toolkit TKernel
    • Toolkit TKMath
  • Module ModelingData
  • Module ModelingAlgorithms
  • Module Visualization
  • Module DataExchange
• 2、造型數據結構 ModelingData Geometry
• • 2.1、曲線
  • 2.2、曲面
  • 2.3、Draw.bat的使用
  • 2.4、插值和擬合
• 3、造型數據 ModelingData Topology
• • 3.1、兩個概念
  • 3.2、為什么使用邊界表示法？
  • 3.3、邊界表示法的具體內容
  • 3.4、強制類型轉換
  • 3.5、容器工具（實例代碼略）
  • 3.6、 遍歷工具（實例代碼略）
  • 3.7、B-Rep實體，即實現類型
  • • 1、BRep_TVertex 類的幾何
    • 2、BRep_TEdge 類的幾何
    • 3、BRep_TFace 類的幾何
  • 3.8、B-Rep實體的精度問題
  • 3.9、BRepAdaptor包（略）
  • 3.10、BRep_Tool類
  • 3.11、特殊情況

七大模塊概述

• Foundation Classes 基礎模塊。被其它模塊引用功能。
• Modeling Data 建模數據。
• Modeling Algorithm 建模算法。
• Mesh 網格化。
• Visualization 顯示模塊。
• OCAF：Open CADCADE Application Framwork 應用程序框架。
• Development Tool 開發工具。
• Standardized Data Exchange 數據交換。
• Draw Test Harness 是一個用于測試OCCT庫的功能工具。

1、各個package的內容記錄

• FoundationClasses–基礎類
• Modeling Data --數據結構

Module FoundationClasses

基礎模塊

Toolkit TKernel

一些基本功能，包括容器，定義一下數組，沒有用STL的數組。

• Package NCollection 容器

• Package OSD 文件讀寫相關
• Package Quantity 自己重定義的量。
• Package Units 單位轉換相關
• Package UnitsAPI 單位轉換相關
• Package Standard 類型管理
• 其他 類型管理，智能指針，內存池，并行庫的封裝。

Toolkit TKMath

曲線曲面問題的求解，最底層的功能。

• Package BSplCLib B樣條曲線
• Package BSplSLib B樣條曲面
• Package BVH 包圍盒算法，加速拾取，求交點。
• Package Bnd 包圍盒相關算法。
• Package CSLib 簡單封裝的曲線曲面的算法
• Package Convert 把基本的曲線曲面轉換成B樣條的曲線曲面。
• Package ElCLib 基礎的曲線，直線，圓，橢圓，拋物線，雙曲線。
• Package ElSLib 基礎的曲面，平面，圓柱面，圓錐面。
• Package Expr 數學表達式求解。
• Package ExprIntrp 數學表達式求解。
• Package PLib 多項式的計算。
• Package Poly 網格數據的存儲。多段線的存儲。三角剖分。
• Package Precision 精度。
• Package TColgp 各種容器類。
• Package TopLoc 多次連續變換后，都會記錄下來。
• Package gp 常見的點、向量、圓、橢圓、圓錐面、球面，變換矩陣，四元數。
• Package math 這個模塊最核心的包。各種計算。實現各種數值算法的功能。
  • math_FunctionRoot 解一個方程的根。
  • math_BFGS 多元函數的最小化。
  • math_FunctionSet 方程組相關問題的基類。
  • math_Function 方程的基類。
    一元函數：
    

多元函數：

方程組：

Module ModelingData

Modeling Data為邊界表示法（BRep）的3D模型提供數據結構。BRep模型是由拓撲（Topology）和幾何（Geometry）來表示的。
邊界表示法（Boundary Representation）也稱為BRep表示。它是幾何造型中最成熟、無二義性的表示法。
邊界表示法詳解(略，后面再詳細說明）

• Toolkit TKG2D 二維曲線曲面，表示參數空間。
• Toolkit TKG3D 三維曲線曲面
• Toolkit TKBRep 邊界表示法
• Toolkit TKGeomBase 對于曲線曲面的基本算法。
  • Package Extrema 求極值
  • Package Geom2dConvert 轉換到B樣條的曲線曲面
  • Package GeomConvert 轉換
  • Package GeomProjLib 投影
  • Package IntAna 曲線曲面的求交計算。
  • Package IntAna2d 曲線曲面的求交計算。

Module ModelingAlgorithms

• Toolkit TKBool 布爾運算
• Toolkit TKFeat 針對機械的運算，比如倒角
• Toolkit TKFillet 倒圓角
• Toolkit TKGeomAlgo 幾何相關的，擬合、投影、求交。
• Toolkit TKHLR 隱藏線的消除。主要用于自動生成過程。
• Toolkit TKMesh 用來生成顯示用的網格。比如三角網格
• Toolkit TKOffset 掃掠放樣功能。
• Toolkit TKBRepPrimAPI 常見基本形狀的生成。
• Toolkit TKShHealing 對模型的檢查修復。
• Toolkit TKTopAlog 拓撲的生成
  • Package BRepClass3d 模型的定位，是在模型內、外，還是邊界上面。
• Toolkit TKXMesh 簡單的封裝，可能是付費接口的兼容。

Module Visualization

用于顯示和交互的模塊。顯示中的縮放、平移和旋轉。交互中點線面的選擇。模型的顏色材質和透明度等。

Module DataExchange

用于數據交互，可以看到它支持的文件格式。

• Toolkit TKBinXCAF ocaf格式
• Toolkit TKIGES iges格式，gltf格式
• Toolkit TKSTEP step格式
• Toolkit TKSTL stl格式
• Toolkit TKVRML vrml格式

2、造型數據結構 ModelingData Geometry

非參數化幾何：解析幾何。不使用Handle化。對應Module FoundationClasses中的ToolKit TKMath中的幾何。gp_開頭的類都是非參數的幾何。
參數化幾何：使用Handle來處理的。對應到 Module ModelingData中的 ToolKit TKG2d和ToolKit TKG3d中的內容。
例如，Package Geom中的類對應的參數幾何。根據step標準。
非參數有一些局限性，所以用參數幾何。

2.1、曲線

下面是參數幾何的類繼承關系：

trimmed curve(裁剪曲線）：就是給曲線的定義域加范圍，是有界的，比如直線給范圍變成線段。
offset curve(偏移曲線) ：是基線加上偏移方向和距離。曲線上的每個點都有一個固定的偏移。
曲線可以得到參數對應的點和一階導數、二階導數和三階導數，以及曲線連續性的類型。

2.2、曲面

Geom_SweptSurface類簡單掃掠曲面，比如拉伸和選中。
不支持T樣條曲面，需要基礎Geom_ElementarySurface類派生后自己實現。

2.3、Draw.bat的使用

• 調用draw.bat文件，不要用.exe文件，會自動配置環境遍歷。我的沒有安裝好，用了exe文件，可用。

pload All //加載所有命令 help //幫著命令 cls //清空命令行 clear //清空二維顯示窗口 fit //適應顯示 2dfit //適應顯示二維窗口。 axo //顯示二維窗口 vinit //顯示三維窗口 vzb //顯示三維窗口中的指示軸 vdisplay //在三維中顯示 vhelp //交互命令幫助 vclear //清空三維顯示窗口 explode // dump //顯示數據信息，顯示曲線或曲面中保存的數據 whatis //顯示的是什么，shape的一句話顯示。 getsourcefile //獲得命令的源碼文件位置 //二維窗口的繪制命令 line //畫直線，有方向箭頭 circle //畫圓 ellipse //畫橢圓 parabola //畫拋物線，箭頭有方向 hyperbola //雙曲線 beziercurve //貝塞爾曲線 bsplinecurve //B樣條曲線，OCCT算法最高支持25次，理解節點矢量的表達方式 whatis //顯示類型 pcurve //在二維空間中顯示曲線。 translate //移動模型

曲面的參數空間是UV。

plane //畫平面 cylinder //畫圓柱 trimv //裁剪v方向上的作用域 cone //圓錐面 sphere //球面 torus //圓環面 extsurf //線性拉伸曲線得到曲面 revsurf //旋轉曲線得到曲面 beziersurf //貝塞爾曲面 bsplinesurf //B樣條曲面 trim //矩形裁剪曲面 offset //偏移曲面

2.4、插值和擬合

插值：是通過所有的得到的曲線。
擬合：是所有點到達線距離和最小的曲線。
Module ModelingAlgorithms 中 ToolKit TKGeomAlgo中PackageGeomAPI中的類：
GeomAPI_Interpolate 類是插值類。
GeomAPI_PointToBSpline類是擬合。用最小二乘法之類的算法做的。

判斷點在線或面的內或外，都在拓撲里面。
Module ModelingAlgorithms 中 ToolKit TKTopAlgo中Package BRepClass中。

3、造型數據 ModelingData Topology

為了表示任意的一個邊界范圍。

3.1、兩個概念

1、抽象拓撲（TopoDS）：只是描述邊界之間的關系。
（對應Module ModelingData中ToolKit TKBRep中Package TopoDS包中的類）
2、拓撲的幾何邊界表示（BRep）：

• BRepBuilderAPI類，BRepPRimAPI類，BRepOffsetAPI類，BRepFilletAPI類，用于之間構造拓撲體。
• BRepAlgoAPI類，用于幾何的布爾運算。
• TopExp類，用于遍歷拓撲體中的數據。
• BRepTools類，訪問各類的數據，類型轉換，用于訪問對應類的數據和函數。
• BRepFeat類，高級特征？？

3.2、為什么使用邊界表示法？

其他幾個模型表示法的比較：

構造、實體、建模（CSG）：不能對任意模型建模。

圖紙：是二維的。

線框表示：出現二義性。

mesh文件，多用于動畫模型，里面沒有精確的數學表達。

邊界表示法（BRep表示：Boundary Representation）：
優點：幾何造型中最成熟，且沒有二義性，可以表達任意模型，有幾何信息的表示法。
缺點：不穩定，比較復雜。

3.3、邊界表示法的具體內容

體—面—環—邊—點 的層次記錄幾何信息。
OCCT的拓撲結構只能從上往下，不能從下往上查找。
edge和curve的關系，用點去限定curve得到edge。
face和surface的關系，用edge去限定surface的一部分，得到face。

TopoDS_TShape ：TopoDS的handle。只能指針。

本地坐標系統。矩陣變換。gp_Trsf類。

朝向，forward和reverse。edge朝向一致就是forward，相反是reverse。face的法線朝里是forward，朝外是reverse。 朝向只有放到具體的拓撲體中才有意義。

IsPartner()-比較TShape一樣，為true。
IsSame()-比較TShape和坐標一樣，為true。
IsEqual()-比較TShape、坐標和朝向都一樣，為true。

3.4、強制類型轉換

TopoDS_Shape 類型——轉——
——TopoDS_Vertex 類型：TopoDS::Vertex() 函數。
——TopoDS_Edge 類型：TopoDS::Edge() 函數。
——TopoDS_Wire 類型：TopoDS::Wire() 函數。
——TopoDS_Face 類型：TopoDS::Face() 函數。
——TopoDS_Shell 類型：TopoDS::Shell() 函數。
——TopoDS_Solid 類型：TopoDS::Solid() 函數。
——TopoDS_CompSolid 類型：TopoDS::CompSolid() 函數。

3.5、容器工具（實例代碼略）

TopTools_MapOfShape類和TopTools_ListIteratorOfShape類是TopoDS_Shape 類型的容器。

3.6、 遍歷工具（實例代碼略）

• TopoDS_Iterator類:遍歷所有子模型。
• TopExp_Explorer類：遍歷制定類型。
• TopExp::MapShapes() 方法：遍歷制定的類型放到map里面。
• TopExp::MapShapesAndAncestors()方法：遍歷得到指定類型的所有父類型。

3.7、B-Rep實體，即實現類型

BRep_TVertex類，BRep_TEdge類和BRep_TFace類，定義了點，邊和面，其中包含了限定的幾何信息。

1、BRep_TVertex 類的幾何

記錄三維坐標點。
記錄點的相關幾何信息表示：BRep_PointOnCurve曲線上的點，BRep_PointsOnSurface曲面上的點等。

2、BRep_TEdge 類的幾何

• 三維曲線和曲線上的2個參數定義一條邊。
• 需要元素比較多列在下面：
  曲面上的曲線（Geom2d_Curve（二維曲線PCurve））；曲線上的兩個參數；曲面上的2對參數。

3、BRep_TFace 類的幾何

wir在surface上面限定一部分，就是face。BRep_TFace 類中只保存了Geom_Surface的幾何信息。

3.8、B-Rep實體的精度問題

• 點的精度是半徑r的球的范圍
• 邊就是一個半徑的管道
• 面就是一個曲面的上下厚度
  

3.9、BRepAdaptor包（略）

讓拓撲的線、面以幾何的形式來使用。

3.10、BRep_Tool類

很多靜態函數用于獲得點、線和面的幾何信息。

3.11、特殊情況

特殊類型邊：退化邊和縫合邊。

• 退化邊的情況如下圖：
  

• 縫合邊的情況如下圖：
  
  BRep_Tool類中Degenerated()函數，判斷邊是否是退化的。

Geometry Surface 里面的求導函數，可以計算曲面上一點的法線。

Module ModelingData ->ToolKit TKBRep ->Package BRep中：BRep_Builder類。
用MakeFace函數去構造一個Face；MakeEdge()、MakeVertex()等。

——第一天完結——

總結

以上是生活随笔為你收集整理的OCCT培训笔记（刘星讲）--第1天的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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