基于Open+CASCADE的曲面网格生成平台
基于Open CASCADE的曲面法线方向计算
基于Open CASCADE的曲面法线方向计算作者：李都宁毛力奋原力王普勇蒋光南来源：《电脑知识与技术》2019年第23期摘要：法线方向是曲面的重要参数，在计算图形学中被广泛使用，如场景中的光照及阴影效果、法线贴图效果、三维网格生成等，准确计算得到曲面上某点的法线对各类图形效果处理的质量具有重要的意义。
本文利用Open CASCADE图形库，对其中的曲面几何对象的法线方向计算方法进行了分析，提出计算曲面法线方向的稳健性方法，并对比了不同计算方法所得到的法线对网格划分产生的效果，验证了曲面法线方向计算过程的有效性。
关键词：Open CASCADE;曲面法线;BREP中图分类号：TP393; ; ; ; 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2019）23-0287-04开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Open CASCADE（Open Computer Aided Software for Computer Aided Design and Engineering）是由法国Matra Datavision公司开发的CAD软件系统，是世界上最重要的开源几何造型基础软件平台，它的存在大大方便了各类科研组织进行相关的图形学研究。
该图形库是基于OpenGL开发的专用CAD类库，提供了CAD模型建模与操作、CAD模型格式读取与保存等功能，广泛应用于CAD软件开发、CAE仿真软件设计等方面。
曲面上某点的法线方向指的是在该点处与表面垂直的方向，对于平面来说，平面上各点的法向是一样的，对于曲面来说，各点的法线方向则并不相同。
法线方向作为曲面的重要属性，在图形学领域中被大量使用[1]，其正确性对图形场景中的光照、阴影效果、贴图效果等有直接影响。
将曲面的法线信息应用于CAE软件网格划分过程中，能够改善划分网格的质量。
通常情况下曲面法线计算有两种方式，一种是微分法，通过曲面数学方程计算[2]。
另一种是平均邻接面法，通过曲面的离散化三角形计算。
open cascade 基础
Open Cascade 基础1. 介绍在当今的工程设计和制造行业中，三维建模和仿真技术被广泛应用，而开源的 CAD/CAM/CAE 评台 Open Cascade 作为一种强大的工具，在这一领域中表现出了巨大的潜力。
本文将重点探讨 Open Cascade 的基础知识和应用，以便读者能够更好地理解并运用这一技术。
2. Open Cascade 的概述Open Cascade 是一种开源的三维 CAD/CAM/CAE 开发评台，它提供了一整套的软件组件、工具和库，用于构建各种涉及三维建模、几何处理、网格生成、可视化和仿真的应用程序。
Open Cascade 基于C++ 开发，并提供了丰富的 API，用户可以在其基础上进行二次开发和定制化。
3. Open Cascade 的核心模块Open Cascade 的核心模块包括几何建模内核、数据交换模块、可视化模块、网格处理模块等。
其中，几何建模内核是 Open Cascade 最重要的组成部分之一，它包含了丰富的几何算法和数据结构，可以对各种几何实体进行建模、计算和分析。
4. Open Cascade 的应用领域Open Cascade 在工程设计、制造和仿真领域有着广泛的应用。
它可以用于快速原型制作、产品设计、模具设计、数值控制加工、有限元分析等方面。
由于其开源的特性，Open Cascade 还在学术研究领域中被广泛应用，许多大学和研究机构都在利用 Open Cascade 进行各种研究项目。
5. 个人观点和理解在我看来，Open Cascade 提供了一种非常便捷和灵活的方式，让工程师和研究人员可以更好地应用三维建模和仿真技术。
通过学习和掌握 Open Cascade，我们能够更好地理解和把握三维几何建模的原理和方法，并且能够更自由地进行定制化开发，满足不同应用场景的需求。
6. 总结和回顾通过本文的介绍，我们对 Open Cascade 的基础知识有了更深入的了解。
mesh算法进化如何实现？这里是成功示例......
mesh算法进化如何实现？这里是成功示例......一、mesh算法是什么？三维模型有不同格式的存储方式，如基于BREP的STEP格式，基于面片数据的STL/OBJ，使用xml组织文件树的DAE。
然而计算机系统只能处理离散的数字信号。
对于一些复杂连续、追求光滑的曲面定义（比如纺锤体，球面，NURBS），就需要将其离散成一个个非常微小的面元，计算出屏幕上每一个像素点的颜色和灰度，才能最终形成人眼看到的画面。
将连续的几何表达分割成有大量三角形微元组成的过程，称为三角形网格化（也就是mesh）。
CAD建模、有限元仿真、光线追踪渲染等众多技术场景，都离不开三角形网格化手段的帮助。
二、追光几何面临的技术挑战追光几何上线运行以来，广受用户好评。
但也陆陆续续收到用户反馈一些图形渲染相关的问题，比如部分结构缺失、破面、面赘生、自相交等。
这些问题的背后，都与mesh算法有着千丝万缕的联系。
拍立得模型：左侧为追光几何渲染效果，右侧为SolidWorks渲染效果可以看到左侧存在明显的破面现象。
另外对于追光几何这样SaaS平台来说，速度是影响用户体验的一大因素。
在硬件配置不变的情况下，需要解析的面片数量越少，占用的硬件资源（内存/cpu）等也就越少，直观上模型的加载速度也会更快。
因此，如何在尽可能不丢失图形信息情况下，减少三角面片的数量，优化mesh算法，成为追光几何技术团队关注的焦点。
三、追光几何的解决之路问题定位我们首先对问题模型做了细致的拆解。
比如对前文的拍立得模型，我们定位到”破面“现象产生的原因，是两层距离非常接近（约0.3mm）的曲面发生了相交。
前文提到，对于光滑曲面，mesh本质就是化曲为直。
而影响边界点采样最重要的两个参数是线性误差和角度误差。
理论上，这两个误差定得越小，那么采样点越密集，效果应该也会更好，代价是面片数量会增加。
❓❓做出假设：提高精度解千愁？❓❓带着这样的假（huan）设（xiang），我们测试了多种线性误差等级下的效果。
基于Open_CASCADE_的拱桥建模研究
基于Open CASCADE的拱桥建模研究黄飞（中铁大桥勘测设计院集团有限公司桥梁智能与绿色建造全国重点实验室，湖北武汉430050）摘要：几何引擎是三维BIM建模软件中的核心组件，对软件的性能、准确性、互操作性和用户体验等方面有着重要影响。
商业软件的几何引擎虽然经过了多年的发展和优化具有较好的性能和稳定性，但常受限于软件厂商提供的API接口和商业软件所需要的系统环境，无法对底层数据进行访问或修改，灵活性较差，且不具备完全自主商业版权。
基于开源几何引擎的应用在很多领域已有相关的研究成果，但在桥梁工程领域较少，基于开源几何引擎Open CASCADE对桥梁工程领域的模型构建技术进行探索，实现自主可控的桥梁工程三维建模平台，以拱桥为研究对象，结合几何引擎的模型构建技术，实现拱桥模型的创建。
探索开源几何引擎在桥梁工程领域的建模实现能力，为实现更多桥型的三维建模以及基于模型更进一步的衍生应用积累经验，并为打造自主可控的桥梁工程建模软件提供参考。
关键词：桥梁工程；BIM；开源几何引擎；Open CASCADE；拱桥建模；自主可控中图分类号：U24 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2024）02-0063-08 DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2024.03.05.0020 引言随着建筑设计施工技术日新月异的发展，现代桥梁朝着越来越复杂的方向发展，当面对越来越复杂的结构时，传统的二维设计方式难以表达设计者的意图，很难发现设计过程中结构在空间布局上存在不合理的地方。
借助BIM技术在可视化设计、协同工作、冲突检测等方面的优势，使得设计更加精确，有助于提高项目的质量和可持续性。
桥梁工程与BIM技术的结合日趋紧密［1-5］，设计手段由二维过渡到三维将是未来趋势。
几何引擎在三维BIM建模软件中扮演着关键角色，对软件的性能、准确性、互操作性和用户体验等方面有着重要影响［6］，选择合适的几何引擎是确保BIM软件能基金项目：国家重点研发计划项目（2023YFC3806800）作者简介：黄飞（1992—），男，工程师。
Open_CASCADE学习笔记-曲面建模
这段代码是从 CAD Exchanger 中摘录的，用来转换 ACIS 中的 sum_spl_sur， 其中曲面是由两根曲线来定义。
缺省情况下，扫略曲面会生成 B 样条曲面，可以是有理样条曲面也可以是多项 式样条曲面，这依赖于 Perform()方法中的参数。假如你想生成基本曲面(圆环面 torus，圆柱面 cylinder，球面 sphere 等)，当曲线配置允许的情况下(when curves configuration allows)，可以调用函数 GenerateParticularCase()，并将参数设置 为 Standard_True。
TopoDS_Wire aWire1 = ...; TopoDS_Wire aWire2 = ...; TopoDS_Face aShell = BRepFill::Shell (aWire1, aWire2);
图 2 是位于直纹曲面上的具有两个面(face直纹曲面上的具有两个面的壳体 当使用 BRepFill::Shell()时，环(wires)必须包含相同数量的边(edges)。假如不相 等 ， 可 能 需 要 重 新 逼 近 生 成 (re-approximate) 这 些 边 。 例 如 ， 可 以 使 用 ShapeAlgo_Container::HomoWires() 或 者 其 他 相 似 的 算 法 ， 或 者 使 用 BRepAdaptor_CompCurve 转换器和 Approx_Curve3d 重新逼近生成环。后者 可以将环变成一条 B-样条曲线(B-Spline)，这样就可以使用 GeomFill 生成直纹 曲面，也可以将曲线(curve)转换为 TopoDS_Edge 类型的拓扑边从而使用 BRepFill 生成直纹曲面。
Open+CASCADE中文教程
目录更多教程请到/hoya5121/category/556157.aspx 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参数名称参数值瓶高MyHeight 70mm瓶宽MyWidth 50mm瓶厚MyThickness 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。
opencascade曲面展开算法
Opencascade是一个开源的CAD/CAM/CAE建模内核，它提供了丰富的工具和算法来进行复杂几何体的建模和处理。
其中，曲面展开算法是Opencascade中非常重要的一部分，它能够对复杂的曲面进行展开，并生成平面上的展开图。
在工程设计领域，曲面展开算法可以用于展开展板、管道、汽车车身等复杂曲面结构，为后续的数控切割、制作模具等工艺提供重要支持。
1. Opencascade曲面展开算法的原理Opencascade曲面展开算法基于数学原理和计算几何学，它利用参数化曲面的参数化方程以及曲面的法向信息等，通过数学计算来确定曲面展开的方式。
在展开过程中，算法会考虑曲面的局部特征，如拐点、奇点等，以保证展开后的平面图形与原曲面的几何特征一致。
在Opencascade中，曲面展开算法是建立在B样条曲面、NURBS曲面等数学模型的基础上，通过对曲面参数化方程的分析和处理，最终得到曲面的展开图。
2. Opencascade曲面展开算法的应用曲面展开算法在工业设计、模具制造、航空航天等领域有着广泛的应用。
在汽车车身设计中，曲面展开算法可以将车身表面展开成平面图，为汽车覆盖件的制作提供了重要依据；在航空航天领域，曲面展开算法可以用于展开飞机机翼表面，为机翼结构的铆接、切割提供了重要支持；在模具制造中，曲面展开算法可以用于展开模具表面，为模具的加工、制造提供了重要依据。
曲面展开算法可以将复杂曲面结构展开成平面图，为后续的加工、制造提供了重要的依据和支持。
3. Opencascade曲面展开算法的优势Opencascade曲面展开算法具有精度高、稳定性好、处理速度快等优点。
在展开过程中，算法会考虑曲面的各种局部特征，以保证展开后的平面图与原曲面的几何特征一致，从而保证了展开后的平面图的准确性和精度。
Opencascade曲面展开算法在处理大型、复杂曲面时具有较高的稳定性和鲁棒性，能够保证算法的可靠性和稳定性。
Opencascade曲面展开算法在处理速度上也有较大优势，能够快速高效地完成曲面的展开计算，提高工程设计和制造的效率。
基于Open CASCADE的复杂曲面零件快速分割
基于Open CASCADE的复杂曲面零件快速分割许强;马建伟;贾振元【摘要】基于Open CASCADE内核和VC编程技术，建立复杂曲面模型零件的快速分割系统。
通过离散导入的IGES曲面模型，提取离散后曲面片的边界信息，构造曲面片的特征长方体，并以此获得曲面片的特征尺寸组。
对曲面片依照主特征尺寸排序和分组后完成复杂曲面模型的快速分割。
通过叶轮模型的快速分割，验证了分割系统对一般具有局部特征的复杂曲面零件分割的可行性和有效性。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】3页(P26-27,32)【关键词】复杂曲面模型;特征尺寸组;快速分割;OCC-VC编程【作者】许强;马建伟;贾振元【作者单位】大连理工大学机械工程学院，大连116024;大连理工大学机械工程学院，大连116024;大连理工大学机械工程学院，大连116024【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言复杂曲面零件作为高端设备的关键零件在航空航天、能源动力、汽车等行业有着广泛的应用。
但是随着对高端装备性能需求的不断提高，关键零件的结构也愈加复杂，部分局部几何特征的加工精度也要求更高。
而带有这些局部几何特征的曲面零件由于其特殊结构和难加工材料的应用加工效率较低，零件整体采用单一的加工参数很难适应高端装备的快速发展需求。
以带分流小叶片的叶轮为代表，在数控加工过程中整体工艺参数受局部分流小叶片特征的限制。
然而，分流小叶片加工面积占叶轮整体加工面积的比例过小，确定的整体加工工艺对分流小叶片外其他加工区域过于保守，因此严重制约了该叶轮整体的加工效率。
研究复杂曲面模型快速分割方法，将分流小叶片（局部特征）从叶轮整体（整体模型）中分离出来，并分别选取已分离的曲面和剩余加工区域上的最优加工参数，生成独立文件的加工代码，经整合最终实现数控装备上的高效加工。
目前曲面分割技术还主要应用于生物医学立体图像识别[1]和逆向工程[2,3]等领域，针对提高数控加工效果的曲面分割技术很少。