OpenCascade基础图元建模API

发表于 2021-08-06

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OpenCascade的BRepPrimAPI提供了创建盒、楔、锥体、主体等的API，支持扫掠方式建模。本文详细介绍BRepPrimAPI包的主要类、构造参数以及使用示例。

OpenCascade BRepPrimAPI包提供了创建以下图元（primitive）的 API：

可以创建部分实体，例如一定经度范围内的球体。在实际模型中，图元可用于轻松创建特定的子部件。

BRepPrimAPI也提供了扫掠方式（Sweep）建模的API，支持轮廓沿线性路径或旋转方式创建实体模型。

扫掠将轮廓沿指定路径移动从而获得几何实体。轮廓可以是任何拓扑，路径通常是曲线。轮廓根据以下规则生成几何对象：

顶点（Vertex）生成边（Edge）
边（Edge）生成面（Face）。
线（Wire）生成壳（Shell）。
面（Face）生成实体（Solid）。
壳（Shell）生成组合实体（Composite Solid）。

OpenCascad不支持实体和组合实体的扫掠操作。可以在BRepOffsetAPI包中找到沿复杂的轮廓（如 BSpline 曲线）进行扫描构造的API，BRepPrimAPI为常见的实体建模操作提供了简单、高层次的开发接口。

1、盒子（Box）

使用类BRepPrimAPI_MakeBox 创建一个平行六面体的盒子，可以得到壳或者是实体。有四种方法可以构建一个盒子：

指定三维尺寸dx，dy和dz。盒子与坐标轴平行，并延伸至[0，dx] [0，dy] [0，dz] 。
指定一个点和三维尺寸。与上面基本相同，差异出在于原点变化。
指定两个点，盒与坐标轴平行，充满两个点坐标定义的间隔空间。
指定坐标轴gp_Ax2和三维尺寸。与第一种方式相同，但得到的盒子与指定的坐标轴系统平行。

如果任何一个维度在默认精度下平面化，BRepPrimAPI_MakeBox会抛出错误。以下代码显示如何创建框：

TopoDS_Solid theBox = BRepPrimAPI_MakeBox(10.,20.,30.);

构建盒子的四种方法如下图显示：

2、楔子（Wedge）

使用类BRepPrimAPI_MakeWedge建立一个楔子，这是一个有角度的盒子。楔子的构造方式与盒子大致相同，即指定三维尺寸 dx、dy、dz 以及其他参数，或指定坐标轴系统、三维尺寸和辅助参数。

下图显示了两种构建楔子的方法。一个方法是指定一个额外的参数ltx，表示在dy处的面的x方向的长度；第二种方法是使用额外的参数xmin、xmax、 zmin和zmax来描述在 dy处的面。

第一种方法是第二种方法的特殊情况，这时：xmin = 0， xmax = ltx， zmin = 0， zmax = dz。要制作一个金字塔，可以使用参数：xmin = xmax = dx / 2，zmin = zmax = dz / 2。

3、旋转图元（Rotation）

BRepPrimAPI_MakeOneAxis是一个延迟实现类，作为构建旋转图元的所有类的根类。旋转图元通过围绕指定轴旋转曲线而形成，包括圆柱体（Cylinder）、圆锥体（Cone）、球体（Sphere）、圆环体（Torus）以及旋转体（Revolution），旋转体包含了对其他曲线的使用。

尽管上述图元的构造参数彼此不同，但存在一些共同点：

需要指定一个坐标系统，其中Z轴是旋转轴。
旋转角度的范围为 [0，2*PI]。
可以使用vmin、vmax指定曲线范围。

OneAxis 构造的结果是实体、壳或面。面覆盖旋转表面。请记住你不会直接使用 OneAxis，而是使用某个特定的派生类（例如BRepPrimAPI_MakeCylinder）。下图说明了 OneAxis 的参数作用：

4、圆柱体（Cylinder）

使用类BRepPrimAPI_MakeCylinder创建圆柱体图元，可以在默认坐标系统或给定坐标系统gp_Ax2 中创建。有两种构造方法：

指定半径和高度，以建立一个完整的圆柱体。
指定半径、高度和角度，以构建圆柱体的一部分。

以下代码构建示例图中的圆柱面，这是沿Y轴的四分之一圆柱，原点位于X、Y、Z，长度为DY，半径为R：

Standard_Real X = 20, Y = 10, Z = 15, R = 10, DY = 30; 
// Make the system of coordinates 
gp_Ax2 axes = gp::ZOX(); 
axes.Translate(gp_Vec(X,Y,Z)); 
TopoDS_Face F = 
BRepPrimAPI_MakeCylinder(axes,R,DY,PI/2.);

5、圆锥体（Cone）

使用类BRepPrimAPI_MakeCone类创建圆锥图元。与圆柱体一样，圆锥体可以在默认坐标系或给定坐标系统gp_Ax2中创建。有两种构造方法：

指定两个半径和高度，以建立一个完整的圆锥体。其中一个半径如果为空，则得到一个尖锐的圆锥体。
指定半径、高度和角度，以建立一个截断的圆锥体。

以下代码构建示例途中的实心圆锥体，该圆锥体在默认坐标系统中，半径为R1和R2，高度为H。

Standard_Real R1 = 30, R2 = 10, H = 15; 
TopoDS_Solid S = BRepPrimAPI_MakeCone(R1,R2,H);

6、球体（Sphere）

使用类BRepPrimAPI_MakeSphere创建球体图元。与圆柱体一样，球体可以在默认坐标系统或给定坐标系统gp_Ax2 中创建。有四种构造方式：

指定半径 - 创建一个完整的球体。
指定半径和角度 - 建立一个半月体（Lune）。
指定半径和两个角度 - 创建一个包围在两个纬度之间的球片段。a1和a2的角度必须遵循关系：PI/2 <= a1 < a2 < = PI/2 。
指定半径和三个角度 - 前两种方法的组合，构建球片段的一部分。

以下代码指定半径和三个角度构建四个球体。

7、圆环体（Torus）

使用类BRepPrimAPI_MakeTorus创建圆环体图元。与其他图元一样，可以在默认坐标系或给定坐标系统gp_Ax2中创建。有四种构造方式：

指定两个半径 - 创建一个完整的圆环体。
指定两个半径和一个角度 - 创建一个圆环体片段。
指定两个半径和两个角度-在两个径向平面之间构建一个圆环体。角度 a1， a2 必须遵循关系 0 < a2 - a1 < 2*PI。
指定两个半径和三个角度 - 前两种方法的组合，构建圆环体片段。

以下代码指定两个半径和三个角度构建四个圆环体：

Standard_Real R1 = 30, R2 = 10, ang = PI, a1 = 0, 
    a2 = PI/2; 
TopoDS_Shell S1 = BRepPrimAPI_MakeTorus(R1,R2); 
TopoDS_Shell S2 = BRepPrimAPI_MakeTorus(R1,R2,ang); 
TopoDS_Shell S3 = BRepPrimAPI_MakeTorus(R1,R2,a1,a2); 
TopoDS_Shell S4 = 
    BRepPrimAPI_MakeTorus(R1,R2,a1,a2,ang);

请注意，我们可以选择创建实体而不是壳。

8、旋转体（Revolution）

使用类BRepPrimAPI_MakeRevolution从曲线构建单轴图元。和其他单轴图元一样，可以在默认坐标系或给定坐标系统中创建。

曲线可以是任何Geom_Curve 对象，只要它是平面的，并且与局部坐标系的Z轴位于同一平面。有四种构造方式：

指定一个曲线，使用完整的曲线并进行完全旋转。
指定曲线和旋转角度。
指定曲线和两个修剪曲线的参数。这两个参数必须是增长的，并在曲线范围内。
指定曲线、两个参数和一个角度。这两个参数必须是增长的，并在曲线范围内。

9、扫掠（Sweeping）

扫掠体（Sweeps）是通过沿路径扫掠轮廓而获得的几何对象。

BRepPrimAPI_MakeSweep是一个延迟实现类，作为以下类的根类：

BRepPrimAPI_MakePrism - 创建线性扫掠体
BRepPrimAPI_MakeRevol - 创建旋转扫掠体
BRepPrimAPI_MakePipe - 创建通用扫掠体

10、棱镜（Prism）

BRepPrimAPI_MakePrism类支持利用形状、矢量或方向创建线性棱镜。

指定一个矢量，创建有限棱镜：
指定一个方向，可以创建无限或半无限棱镜。半无限或无限棱镜使用一个布尔类型的参数来切换。所有构造函数

都有一个布尔参数来声明复制还是共享（默认）原始形状。

以下代码使用面、方向和长度创建一个有限、无限和半无限的实体。

TopoDS_Face F = ..; // The swept face 
gp_Dir direc(0,0,1); 
Standard_Real l = 10; 
// create a vector from the direction and the length 
gp_Vec v = direc; 
v *= l; 
TopoDS_Solid P1 = BRepPrimAPI_MakePrism(F,v); 
// finite 
TopoDS_Solid P2 = BRepPrimAPI_MakePrism(F,direc); 
// infinite 
TopoDS_Solid P3 =  BRepPrimAPI_MakePrism(F,direc,Standard_False); 
// semi-infinite

11、旋转扫掠体（Rotational Sweep）

BRepPrimAPI_MakeRevol类允许指定形状、轴（gp_Ax1）和角度创建旋转扫掠体。角度的默认值为 2*PI，这意味着一个闭合的旋转。

BRepPrimAPI_MakeRevol构造器最后一个参数用来声明复制或共享原始形状。以下代码使用面、轴和角度创建完整和部分旋转扫掠体。

TopoDS_Face F = ...; // the profile 
gp_Ax1 axis(gp_Pnt(0,0,0),gp_Dir(0,0,1)); 
Standard_Real ang = PI/3; 
TopoDS_Solid R1 = BRepPrimAPI_MakeRevol(F,axis); 
// Full revol 
TopoDS_Solid R2 = BRepPrimAPI_MakeRevol(F,axis,ang);

原文链接：BRepPrimAPI图元创建接口 - BimAnt

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