OpenSCAD入门笔记

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OpenSCAD是一款功能强大的免费开源建模工具，只需几行代码即可制作精确的3D模型。通过正确的设置，你甚至可以制作适应性强的“参数化”模型。

不像大多数自由软件创建3D 模型 (如著名的 Application Blender)，OpenSCAD 专注于 CAD 方面，而不是艺术方面的3D 造型。因此这可能是您正计划创建3D 模型的机器零件，而不是制作电脑动画电影的工具。

OpenSCAD 不是一个交互式建模器。相反它更像一个 3D 编译器，读取描述对象并呈现的脚本文件 这个脚本文件中的3D 模型（参见下面的示例）。这软件是对建模过程进行完全的控制，使您能够轻松地完成改变建模过程中的任何步骤或设计。

OpenSCAD提供了两种主要的建模技术：首先是建设性的实体几何（又名CSG），其次是2D轮廓的制作。作为这些2D轮廓的数据交换格式，使用Autocad DXF文件。除了用于制作的2D路径之外，还可以从DXF文件中读取设计参数。除DXF文件外，OpenSCAD还可以读取和创建STL和OFF文件格式的3D模型。

下载并安装OpenSCAD

最新的稳定版OpenSCAD可以从openscad.org/downloads.html下载。页面顶部的正常下载提供了该软件的最新“稳定”版本，而“开发快照”提供了具有一些额外功能的OpenSCAD的实验版本，但可能比稳定版本具有更多错误。选择适合你操作系统的版本，打开.exe或.dmg，然后按照说明安装OpenSCAD。

当你第一次打开OpenSCAD时，应该会遇到启动画面。在此窗口中，你可以创建新文件，打开现有文件或打开示例。所有示例文件都写得非常好，并展示了如何使用OpenSCAD的关键概念。

在示例框中，转到Basics> CSG.scad，然后单击“打开示例”以打开简单的CSG示例文件。

OpenSCAD接口：文本编辑器

让我们首先查看OpenSCAD窗口的基本部分。OpenSCAD的界面非常简单，仅包含文本编辑器，查看区域和控制台。使用编辑器输入代码，结果模型显示在查看区域中。编辑器中的大多数按钮都是不言自明的（New，Open，Save等）。有趣的是预览，渲染和导出为STL按钮。

点击预览将在查看区域中生成快速模型。这个快速模型显示了模型外观的一般概念，但它不是最终计算的3D模型。按Render告诉OpenSCAD计算最终的3D模型，它会显示精确的读数，但生成时需要比预览更长的时间。渲染模型后，Export as STL将打开一个窗口，将模型另存为STL。

OpenSCAD接口：可视区域

“查看区域”显示3D模型。“预览”和“渲染”按钮与编辑器中的相同。两个中间的按钮组控制着查看器中的“摄像机”：左侧的按钮可以缩放或重置视图，而右侧的按钮可以将摄像机捕捉到标准视图。

最后一组按钮包括Perspective / Orthogonal按钮，Show Axes和Show Scale Marker按钮以及Show Edges按钮。在Orthogonal和Perspective之间切换会更改模型是以等距还是透视显示。（正交视图通常更适合制作机械模型，而透视更适合装饰模型）。

OpenSCAD接口：控制台

控制台显示在查看区域下方，并显示有关计算模型的技术信息。它还显示保存或导出模型的记录，并显示echo语句的读数。那些不关心引擎技术计算的人不必担心控制台。

对象，动作，操作符和变量

OpenSCAD构建的每个模型都是由对象组合构建的。物体是原始形状，如立方体，圆柱体和球体，并形成每个模型的主干。对象由Actions创建并由Operators修改，Variables和Comments进一步增强了代码。

动作用于创建对象或定义变量。例如，Cube，Cylinder和Sphere是创建其对应的原始对象的动作。

操作员修改对象。有许多不同的运算符，它们用于更改对象的许多不同属性，例如其大小或位置。

变量包含数字，字符串（即文本），向量和列表等值。存储在变量中的信息可以由Actions，Operators或其他变量使用。（变量将在本节的OpenSCAD教程中稍后讨论）

注释用于为阅读代码的任何人提供额外信息。它们通常用于提供有关代码的一般信息（如原作者和发布日期），并解释特定行背后的逻辑和推理。注释不会影响对象，并且在OpenSCAD解释和呈现代码时会被忽略。

（还有矢量，列表，模块和函数，但我们将在不同的OpenSCAD教程中处理这些高级概念！）

可以在OpenSCAD用户手册中找到OpenSCAD可用的所有对象，操作和操作符，以及有关如何使用它们的信息。我们将坚持使用本教程中最简单的一个，但请记住，一旦你熟悉了基础知识，就可以使用一个巨大的工具箱。

有了这个，让我们来看看CSG.scad，看看一些动作和操作符的实例！

CSG.scad示例：将对象与Union结合使用

操作员以绿色突出显示，操作以橙色突出显示。（绿色文本是注释。）

在做任何事情之前，我们应该以不同的名称保存文件。我们将在本教程中使用代码，因此我们希望保留原始版本的安全副本。转到文件>另存为…并将其另存为“CSG_tutorial.scad”。完成后，点击“渲染”按钮以查看CSG.scad生成的对象。此示例使用Operators和Actions的不同组合生成三个单独的对象。

我们仔细看看代码。在阅读OpenSCAD代码时，更容易将事物视为代码的“块”，而不是逐行读取。CSG.scad中有三个块，其边界由代码左侧的黑线标记。每个块包含两个动作（立方体和球体）以及一个或两个操作符（平移，联合，交集，差异）。

让我们看看第一个代码块（从第3行开始到第8行结束）。此块定义了“查看区域”左侧的形状，即立方体内的球体。这段代码包含两个Operators和两个Actions：

Translate是一个根据给定的[X，Y，Z]参数移动对象的运算符。在这种情况下，它向下移动一个物体-24毫米的X轴。

Union是一个运算符，它将大括号内的所有对象组合到一个Object中。

Cube是一个创建立方体对象的Action。在这种情况下，每个立方体的边设置为15 mm，“center = true”语句告诉Action从中心绘制立方体。

Sphere是一个创建球体对象的Action。由于该数字尚未定义为半径或直径，因此OpenSCAD假定它是半径。

该块演示了在OpenSCAD中工作的两个关键概念。第一个是操作符仅应用于其边界内的对象。第一个块中的Union运算符仅组合其边界内的Cube和Sphere，并且不包含此文件中的其他对象。同样，第一个块中的Translate Operator仅适用于Unioned Object。如果没有，则此文件中的所有对象将在X轴上以-24为中心！（另请注意，运算符的边界由一对花括号定义，并且其边界内的所有内容都缩进一级。）

下一个重要概念是OpenSCAD始终按顺序执行操作，从最接近Object的Operator开始并向外工作。因此，在此块中，首先在Cube和Sphere上执行Union操作，然后通过Translate移动Unioned对象。即使在处理大型复杂的Operators和Actions组合时，也要从最里面的Objects / Actions开始，然后向后工作，直到到达最上面的Operator。

（眼尖的读者可能会注意到，在这个块中交换操作符不会对生成的对象产生任何影响，因为即使首先移动Cube和Sphere，Union也会起作用。但是，有很多次你在需要按特定顺序应用操作，因此习惯于按顺序考虑应用操作符！）

CSG.scad示例：关于语法的注释

现在是提及语法的一些重要观点的好时机。我们刚刚看到操作符的边界由花括号定义。但是，在整个代码中也可以找到其他语法，如分号和缩进。其中一些对于文件运行至关重要，而另一些则不重要。

关键语法对于代码运行是绝对必要的。如果它丢失或写入不正确，当你尝试预览或渲染模型时，OpenSCAD将抛出错误消息。

以下是OpenSCAD中的关键语法：

每个Action语句的结尾必须以分号结尾。这包括创建对象的操作以及定义变量的操作。

如上所述，花括号（又名大括号，花括号）表示Operator语句的边界。在处理复杂的OpenSCAD项目时，很容易丢失所有大括号。但是，当你单击大括号时，OpenSCAD会突出显示其匹配的伙伴，这会使事情变得复杂时更容易。

在非关键的语法是没有必要的模型进行编译。但是，它使代码更容易阅读和编辑。非关键语法的示例包括以下内容：

当你在新的操作员中时，缩进通常会增加，而当操作员完成时，缩进会减少。（在此示例中，因为Union运算符位于Translate运算符内，所以Union缩进了一个级别。因为Cube和Sphere在Union中，它们缩进了两个级别。）OpenSCAD实际上不需要缩进，但是让代码看起来干净整洁。

为了运行OpenSCAD，并不是严格需要换行符（即按Enter键）和空格。从理论上讲，你可以把整个第一个块写成一行，代码仍然可以工作：translate{union{cube（15，center = true）; sphere（10）;}}但是，把它们拿出来使代码难以阅读。

注释用一对斜杠（“//”）表示。OpenSCAD会忽略一对斜杠后面的所有内容，直到下一行的开头。

（附注：对于熟悉计算机编程的人，你可能会注意到这种语法与C ++基本相同.OpenSCAD主要用C ++编写，因此，从其母语继承了大部分语法。所以对任何人来说都是如此。熟悉Arduino编程，这应该是轻而易举的！）

CSG.scad示例：交叉点运算符

对于中间对象，再次使用立方体和球体，但使用交叉点运算符而不是联合进行组合。当给定多个对象时，Intersection会生成一个Object，该Object仅由每个重叠的Object的部分组成。换句话说，如果一个对象的任何部分不与其他对象的任何部分相交，则将其从最终的交叉形状中移除。

在第二个块中的Sphere Action之后，将以下行添加到代码中，然后点击Render按钮以显示你的更改：

translate（[7.5,0,0]）{cube（15，center = true）; }这会增加一个额外的立方体，它通过额外的Translate语句向右移动一半长度。请注意，交叉点运算符仅考虑属于所有三个对象的段，并且不与其他两个对象重叠的部分不包含在最终的交叉对象中。

另请注意第二个Translate如何仅在第二个Cube语句中运行。操作符按顺序工作，因此仅在移动第二个多维数据集后才执行“交点操作”。

CSG.scad示例：差异运算符

最右边的形状使用差分算子。差异从另一个对象中减去一个对象，使其对创建孔和其他空间很有用。

差异如何工作（对联盟或交集）的一个重大变化是创建的对象取决于动作/对象在运算符中出现的顺序。尝试在第三个块中切换Cube和Sphere的顺序。请注意，在原始版本的代码中，如何从Cube中减去Sphere，但切换它们会强制相反。

参数化OpenSCAD

现在我们已经了解了CSG.scad示例，让我们来谈谈参数化设计。

在参数化设计中，用户可以更改模型的某些元素，并且设计的其余部分可以适应这些变化。例如，这允许一个人定义不同的螺杆直径，而不必手动筛选代码并替换每个值。

让我们尝试使我们的CSG_tutorial.scad中的三个对象更大。首先用“球体（15）”替换“球体（10）”的所有实例，从球体开始。我们还需要使立方体更大，所以将“cube（15，center = true）”替换为“cube（20，center = true）”。如果使用这些更改呈现代码，则可以看到一些问题：

球体半径与立方体尺寸的比例已经被抛弃，这意味着最终的物体看起来不再像原件那样。

对于我们修改过的中间（交点）对象，对象不再向下拆分，因为我们没有移动第二个立方体。

交点和差异对象彼此重叠，因为它们没有使用翻译运算符分开很远。

对于本OpenSCAD教程的最后一部分，我们将把简单的示例设计转换为参数设计。

制作参数模型：定义变量

我们可以尝试手动修复这些问题，但是每次我们想要更改对象的大小时我们都需要修复它们。相反，让我们做一个适当的参数化设计。

制作参数文件的关键步骤是定义变量而不是使用普通数字。变量是使用一种Action语句创建的，一旦定义了变量，我们就可以在任何可以使用数字的地方使用变量。

在文件顶部的某处添加以下Action语句（可以在第一行的注释之前或之后，但不能在第一个代码块之后）：sphere_radius = 10;这将创建一个名为“sphere_radius”的变量，并使其等于10。

接下来，浏览代码并用sphere_radius 替换每个Sphere Action中的每个数字（如上图所示）。尝试渲染文件，然后更改sphere_radius并再次渲染文件。你应该看到每个球体的半径随着sphere_radius的变化而变化。

制作参数模型：定义更多变量

通过定义变量cube_length并将其设置为15（现在），使多维数据集大小的参数化方式与球半径相同。如上所述，用cube_length替换每个Cube语句中的所有数字。

现在我们可以为模型中的所有对象设置球体半径和立方体长度。但是我们怎样才能保持立方体和球体彼此成比例而不自己计算呢？是时候制作一些相关的变量了！

制作参数模型：依赖变量

关于变量的一个方便的事情是它们可以使用其他变量来定义。在其定义中使用其他变量的变量称为从属变量（与独立变量相对，不依赖于任何变量）。

如果我们独立设置sphere_radius和cube_length，我们可能会失去立方体大小与球体大小的原始比例。但是，我们可以通过将cube_length的定义更改为以下内容来将cube_length更改为从属变量：cube_length = sphere_radius * 1.5;

当我们讨论这个主题时，你也可以通过用translate替换translate（[7.5,0,0]），将我们在步骤4c中添加的Translate运算符从一个公司X坐标更改为一个参数。现在，中间的物体每次都会干净利落地中间！

请注意，始终需要在 它使用的变量定义之后定义从属变量。OpenSCAD逐行读取代码，因此如果你尝试定义cube_length而不定义sphere_radius，OpenSCAD将不知道该怎么做。

制作参数模型：附加的相关变量

最后要修复的是每当球体大小改变时对象之间的间距差。要解决此问题，请创建一个变量来控制每个对象之间的间距：object_separation = sphere_radius * 2 + 4;

在定义cube_length之后插入此Action，然后替换在第7行和第20行的[24,0,0]中和，分别。现在，尝试使用不同的sphere_radius值渲染代码：即使对象变大，它们也应该始终彼此分开4 mm！

下一步是什么？

现在你已经掌握了这个OpenSCAD教程的基础知识，现在是时候开始制作自己的一些设计了！阅读文档并使用OpenSCAD提供的不同操作符和操作。你甚至可以开始研究诸如矢量和循环等棘手的概念，这使得设计复杂模型变得更加容易。

命令速查表

1. 语法
var = value; //变量赋值
module name(…) { … } //模块定义，openscad中利用类C语言的模块的概念，通过重复利用的方式，减轻工作量
name(); //调用指定名字的模块，进行绘制
function name(…) = … //函数定义
name(); //函数调用
include <….scad> //包含头文件，通常用于包含一些通用的配置文件
use <….scad> //复用文件，可以将指定文件中的模块包含进来，方便在当前边的设计中，调用那些模块

2. 2D图形绘制
circle(radius) //以radius为半径画圆
square(size,center) //以size为边长绘制正方形
square([width,height],center) //以width，height长宽绘制长方形
polygon([points]) //按点坐标作多边形
polygon([points],[paths]) //依照点坐标和路径，作多边形

3. 3D图形绘制
sphere(radius) //以radius为半径绘制球
cube(size) //以size为边长作正方体
cube([width,height,depth]) //以width，height，depth作为长宽高作长方体
cylinder(h,r,center) //以h作高，r作半径，绘制圆柱
cylinder(h,r1,r2,center) //以h作高，r1，r2分别为上下圆半径作，圆锥体。
polyhedron(points, triangles, convexity) //多面体

4. 变形
translate([x,y,z]) //依照[x,y,z]响量进行平移
rotate([x,y,z]) //围绕 XYZ轴，分别作x，y，z度的旋转。
scale([x,y,z]) //沿XYZ轴，以x，y，z为比例缩放
resize([x,y,z],auto) //
mirror([x,y,z]) //镜像
multmatrix(m)
color(“colorname”)
color([r, g, b, a])
hull()
minkowski() //敏可夫斯基运算，对两个多面体进行运算。得到由一个多面体遍历另一个多面体的结果。常用来作圆角。
逻辑操作
union() //多个多面体的总和，（或运算）
difference() //由第一个多面体，减去除第一个以外的多面体
intersection() //得出多个多面体相交的部分，（与运算）
操作字符，标记出指定多边形，以方便调整

5. 数学函数
abs
sign
acos
asin
atan
atan2
sin
cos
floor
round
ceil
ln
len
log
lookup
min
max
pow
sqrt
exp
rands
其他
echo(…)
str(…)
for (i = [start:end]) { … } //for循环
for (i = [start:step:end]) { … }
for (i = […,…,…]) { … }
intersection_for(i = [start:end]) { … }
intersection_for(i = [start:step:end]) { … }
intersection_for(i = […,…,…]) { … }
if (…) { … }
assign (…) { … }
search(…)
import(“….stl”) //导入stl模型
linear_extrude(height,center,convexity,twist,slices) //挤出
rotate_extrude(convexity)
surface(file = “….dat”,center,convexity)
projection(cut) //投影
render(convexity)
特殊变量
$fa 最小角度
$fs 最小长度
$fn 最小分段
$t 动画分步