如何使用opencascade构建几何实体并导出带有属性数据的step文件？

Question

当前操作环境

ubuntu20.04 occt7.8

问题描述

1. 构建几何体
   建立几何实体如box和cylinder后，通过布尔运算构建复杂几何体
   如何直接对其进行可视化展示？

2. 赋予该几何体属性
   包括材料名称，密度，颜色等，如何赋予该体属性数据？

3. 导出step格式文件并在freecad中展示
   已知可以通过STEPControl_Writer 导出基本几何体，但不包含属性值，如何将带有属性数据的几何导出为step格式文件？

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

针对您提出的关于使用OpenCASCADE（OCCT）构建几何实体、赋予属性，并将其导出为带有属性数据的STEP文件的问题，以下是详细的解答与示例代码。在这个过程中，我们将遵循您的要求，直接提供解决方案。

1. 构建几何体

首先，我们需要创建基本的几何实体（如Box和Cylinder），然后通过布尔运算构建复杂的几何体。以下是一个示例，创建一个Box和Cylinder，并进行布尔求差操作：

#include <gp_Pnt.hxx>
#include <BRepPrimAPI_MakeBox.hxx>
#include <BRepPrimAPI_MakeCylinder.hxx>
#include <BRepAlgoAPI_Cut.hxx>

// 创建Box
TopoDS_Shape box = BRepPrimAPI_MakeBox(gp_Pnt(0, 0, 0), 10., 20., 30.).Shape();

// 创建Cylinder
gp_Ax2 cylAxis(gp_Pnt(5, 5, 5), gp_Dir(0, 0, 1));
TopoDS_Shape cylinder = BRepPrimAPI_MakeCylinder(cylAxis, 3., 6.).Shape();

// 使用布尔求差操作构建复杂几何体
TopoDS_Shape complexShape;
BRepAlgoAPI_Cut cutter(box, cylinder);
if (cutter.IsDone()) {
    complexShape = cutter.Shape();
}

// 可视化展示
// 对于简单的可视化，您可以使用OCCViewer库（需额外安装）。这里仅提供伪代码示意：
// OCCViewer_View viewer;
// OCCViewer_Display display(viewer);
// display.Display(complexShape);

注： 在实际项目中，您可能需要集成到特定的图形界面环境（如Qt、wxWidgets等）或使用第三方库（如VTK、Coin3D）进行可视化。此处由于篇幅限制，未给出完整的可视化代码。

2. 赋予几何体属性

在OCCT中，几何实体本身并不直接存储属性数据。为了关联属性信息，通常采用以下两种方法：

• 利用TDataXtd_Attribute系列类：这些类用于描述标准属性，如材质、颜色等。但需要注意，它们并非严格符合STEP标准，且在STEP导出时可能不会被正确处理。
• 使用XCAFDoc_ShapeTool及相关的TDF_Label和TDF_Attribute机制：这是实现属性关联的推荐方法，可以确保STEP文件包含所需属性。

下面演示如何使用XCAFDoc_ShapeTool为几何体添加材料名、密度和颜色属性：

#include <TDF_Label.hxx>
#include <TDF_ChildIterator.hxx>
#include <TDF_Tool.hxx>
#include <XCAFDoc_ShapeTool.hxx>
#include <XCAFDoc_ColorTool.hxx>
#include <XCAFDoc_MaterialTool.hxx>

// 创建XDE document并获取ShapeTool
Handle(TDocStd_Document) doc = new TDocStd_Document("MyDocument");
Handle(XCAFDoc_ShapeTool) shapeTool = XCAFDoc_DocumentTool::ShapeTool(doc->Main());

// 将复杂几何体添加到document，并获取其对应的label
TDF_Label label;
shapeTool->AddShape(complexShape, label);

// 添加材料名
const char* materialName = "Steel";
shapeTool->SetMaterial(label, materialName);

// 添加密度
double density = 7850.; // kg/m^3 for Steel
shapeTool->SetDensity(label, density);

// 添加颜色（RGB values）
Quantity_Color color(Quantity_NOC_GRAY70); // Or any other color
Handle(XCAFDoc_ColorTool) colorTool = XCAFDoc_DocumentTool::ColorTool(doc->Main());
colorTool->SetColor(label, color);

3. 导出带有属性数据的STEP文件

要确保属性数据随几何体一同导出到STEP文件，应使用STEPCAFControl_Writer而非STEPControl_Writer。示例如下：

#include <STEPCAFControl_Writer.hxx>

// 创建Writer实例
STEPCAFControl_Writer writer;

// 设置输出文件名
std::string filename = "output.step";

// 配置Writer，使其支持属性导出
writer.SetColorMode(true);
writer.SetLayerMode(false);
writer.SetNameMode(true);
writer.SetMatMode(true);

// 将document写入STEP文件
IFSelect_ReturnStatus status = writer.Transfer(doc, filename.c_str());
if (status != IFSelect_RetDone) {
    std::cerr << "Error exporting STEP file." << std::endl;
} else {
    std::cout << "STEP file exported successfully." << std::endl;
}

至此，您已经完成了使用OpenCASCADE构建几何实体、赋予属性，并将其导出为带有属性数据的STEP文件的过程。生成的STEP文件可以在FreeCAD等支持STEP标准的软件中打开并查看属性信息。

重要提示： 以上代码片段需结合完整的工程环境编译运行，包括必要的头文件包含、库链接以及初始化OCC系统。根据实际项目需求，可能还需要对异常处理、资源清理等方面进行完善。如果您在实践中遇到问题，建议查阅OCCT官方文档或相关教程以获取更深入的理解和指导。