OCC教学：预备基础

预备基础：1.概览

什么是Open CASCADE Technology？

Open CASCADE Technology (OCCT) 是一个功能强大的开源 C++ 库，由数千个类组
成，并提供以下领域的解决方案：

• 表面和实体建模：对任何对象进行建模。
• 3D 和 2D 可视化：显示对象并为其设置动画。
• 数据交换：导入和导出标准 CAD 格式。
• 快速应用程序开发：操作自定义应用程序数据。
  OCCT 还适用于 CAD/CAM/CAE 的许多其他领域，包括 AEC、GIS 和 PDM。OCCT 专为需要良好质量、可靠性和强大工具集的 3D 建模和可视化应用程序的工业开发而设计。
  OCCT 库在 GNU 宽通用公共许可证 (LGPL) 版本 2.1 下以开源方式分发给多个平台。

怎么获取OCCT？

您可以通过以下方式获取 Open CASCADE Technology：

• 从官方网站下载版本：
  • 在OPEN CASCADE公司官方网站上创建帐户。
  • 注册后，您将可以访问下载页面。
• 从源码（Git 存储库）构建 OCCT。
  要从官方 Git 存储库获取 OCCT 源码，应该：
• 在协作开发门户上创建一个帐户。
• 克隆 OCCT Git 存储库（使用您的 ssh 密钥）。
• 下载必要的第3方库。
  下载 OCCT 源代码后，可以使用 CMake 为 IDE 生成项目文件。

从源码构建

从源码构建 OCCT 涉及几个步骤：

1. 下载OCCT源码；
2. 下载必要的第三方库（TCL 和 FreeType 是标准构建的最低要求）；
3. 配置CMake：
   1. 点击“configure”按钮；
   2. 设置 3RDPARTY_DIR 变量指向解压的第三方文件夹；
   3. 将 INSTALL_DIR 更改为所需的目录；
   4. 启用必要的功能；
   5. 如果不需要OCCT开发环境，则启用 BUILD_USE_PCH 以使用预编译头加速计算；
4. 再次点击“configure”按钮；
5. 点击“generate”按钮。

源码包中的内容是什么？

对象库

对象库分为模块：

• Foundation classes
• Modeling data
• Modeling algorithms
• Visualization
• Data exchange
• Shape healing
• Applicattion framework(OCAF)
  每个模块包含多个库，每个库包含分组到包中的类：
  

文档

• 从 Doxygen 注释自动生成；
• 手动编写的用户和开发人员指南。

编程示例

使用不同 GUI 的编程示例：

• MFC
• C#
• Qt
• Java

测试套件应用

• 基于 TCL 的命令解释器
• 一组预定义的命令
• 大多数 OCCT API 都可以在测试套件（ Test Harness ）中使用
• Test Harness 是 OCCT的原型框架
• 该应用程序用于测试 OCCT本身

应该提前了解的内容

必修知识：

• C++面向对象语言
• 编程技术
• 常见数学、代数、几何
  可选知识：
• 计算机辅助设计基础

文献书籍

性能提示

并行模式

一些算法具有并行模式：

• BRepAlgoAPI
• BRepMesh_IncrementalMesh
• BVH Tree construction

Part-related

使用简单的对象可以获得更好的性能：

• C2连续性；
• 低阶样条;
• 小结点矢量
  尽可能使用规范几何：
• 许多算法的有效实现
  使用拓扑信息代替几何数据：
• 数据共享、连接等

数据模型

利用数据共享。这种技术称为实例化：

• 多次使用同一形状部分，对它们进行不同的变换
• 此外，这个概念可以在可视化级别上重复使用（AIS Connected Interactives）

可视化

尽量保持渲染批次的数量尽可能少：

• 每批次都涉及相应的 OpenGL 操作集 (glDrawArrays /gIDrawElements)。这些调用的计算成本很高。
• 大量的渲染批次会影响CPU性能。每个组应在 CPU 端单独处理。对于 OpenGL，该过程以单线程模式工作。

编写程序

• 对于大阶矩阵，不要使用 OCCT 线性代数，因为它是为低阶输入设计的；
• 使用 OCCT 分配器来避免动态内存分配；
• 使用 BVH 等加速数据结构；
• 尽可能使用局部操作；
• 在布尔算法之后使用面（face）最大化;
• 避免使用 NCollection_Sequence。请改用 NCollection_Vector 或NCollection_List。

预备基础：2.Draw

什么是Draw？

Draw 是OCCT的基本测试工具。它提供：

• 基于TCL语言的命令解释器；
• 一组预定义的命令；
• 添加自定义命令的可能性
  可以创建和操作、保存和恢复实体，在视图中显示它们等。Draw 可以是用于自动化测试等的自定义场景的原型。OCCT发行版是名为 DRAWEXE 的 Draw 可执行文件的即用型实现。按如下方式启动：
  

DRAWEXE 提供了一个用于从插件库加载新命令的接口。技术模块中定义的绘
制命令被组织到此类插件中，并且可以通过运行 pload 命令加载到 DRAWEXE。
pload [-PluginResourceFile] [Key1] [key2] …
Draw 插件的默认资源文件是 %CASROOT%/src/DrawResources/DrawPlugin，它
收集所有标准插件的定义。为了加载所有标准绘图命令，请运行：
Draw[1]> pload ALL

Draw命令语言

命令由一个或多个单词组成：第一个单词是命令的名称，其他单词是参数。单词之间用空格或制表符分隔。以下命令构造一个盒子：
Draw[1]> box b 10 10 10
命令由换行符或分号分隔：
Draw[1]> box b 10 10 10; fit
可以使用 source命令从文件中读取命令：
Draw[1]> source myscript.txt

基础命令

help 命令提供有关命令的帮助：
Draw[1]> help [command]
exit命令终止程序执行：
Draw[1]> exit
source 命令从文件中读取命令：
Draw[1]> source box
directory 命令用于返回与模式匹配的所有绘制全局变量的列表：
Draw[1]> directory [command]
Whatis 命令获取有关Draw变量的信息：
Draw[1]> whatis
dump 命令获取有关Draw变量的长信息：
Draw[1]> dump
save 将Draw变量的值放入文件中
Draw[1]> save
restore 将文件的内容放入Draw变量中：
Draw[1]> restore

视图命令

Draw 提供了一组标准的屏幕布局命令：
Draw[1]> axo; pers; top; bottom; left; right; front; back; mu4; v2d; av2d
wzoom 命令允许用鼠标选择要缩放的区域：
Draw[1]> wzoom
平移视图的命令：
Draw[1]> pu; pd; pr; pl; 2pdu; 2dpd; 2dpr; 2dpl
向上、向下、向右、向左旋转视图的命令：
Draw[1]> u; d; l; r;
display 命令使对象可见：
Draw[1]> display [ … ]
donly 命令使对象可见并删除所有其他对象：
Draw[1]> donly [ … ]
erase 命令从所有视图中擦除对象：
Draw[1]> erase [ … ]
从视图中清除对象的命令：
Draw[1]> clear; 2dclear

3D视图命令

vinit 命令初始化 3D 视图：
Draw[1]> vinit
vdisplay 命令使对象可见：
Draw[1]> vdisplay [ … ]
从视图中清除对象的命令：
Draw[1]> vclear [varname] [ … ]
设置背景颜色：
Draw[1]> vsetcolorrbg
设置相机选项：
Draw[1]> vcamera [options]
设置视图参数
Draw[1]> vviewparams [options]
设置光照参数：
Draw[1]> vlight [options]

DrawTrSurf package

DrawTrSurf 包用于连接 C++ 几何实体与 Draw 实例。该包的方法允许：

• 将对象设置为具有给定名称的 Draw 几何变量

• 从具有给定名称的 Draw 几何变量获取对象

DBRep package

DBRep包用于连接C++拓扑实体与Draw实例。该包的方法允许：

• 将 TopoDS_Shape 设置为具有给定名称的绘制拓扑变量!

• 从具有给定名称的 Draw 拓扑变量获取 TopoDS_Shape!

基于Draw的应用

要编写 Draw 程序，必须遵守以下结构：

• 从 main 函数启动并初始化 Draw：

• 或者，可以使用宏来启动：

新命令的定义

当运行Draw时，系统调用函数Draw_InitAppli。该函数必须定义在可执行文件，并且必须在该函数内的 Draw 命令解释器中添加（注册）命令。

Draw插件机制

或者，新的 Draw 命令可以组合到一些动态库中并加载到 DRAWEXE 中具有插件接口的可执行文件。插件的入口点应实现为静态方法某个类的 Factory() 应该用宏 DPLUGIN 声明，例如：

OCCT 与位于 $CASROOT/src/DrawResources 目录中的 DrawPlugin 资源文件一起提供。该文件的格式符合标准 OCCT 资源文件（有关详细信息，请参阅Resource_Manager.hxx 文件）。每个键定义了一系列其他（嵌套）键或动态库的名
称。键可以嵌套到任意级别。但是，不会检查键之间的循环依赖关系。例子：

命令定义

新绘制命令的定义示例如下：

预备基础：3.OCCT基础

标准类型

OCCT 定义了一组基本数据类型的别名，在整个库中使用中这些别名替代纯 C++ 数据类型名称：

Standard_Boolean 可以采用以下两个值之一：

Handle机制

handle是整个 OCCT 中使用的智能指针。一般来说，handle机制基于两种要素：

• 存储对内存中对象的引用次数的计数器
• 指向内存中对象的指针
  每次创建对象的新handle时，该对象的引用计数器都会递增。
  

每次删除对象的handle时，该对象的引用计数器就会递减。一旦引用计数器达到 0，该对象就会被自动删除。

这样，引用计数器就保证了删除功能。handle不能像通常的指针那样引用任何东西。

Handle 和智能指针

从C++11标准开始就有内置的智能指针。 OCСТ handle和智能指针有什么区别？

很容易看出 OCCT 的handle与 C++11 中的共享指针完全等效。 OCCT 可以不包含其他智能指针类型的等效项。

Handle实现

本节介绍如何实现由 OCCT handle机制包装的新类。新类应该继承自 Standard_Transient 类或其后代：

应在类定义中声明特殊宏，以便创建handle：

完整的示例可以在 OCCT 源代码中找到 \src\BRepAdaptor\BRepAdaptor_HCurve.hxx

操作系统抽象层

OCCT 为 OSD 包中的低级操作系统设施提供独立于平台的接口。该包类似“python”编程语言中的“os”模块。提供以下功能：

• 方法 OSD::SetSignal() 设置一个 C 信号处理程序，用于转换软件信号（例如浮点错误、访问冲突等）到常见的 C++ 异常。
• OSD_File、OSD_Path、OSD_Directory 类为文件系统提供了统一的接口。
• OSD_Mutex 和 OSD_Thread 类为互斥锁和线程的系统相关实现提供了统一的接口。
• OSD_Timer 类实现了一个方便的计时器对象。
• 类 OSD_Host、OSD_Process 提供对当前计算机上的信息的访问过程。

容器

从历史上看，OCCT 中有两个容器集。

TCollection 包在 1998 年标准化之前用于模拟模板。从 OССТ 开始7.0 中，它被相应的 NCollection 实例取代。
NCollection 包是一个较新的基于模板的包，提供现代容器。应该使用它尽可能代替 TCollection 类。
OCCT 中索引从 1 开始，NCollection_Vector 除外（其中索引从 0 开始）。这样做是为了与基于 STL 的算法兼容。
容器类通过值进行操作；还为大多数实例提供了由 Handle 操作的版本，请参见 TCollection_HArray1。

容器和STL

OCCT中有很多容器；将它们与 STL 集合进行比较是富有成效的，因为它们是 C++ 语言的通用参考点。与往常一样，与 STL 相比，有几个优点和缺点。

优点：

• 接口，OCCT 容器的设计和实现是为了人类可读。以下代码段演示了 OCCT 的 Seek() map方法的 STL 等效项：

• 内存效率，OCCT 容器旨在提高内存效率。例如，当一个新元素添加到NCollection_Vector 并需要重新打包时；将分配固定大小的新块，而不是完全重新分配内存。新的元素将被添加到新的块中，而不是内存复制和元素移动。

缺点

• 随机索引访问比 STL 容器慢。可测量的差异可以观察到一些极端的情况。在低级内存优化期间可能会遇到这个问题在间接寻址场景。

容器比较

异常

按照惯例，Open CASCADE 库中使用的所有异常类均继承自Standard_Failure 类。从它派生的异常类的层次结构在 Standard 包中定义。
为了在数值不稳定的情况下 OCCT 算法稳健工作，有必要调用该方OSD::SetSignal() 在应用程序中的某处（一次；在 Windows 上 - 每个执行线程一次）。
之后，标准C++异常和软件信号都可以在通常的C++中以统一的方式处理方式：

消息

Message Package 为 OCCT 和应用程序级算法提供了以抽象且可定制的方式与用户沟通：

• Message_Messenger 类是字符串消息输出的接口。它可以根据应用程序的需要，通过将输出定向到一个或多个流、GUI 窗口或其他任何内容来进行定制。
• Message_Msg 类提供消息本地化的方法。它由消息密钥初始化，参数并构造相应的消息作为文本字符串。消息的定义与键关联的字符串是从资源文件中加载的。
• Message_Algorithm 类为类提供了一种实现复杂算法的便捷方法返回执行的扩展状态，包括有关遇到问题的面向用户的消息和情况。

进度指示器

进度指示器是一个实体，允许跟踪下游算法的进度并报告它。Message_ProgressIndicator 类为复杂算法提供了一个接口，以告知其在运行时的当前执行状态，并有可能根据用户命令中断。目前（OCCT7.4.0），不支持在多线程应用程序中使用并发进度指示器。进度指示器的典型封装如下所示：