1、FreeCAD概述与架构

FreeCAD介绍

        FreeCAD的诞生：2002年10月29日，由Jürgen Riegel上传了版本0.0.1的初始上传。FreeCAD的维基百科页面显示，FreeCAD基本上是由不同强大的库组成的集合，其中最重要的是openCascade，用于管理和构建几何体，Coin3D用于显示这些几何体，Qt用于将这些功能放入一个友好的图形用户界面，Python则提供完整的脚本/宏功能。

关键特性

• 跨平台：支持Windows、Linux和MacOS X
• 控制台模式，可通过Python模块导入
• 参数化建模、脚本和宏支持，类似于商业CAD工具
• 模块化架构，支持各种插件：CAD、CAM、Robot、Meshing、FEM等
• 支持多种标准的2D和3D CAD交换文件格式，如STL、STEP等
• 文件类型*.FCstd - 一个zip文件容器，包含多种不同类型的信息，如几何体、脚本或缩略图图标

软件架构

关键软件库

• OpenCASCADE作为CAD核心
• OpenInventor/Coin3D/pivy用于3D场景渲染
• Qt和'Qt for Python'（又名PySide2）用于GUI
• Python脚本和封装：PyCXX、swig、boost.python
• 其他强大的软件库，如Xerces XML、boost

混合Python和C++

• 在控制台模式下进行Python脚本编写，以及在GUI模式下进行基于Python的宏录制
• 所有FreeCAD类都从这个BaseClass派生出来，与BaseClassPy连接
• 在0.17版本之前不广泛使用c++11
• c++模板没有大量使用，但FeatureT<>使得DocumentObject, ViewProvider在Python中可扩展
• FreeCAD在GUI之前不绑定到Qt系统，在命令行模式下使用Boost::signal：FreeCADCmd
• 内部使用std::string(UTF8)，使用QString getString(){QString.fromUtf8(s.c_str())}进行转换
• c++用于大多数耗时任务（线程模型），以避免全局解释器锁（GIL）的瓶颈

3D模型渲染方式

        FreeCAD 3D视图中的几何体由Coin3D库渲染。Coin3D是OpenInventor标准的实现，免除了OpenGL编程的需要。

OpenInventor在FreeCAD的ViewProvider中

        FreeCAD本身提供了一些工具来查看或修改openInventor代码。例如，以下Python代码将显示选定对象的openInventor表示形式：

代码解释器

obj = FreeCAD.ActiveDocument.ActiveObject

viewprovider = obj.ViewObject

print(viewprovider.toString())

Pivy：Coin3D的Python封装

        pivy是Coin3D C++库的Python封装，通过SWIG实现。一个新的SoPyScript节点被添加到直接包含Python脚本中。

总结

        FreeCAD是一个功能强大的开源CAD工具，它基于多种库和框架，如OpenCASCADE、Coin3D、Qt和Python，提供跨平台的支持、参数化建模、脚本和宏功能。其软件架构注重模块化，允许通过插件扩展功能。在3D渲染方面，FreeCAD选择OpenInventor和Coin3D，而不是直接使用OpenCASCADE的渲染功能，主要是基于性能和软件许可的考虑。未来，FreeCAD计划逐步升级其关键组件，如采用C++11、迁移到Qt5和PySide2，以及支持Python3。同时，它也将继续避免GPL代码以保持项目的开源和商业友好性。