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用 Python 实现基于 Open CASCADE 的 CAD 绘图工具

news 来源：原创 2025/4/25 9:39:45

用 Python 实现基于 Open CASCADE 的 CAD 绘图工具

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一、Open CASCADE 简介

Open CASCADE Technology（简称 Open CASCADE 或 OCC）是一个开源的 CAD/CAM/CAE 几何建模内核。它为开发者提供了强大的功能，能够创建、表示、修改和分析复杂的三维几何模型。其采用 LGPL 许可协议，以 C++ 语言开发，具有高效的执行性能和良好的可移植性，可在 Windows、Linux 和 macOS 等多种操作系统上运行。

Open CASCADE 支持多种几何表示方法，如边界表示（B - Rep）和构造实体几何（CSG），还具备丰富的曲线和曲面造型功能，能处理 NURBS 曲线和曲面。同时，它支持各种几何操作，能有效管理几何模型的拓扑结构，并支持多种数据格式的导入和导出。

二、目前类似工具情况

目前市场上有许多成熟的 CAD 工具，如 AutoCAD、SolidWorks、CATIA 等。

AutoCAD 是一款广泛应用于建筑、机械制图等领域的二维绘图和设计软件，具有强大的二维绘图和标注功能； SolidWorks
则专注于机械设计，提供了丰富的装配设计、运动仿真和有限元分析等功能； CATIA
在航空航天、汽车等高端制造业中应用广泛，以其高精度的曲面造型和复杂产品设计能力著称。

然而，这些工具大多是商业软件，存在使用成本高、定制性有限等问题。而基于 Open CASCADE 开发的 CAD 工具可以根据特定需求进行定制，并且由于 Open CASCADE 的开源性质，开发成本相对较低。

三、开发的必要性

（一）定制化需求

不同行业和企业对于 CAD 工具的功能需求存在差异，现有的通用 CAD 工具可能无法完全满足特定的业务流程和需求。通过使用 Python 结合 Open CASCADE 开发 CAD 绘图工具，可以根据具体需求定制功能，提高工作效率。

（二）开源与低成本

Open CASCADE 的开源特性使得开发者可以免费使用其核心功能，降低了开发成本。同时，Python 作为一种开源且易于学习的编程语言，进一步降低了开发门槛，适合中小企业和个人开发者进行定制化开发。

（三）集成与扩展

Python 拥有丰富的第三方库，如 NumPy、Pandas 等，可用于数据处理和分析。将这些库与 Open CASCADE 集成，可以为 CAD 工具增加更多的数据驱动功能，如参数化设计、优化分析等。

四、具体实现步骤

（一）环境搭建

安装 Open CASCADE：从 Open CASCADE 官方网站下载并安装相应的库文件。
安装 Python 绑定库：安装 PythonOCC，它是 Open CASCADE 的 Python 绑定库，将 Open CASCADE 的功能封装成 Python 模块，方便在 Python 中调用。
安装 GUI 库：选择一个合适的 Python GUI 库，如 PyQt 或 Tkinter，用于创建用户界面。

（二）基本几何模型创建

使用 PythonOCC 提供的类和函数创建基本的几何模型，例如创建一个正方体：

from OCC.Core.BRepPrimAPI import BRepPrimAPI_MakeBox
from OCC.Display.SimpleGui import init_display# 创建一个正方体
box = BRepPrimAPI_MakeBox(10, 10, 10).Shape()# 初始化显示窗口
display, start_display, add_menu, add_function_to_menu = init_display()# 在显示窗口中显示正方体
display.DisplayShape(box, update=True)# 启动显示窗口
start_display()

（三）用户界面设计

使用所选的 GUI 库创建一个用户界面，包含菜单、工具栏和显示区域。例如，使用 PyQt 创建一个简单的界面：

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout
from OCC.Display.backend import load_backend
load_backend('qt-pyqt5')
from OCC.Display.qtDisplay import qtViewer3d
from OCC.Core.BRepPrimAPI import BRepPrimAPI_MakeBoxclass MainWindow(QWidget):def __init__(self):super().__init__()self.initUI()def initUI(self):layout = QVBoxLayout()self.display = qtViewer3d(self)layout.addWidget(self.display.canvas)box = BRepPrimAPI_MakeBox(10, 10, 10).Shape()self.display.DisplayShape(box, update=True)self.setLayout(layout)self.setWindowTitle('Open CASCADE CAD 工具')self.setGeometry(100, 100, 800, 600)if __name__ == '__main__':app = QApplication(sys.argv)window = MainWindow()window.show()sys.exit(app.exec_())

（四）功能扩展

添加更多几何模型创建功能：如创建球体、圆柱体、圆锥体等。
实现几何操作功能：如平移、旋转、缩放、布尔运算等。
支持数据导入和导出：实现 STEP、IGES、STL 等常见数据格式的导入和导出功能。

（五）测试与优化

对开发的 CAD 绘图工具进行全面测试，检查功能的正确性和稳定性。根据测试结果进行优化，提高工具的性能和用户体验。

五、总结

使用 Python 实现基于 Open CASCADE 的 CAD 绘图工具具有诸多优势。通过结合 Python 的简洁性和 Open CASCADE 的强大几何建模能力，可以开发出满足特定需求的定制化 CAD 工具。
虽然目前市场上已有许多成熟的 CAD 软件，但基于 Open CASCADE 开发的工具在定制性、开源性和成本方面具有独特的优势。
在开发过程中，需要注意环境搭建、几何模型创建、用户界面设计和功能扩展等方面的问题，并进行充分的测试和优化。
随着 Python 和 Open CASCADE 技术的不断发展，这种开发方式将为 CAD 领域带来更多的创新和可能性。