Manual:Traditional modeling, the CSG way/zh-cn

CSG 代表Constructive_solid_geometry_构造实体几何，描述了处理实体 3D 几何的最基本方法，即通过使用布尔运算（如并集、差集或交集）向/从实体中添加和删除一块来创建复杂对象.

正如我们在本手册中早些时候看到的那样，FreeCAD 可以处理许多类型的几何图形，但对于我们想要使用FreeCAD 设计的那种 3D 物体（即现实世界的物体），首选和最有用的类型无疑是实体 BREP 几何图形，主要由Part 工作台处理. 与多边形网格不同，BREP 对象的面由数学曲线定义，这实现了在任何尺度下的绝对精度.



这两者之间的区别类似于位图和矢量图像之间的区别. 与位图图像一样，多边形网格的曲面被分成一系列点. 如果您仔细观察，或者将其放大打印，您将看到的不是曲面而是由许多平面组成的表面. 在矢量图像和 BREP 数据中，曲线上任何点的位置不是存储在几何图形中，而是根据需要即时计算，具有准确的精度.

在 FreeCAD 中，所有基于 BREP 的几何都由另一个开源软件 OpenCasCade 处理. FreeCAD 与 OpenCasCade 内核之间的主要接口是 Part 工作台. 大多数其他工作台在 Part 工作台的基础上构建其功能. 在FreeCAD中，所有基于 BREP 的几何图形都由另一个开源软件OpenCasCade 处理. FreeCAD 和 OpenCasCade 内核之间的主要接口是 Part 工作台. 大多数其他工作台都在 Part 工作台的基础上构建其功能.

虽然其他工作台通常提供更高级的工具来构建和操作几何图形，但由于它们实际上都是操作零件对象，因此了解这些对象在内部是如何工作的，能够使用 Part 工具非常有用. 由于 Part 工具更简单，它们经常可以帮助您解决更智能的工具无法正确解决的问题.

为了说明 Part 工作台的工作原理，我们将仅使用 CSG 操作（除了螺钉，我们将使用其中一个插件，以及尺寸，我们将在下一章中看到）来建模这张桌子：



让我们创建一个新文档（ Ctrl + N 或菜单 File -> New Document）来保存我们设计的桌子. 该文档最初在 Combo View 面板的 Model 选项卡中称为“unnamed”，但如果将文档（ Ctrl+Shift+S 或 菜单 File -> Save As）保存为称作“table.fcstd” 的新 FreeCAD 文档，文档便重命名为“table”，更清楚地标识了该项目.

现在我们切换到 Part 工作台，开始创建我们的第一个桌腿.


 * 按下 [[Image:Part_Box.png|16px]] Cube 按钮
 * 选择 Cube，然后设置以下属性（在 Data 选项卡中）：
 * 长度：80mm（或 8cm，或 0.8m，FreeCAD 可以使用任何单位）
 * 宽度：80mm
 * 高度：75cm
 * 按 Ctrl+C 然后按 Ctrl+V（或菜单 Edit -> Copy 然后 Paste）复制 Cube（没有任何变化，因为第二个对象与第一个重合. ）
 * 选择已创建的名为 Cube001 的新对象（单击左侧 Model 选项卡中的 Cube001）
 * 编辑其 Placement 属性来更改其位置：
 * 位置 x：8mm
 * 位置 y：8mm

你应该得到了两个高高的立方体，一个与另一个相距 8毫米.



现在我们可以从另一个中减去一个：选择第一个，即保留的那个，然后，按下 CTRL 键，选择另一个，即将被减去的那个（顺序很重要），然后按下 Cut 按钮.



注意创建的对象，称为“Cut”. “Cut”仍然包含我们用作运算子的两个立方体. 实际上，文档中仍然存在两个“Cube"，仅被隐藏并在树视图中的“Cut”对象的分组中，仍然可以通过展开“Cut”对象旁边的箭头来选择它们. 如果需要，可以右键单击来将它们显示出来，或更改它们的属性.

You can use Cut -tool and other Boolean tools also through "Combo view" with Boolean. It gives more explicit but longer way to do it.

然后改变它们的位置，数据如下：
 * 我们复制基础立方体 6 次，创建另外三个脚. 由于它仍然复制在剪贴板里，可以简单地粘贴（Ctrl + V）6次.
 * Cube002：x：0，y：80cm
 * Cube003：x：8mm，y：79.2cm
 * Cube004：x：120cm，y：0
 * Cube005：x：119.2cm，y：8mm
 * Cube006：x：120cm，y：80cm
 * Cube007：x：119.2cm，y：79.2cm


 * 做另外三个切割，首先选择“host”立方体，然后选择要切除的立方体. 我们有了四个 Cut 对象.



你可能一直在想，可以将完整的脚重复三次，而不必复制基础立方体六次. 完全正确，在 FreeCAD 中，有很多方法可以实现相同的结果. 这是一个宝贵的经验，值得记住. 因为随着我们接触到更复杂的对象，某些操作可能无法提供正确的结果，经常需要尝试其他方法.


 * 我们使用相同的 Cut 方法为螺钉打孔. 由于需要 8 个洞，每个脚两个，我们本来可以制作 8 个物体作减法. 然而让我们探索一下其他方法，制作4个管子，这些管子被两个脚重复使用. 所以让我们用 [[Image:Part_Cylinder.png|16px]] Cylinder 创建四个管子. 这次同样的，你可以先造一个，然后作复制. 给所有圆柱体的半径设为 6mm. 需要旋转它们，这也是通过 Data 选项卡下的Placement 属性完成的. （ 注意：在设置 Angle 之前 更改 Axis 属性，否则旋转不会生效） ：
 * Cylinder: height: 130cm, angle: 90°, axis: x:0,y:1,z:0, position: x:-10mm, y:40mm, z:72cm
 * Cylinder001: height: 130cm, angle: 90°, axis: x:0,y:1,z:0, position: x:-10mm, y:84cm, z:72cm
 * Cylinder002: height: 90cm, angle: 90°, axis: x:-1,y:0,z:0, position: x:40mm, y:-10mm, z:70cm
 * Cylinder003: height: 90cm, angle: 90°, axis: x:-1,y:0,z:0, position: x:124cm, y:-10mm, z:70cm



注意到圆柱体比需要的长一些. 这是因为，与所有基于实体的 3D 应用程序一样，FreeCAD 中的布尔运算有时对于面与面重合的情况过于敏感，可能会失败. 通过做得长一些，可以让自己处于安全的一侧.


 * 下面做差集. 选择第一条腿，然后按住 CTRL 键，选择其中一根穿过它的管，按 Cut 按钮. 孔做好了，管被隐藏. 在树视图中展开穿好孔的脚，就会找到这根管.
 * 选择此隐藏管穿过的另一只脚，然后重复上面的操作，这次按住 Ctrl，在树视图中选择管，因为它在 3D 视图中隐藏了（也可以再次显示它，然后在 3D 视图中选择它）. 对其它的脚重复这一操作，直到每个脚都有两个孔.



你看，做每只脚都是一长串的操作. 所有这些操作都保持着参数化，可以随时更改任意操作的任何参数. 在FreeCAD 中，常常将这一堆参数化的操作称为“建模历史”，因为它实际上包含了你所执行操作的所有历史记录.

FreeCAD 的另一个特点是 3D 对象的概念和 3D 操作的概念 倾向于融合为同一个东西. 剪切既是一个操作，同时也是由此操作产生的 3D 对象. 在 FreeCAD 中，这称为“特征”，而不是对象或操作.


 * 下面做桌面，就是一个简单的木块. 另造一个 Box，长度：126cm，宽度：86cm，高度：8cm，位置：x：10mm，y：10mm，z：67cm. 在 View 选项卡中，更改其 Shape Color 属性，改为漂亮的褐色，木质的颜色.



请注意，虽然腿的厚度为 8mm，但我们将它放置在距离桌子 10mm 处，在它们之间留出了 2mm. 当然，这不是必需的，不会发生在真正的桌子上. 但在“组装”模型中这种操作是常见的，可以帮助那些看模型的人理解哪些是独立的部分，需要以后手动连接在一起.

现在我们的五件部品已经完成了，是时候给他们更专有的，而不是“Cut015”这类的名称了. 右键单击树视图中的对象（或按 F2），可以将它们重命名，改为对自己，或以后打开文件的其他人，更有意义的内容. 人们常说，相比于你建模它们的方式，简单地给你的对象赋予正确的名称要重要得多.


 * 下面安装几颗螺丝. 有一个由 FreeCAD 社区成员开发的非常有用的插件，称为紧固件，你可以在FreeCAD 插件库中找到. 这使得插入螺钉变得非常容易. 其他工作台的安装很容易，在插件页面上有说明.
 * Fasteners 工作台安装完毕并重新启动 FreeCAD 后，它将显示在工作台列表中，可以切换进去. 要在一个孔中添加螺钉，首先选择这个孔的圆形边缘.



然后我们可以按下紧固件工作台上的一个螺钉按钮，例如 EN 1665 Hexagon bolt with flanges, heavy series. 螺钉放好，与孔对齐，并自动选择直径以匹配这个孔的尺寸. 有时螺钉是倒置的，可以通过翻转其 invert 特性来纠正. 也可以将其偏移设置为 2mm，遵循在桌面和桌腿之间使用的同样的规则.




 * 对所有孔重复此操作，桌子就完成了.

Part对象的内部结构

如上所述，FreeCAD 中不仅可以选择整个对象，还可以选择其中的一部分，例如螺孔的圆形边框. 现在是时候快速了解一下在 FreeCAD 内部如何构建 Part 对象了. 生成 Part 几何体的每个工作台都基于以下内容：


 * 顶点：是构建所有其它对象用的点（通常是端点）. 例如，一条线段有两个顶点.
 * 边：是线性的几何体，如直线，圆弧，椭圆或 NURBS 曲线，通常有两个顶点，但是某些特殊情况下只有一个（例如一个封闭的圆圈）.
 * 线：是在端点相连接的一系列边，可以包含任何类型的边，可以闭合，也可以不闭合.
 * 面：可以是平面的或弯曲的，可以由一个闭合的线所形成，作为面的边界，或者在面具有孔的情况下，由多个边来形成面.
 * 壳：只是在边相连接的一组面，可以是开放的，也可以是封闭的.
 * 实体：当一个壳紧紧关闭时，或者说没有“泄漏”，就成了实体. 实体有内外的概念. 许多工作台依赖于此，确保生成的对象可以在现实世界中建造出来.
 * 复合物：是其他形状的聚集体. 无论那些形状的原始类型如何，最终形成了这个单一形状.

在 3D 视图中，可以选择单个vertices, edges 或 faces. 选择其中一个即选中了整个对象.

关于共享设计的说明

看到上面的桌子，你也许认为它的设计不好. 用桌面固定桌腿的方式可能太弱了. 你也许想要添加加固件，或者只是有其他想法可以使其更好. 这里，分享就有趣了. 你可以从下面的链接下载本练习中制作的文件，修改它，让它更好. 然后，如果你共享改进后的文件，其他人便可能会进一步改善它，或者在他们的项目中使用这个精心设计的桌子. 你的设计可能会给别人提供其他想法，也许会有助于一点点地创造一个更美好的世界……

下载


 * 本练习中生成的文件：https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/table.FCStd

延伸阅读


 * Part 工作台
 * FreeCAD 插件库
 * Fasteners 工作台