Topological data scripting/de

Einführung
Hier erklären wir Dir, wie Du das Part Arbeitsbereich direkt aus dem FreeCAD Python Interpreter oder von einem externen Skript aus steuern kannst. Die Grundlagen des Topologischen Datenskripts sind unter Part Arbeitsbereich Erläuterung des Konzepts beschrieben. Achte darauf, den Abschnitt Scripting/de und die Seiten FreeCAD Scripting Basics/de zu durchsuchen, wenn Du weitere Informationen darüber benötigst, wie Python Skripten in FreeCAD funktioniert. Wenn Python für dich neu ist, ist es eine gute Idee, zuerst die Einführung in Python zu lesen.

Klassendiagramm
Dies ist ein Unified Modeling Language (UML) Überblick über die wesentlichen Klassen des Part Arbweitsbereichs:

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Geometrie
Die geometrischen Objekte sind die Bausteine aller topologischen Objekte:
 * Geom Basisklasse der geometrischen Objekte
 * Line Eine gerade Linie im Raum, definiert durch den Start- und Endpunkt
 * Circle Kreis oder Kreissegment definiert durch einen Mittelpunkt und einen Start- und Endpunkt
 * ...... Und demnächst mehr davon

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Topologie
The folgenden topologischen Datentypen stehen zur Verfügung:
 * Compound Eine Gruppe von beliebigen topologischen Objekten.
 * Compsolid Ein zusammengesetzter Körper (solid) ist ein Set von Körpern, die durch ihre Seiten verbunden sind. Dies erweitert das Konzept von WIRE and SHELL auf Körpern (solids).
 * Solid Ein Teil des Raumes, der durch eine geschlossene dreidimensionale Hülle begrenzt ist.
 * Shell Hülle = Ein Satz von über ihre Kanten verbundenen Flächen. Eine Hülle kann offen oder geschlossen sein.
 * Face Im zweidimensionalen ist es ein Teil einer Ebene; im dreidimensionalen ist es ein Teil einer Oberfläche. Die Form ist durch Konturen begrenzt (getrimmt). Auch im 3D gekrümmte Flächen haben sind Inneren zweidimensional parametriert.
 * Wire Ein Satz von über ihre Endpunkten verknüpften Kanten. Ein "Wire" kann eine offene oder geschlossene Form haben, je nach dem ob nicht verknüpfte Endpunkte vorhanden sind oder nicht.
 * Edge Ein topologisches Element (Kante) das mit einer beschränkten Kurve korrespondiert. Eine Kante ist generell durch Vertexe begrenzt. Eine Kante ist eindimensional.
 * Vertex Ein topologisches Element das mit einem Punkt korrespondiert. Es ist nulldimensional.
 * Shape Ein generischer Term für all die zuvor aufgezählten Elemente.

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Beispiel: Einfache Topologie erstellen


Wir werden nun eine Topologie erstellen, indem wir sie aus einer einfacheren Geometrie konstruieren. Als Fallstudie verwenden wir ein Teil, wie im Bild zu sehen, das aus vier Knoten, zwei Kreise und zwei Linien besteht.

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Geometrie erstellen
Zuerst erstellen wir die verschiedenen geometrischen Teile dieses Drahtes. Dabei stellen wir sicher, dass die Teile, die später verbunden werden die gleichen Knoten teilen.

Also erstellen wir zuerst die Punkte:

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Bogen


Für jeden Bogen benötigen wir einen Hilfspunkt:

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Linie


Die Linienabschnitte können aus zwei Punkten erstellt werden:

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Alles zusammensetzen
Der letzte Schritt besteht darin, die geometrischen Basiselemente zusammenzusetzen und eine topologische Form zu backen:

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Ein Prisma herstellen
Jetzt extrudiere den Draht in eine Richtung und erzeugen eine tatsächliche 3D Form:

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Alles anzeigen
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Erstellen von Grundformen
Du kannst ganz einfach topologische Grundobjekte mit den Methoden aus dem Arbeitsbereich Part erstellen:

Einige verfügbare Methoden: Siehe die Part API Seite für eine vollständige Liste der verfügbaren Methoden des Part Arbeitsbereichs.
 * Erstellt einen Quader, der sich in p befindet und in die Richtung d mit den Abmessungen (l,w,h) zeigt.
 * Erstellt einen Kreis mit einem gegebenen Radius.
 * Erstellt einen Kegel mit den gegebenen Radien und Höhen.
 * Erstellt einen Zylinder mit einem gegebenen Radius und Höhe.
 * Erstellt eine Linie aus zwei Punkten.
 * Erstellt eine Ebene mit Länge und Breite.
 * Erstellt ein Polygon aus einer Liste von Punkten.
 * Erstellt eine Kugel mit einem bestimmten Radius.
 * Erstellt einen Torus mit den gegebenen Radien.

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Module Importieren
Zuerst müssen wir den Part Arbeitsbereich importieren, damit wir seinen Inhalt in Python verwenden können. Wir werden auch das Basismodul aus dem FreeCAD Modul importieren:

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Erstellen eines Vektors
Vektoren sind einer der am häufigsten verwendeten wichtigen Informationsteile beim Bau von Formen. Sie enthalten in der Regel drei Zahlen (aber nicht notwendigerweise immer): die kartesischen Koordinaten x, y und z. Du erstelltst einen Vektor wie diesen:

Wir haben gerade einen Vektor mit den Koordinaten x = 3, y = 2, z = 0 erstellt. Im Part Arbeitsbereich, werden Vektoren überall verwendet. Teileformen verwenden auch eine andere Art von Punkt Darstellung namens Knoten (Vertex), die lediglich ein Behälter für einen Vektor ist Du greifst auf den Vektor eines Knoten wie folgt zu:

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Erstellen einer Kante
Eine Kante ist nichts anderes als eine Linie mit zwei Knoten:

Hinweis: Du kannst auch eine Kante erzeugen, indem du zwei Vektoren übergibst:

Du kannst die Länge und den Mittelpunkt einer Kante wie diese finden:

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Die Form auf den Bildschirm bringen
Bisher haben wir ein Kantenobjekt erstellt, das aber nirgendwo auf dem Bildschirm erscheint. Das liegt daran, dass die FreeCAD 3D Szene nur das anzeigt, was du ihm sagst, dass er anzeigen soll. Um das zu tun, verwenden wir folgende einfache Methode:

Die Anzeigefunktion erzeugt ein Objekt in unserem FreeCAD Dokument und weist unsere "Kantenform" ihm zu. Verwende dies, wenn es an der Zeit ist, deine Erstellung auf dem Bildschirm anzuzeigen.

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Erstellen eines Drahts
Ein Draht ist eine Mehrkantenlinie und kann aus einer Liste von Kanten oder sogar einer Liste von Drähten erstellt werden:

zeigt die 4 Kanten, die unseren Draht bilden. Sonstige nützliche Informationen können leicht abgerufen werden:

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Erstellen einer Fläche
Nur Flächen, die aus geschlossenen Drähten erstellt wurden, sind gültig. In diesem Beispiel ist Draht3 ein geschlossener Draht, aber Draht2 ist kein geschlossener Draht (siehe oben).

Nur Flächen haben eine Grundfläche, Drähte und Kanten haben keine.

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Erstellen eines Kreises
So einfach kann ein Kreis erstellt werden:

Wenn Du ihn an einer bestimmten Stelle und mit einer bestimmten Richtung erzeugen möchtest:

ccircle wird im Abstand 10 vom x Ursprung erstellt und ist nach außen entlang der x Achse gerichtet. Hinweis: akzeptiert nur  für die Position und normale Parameter, keine Tupel. Du kannst auch einen Teil des Kreises durch Angabe eines Anfangs- und eines Endwinkels erstellen:

Winkel sollten in Grad angegeben werden. Wenn Du Bogenmaß hast, wandelst Du sie einfach mit der Formel um: } oder mit Hilfe des Python Moduls:

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Erstellen eines Bogens entlang von Punkten
Leider gibt es keine Funktion, aber wir haben die  Funktion um einen Bogen durch drei Punkte zu erzeugen. Es erzeugt ein Bogenobjekt das den Startpunktes mit dem Endpunkt durch den Mittelpunkt verbindet. Die Funktion des Bogenobjekts muss aufgerufen werden, um ein Kantenobjekt zu erhalten, wie bei der Verwendung von anstelle von.

akzeptiert nur für Punkte, aber nicht für Tupel. Du kannst auch Folgendes erhalten einen Bogen unter Verwendung eines Kreisausschnitts:

Bögen sind gültige Kanten wie Linien, so dass sie auch in Drähten verwendet werden können.

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Erstellen eines Polygons
Ein Polygon ist einfach ein Draht mit mehreren geraden Kanten. Die Funktion nimmt eine Liste von Punkten und erstellt einen Draht durch diese Punkte:

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Erstellen einer Bézier Kurve
Bézier Kurven werden verwendet, um sanfte Kurven mit einer Reihe von Polen (Punkten) und optionalen Gewichten zu modellieren. Die folgende Funktion erstellt eine aus einer Reihe von  Punkten. (Hinweis: Wenn du einen einzelnen Pol oder ein Gewicht "erhältst" und "einstellst", beginnen die Indizes bei 1, nicht bei 0.)

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Erstellen einer Ebene
Eine Ebene ist einfach eine flache rechteckige Fläche. Die Methode, mit der eine solche erstellt wird, ist makePlane(length,width,[start_pnt,dir_normal])'. Standardmäßig start_pnt = Vektor(0,0,0,0) und dir_normal = Vektor(0,0,1). Verwendung von dir_normal = Vector(0,0,0,1) erzeugt die Ebene, die in Richtung der positiven z Achse zeigt, während dir_normal = Vector(1,0,0,0) die Ebene erzeugt. Ebene, die in Richtung der positiven x Achse zeigt:

ist ein Quader, der die Ebene mit einer Diagonale beginnend bei (3,0,0,0) und endet bei (5,0,2) einschliesst. Hier ist die Dicke entlang der y Achse Null, zumal unsere Form völlig flach ist.

Hinweis: akzeptiert nur  für start_pnt und dir_normal, nicht aber Tupel.

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Erstellen einer Ellipse
Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine Ellipse zu erstellen:

Erzeugt eine Ellipse mit Hauptradius 2 und Nebenradius 1 mit dem Mittelpunkt bei (0,0,0).

Erstellt eine Kopie der angegebenen Ellipse.

Erzeugt eine Ellipse, die auf den Punkt Mitte zentriert ist, an dem die Ebene der Ellipse definiert ist durch Mittelpunkt, S1 und S2, ihre Hauptachse definiert ist durch Mittelpunkt und S1, sein Hauptradius ist der Abstand zwischen Mittelpunkt und S1, und sein kleiner Radius ist der Abstand zwischen S2 und der Hauptachse.

Erstellt eine Ellipse mit Haupt- und Nebenradien Hauptradius und Nebenradius, die sich in der durch den Mittelpunkt definierten Ebene und der Normalen (0,0,1) befinden.

Im obigen Code haben wir S1, S2 und Mitte überschritten. Ähnlich wie , erzeugt ein Ellipsenobjekt, aber keine Kante, also müssen wir es in eine Kante mit zur Anzeige konvertieren.

Hinweis: akzeptiert nur  für Punkte, nicht aber für Tupel.

Für den obigen Ellipsenkonstruktor haben wir Mitte, HauptRadius und NebenRadius überschritten.

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Erstellen eines Torus
Verwende. Standardmäßig ist pnt = Vektor(0, 0, 0), dir = Vektor(0, 0, 1), Winkel1 = 0, Winkel2 = 360 und Winkel = 360. Betrachte einen Torus als kleinen Kreis, der entlang eines großen Kreises verläuft. Radius1 ist der Radius des großen Kreises, Radius2 ist der Radius des kleinen Kreises, pnt ist der Mittelpunkt des Torus und dir ist die Normalenrichtung. winkel1 und winkel2 sind Winkel in Grad für den kleinen Kreis; der letzte Winkelparameter besteht darin, einen Schnitt von den Torus:

Der obige Code erzeugt einen Torus mit Durchmesser 20 (Radius 10) und Dicke 4 (kleiner Kreisradius 2)

Der obige Code erzeugt eine Scheibe des Torus.

Der obige Code erzeugt einen Halbtorus; nur der letzte Parameter wird geändert. d.h. die restlichen Winkel sind Standardwerte. Die Angabe des Winkels 180 bewirkt den Torus von 0 bis 180, d.h. einen halben Torus, erzeugen.

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Kasten oder Quader erstellen
Verwendung von. Standardmäßig werden pnt = Vektor(0, 0, 0) und dir = Vektor(0, 0, 1) verwendet.

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Erstelle eine Kugel
Mit. Standardmäßig pnt = Vektor(0, 0, 0), dir = Vektor(0, 0, 1), Winkel1 = -90, Winkel2 = 90 und Winkel3 = 360. Winkel1 und Winkel2 sind das vertikale Minimum und Maximum der Kugel, Winkel3 ist der Kugeldurchmesser.

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Erstellen eines Zylinders
Verwende. Standardmäßig pnt = Vektor(0, 0, 0), dir = Vektor(0, 0, 1) und Winkel = 360.

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Erstellen eines Kegels
Verwendung. Standardmäßig pnt = Vektor(0, 0, 0), dir = Vektor(0, 0, 1) und Winkel = 360.

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Formen ändern
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Formen zu ändern. Einige sind einfache Transformationsoperationen wie sich bewegende oder rotierende Formen, andere sind komplexer, wie die Vereinigung und Subtrahieren einer Form von einer anderen.

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Übersetzen einer Form
Übersetzen ist die Handlung, eine Form von einem Ort zum anderen zu bewegen. Jede Form (Kante, Fläche, Würfel, etc...) kann auf die gleiche Weise übersetzt werden:

Dadurch wird unsere Form "myShape" um 2 Einheiten in die X Richtung verschoben.

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Drehen einer Form
Um eine Form zu drehen, musst du das Rotationszentrum, die Achse, angeben, und den Rotationswinkel:

Der obige Code dreht die Form um 180 Grad um die Z Achse.

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Matrix Umformungen
Eine Matrix ist eine sehr bequeme Möglichkeit, Transformationen in der 3D Welt. In einer einzigen Matrix kannst du Translation, Rotation und Skalierung einstellen Werte, die auf ein Objekt angewendet werden sollen. Zum Beispiel:

Hinweis: FreeCAD Matrizen arbeiten im Bogenmaß. Außerdem werden fast alle Matrix Operationen die einen Vektor nehmen, können auch drei Zahlen nehmen, so dass diese beiden Linien dasselbe tun:

Wenn unsere Matrix einmal festgelegt ist, können wir sie auf unsere Form anwenden. FreeCAD bietet zwei Methoden, um das zu tun: und. Der Unterschied ist, dass Sie bei der ersten sicher sind, dass keine Verformungen auftreten werden (siehe Skalierung einer Form unten). Wir können unsere Transformation wie folgt anwenden:

oder

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Skalieren einer Form
Das Skalieren einer Form ist eine gefährlichere Operation, denn im Gegensatz zur Übersetzung oder Rotation, ungleichmäßige Skalierung (mit unterschiedlichen Werten für X, Y und Z) kann die Struktur der Form verändern. Beispielsweise kann die Skalierung eines Kreises mit ein höherer Wert horizontal als vertikal wandelt ihn in einen Ellipse, die sich mathematisch sehr unterschiedlich verhält. Für die Skalierung haben wir nicht die verwenden können, müssen wir  verwenden:

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Subtraction
Subtracting a shape from another one is called "cut" in FreeCAD and is done like this:

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Intersection
The same way, the intersection between two shapes is called "common" and is done this way:

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Vereinigen
Vereinigen wird "Verschmelzen" genannt und funktioniert auf dieselbe Weise:

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Abschnitt
Ein "Abschnitt" ist der Kreuzungspunkt zwischen einer festen Form und einer ebenen Form. Er liefert eine Kreuzungskurve, eine Verbundkurve, die aus Kanten besteht.

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Extrusion
Extrusion is the act of "pushing" a flat shape in a certain direction, resulting in a solid body. Think of a circle becoming a tube by "pushing it out":

If your circle is hollow, you will obtain a hollow tube. If your circle is actually a disc with a filled face, you will obtain a solid cylinder:

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Formen untersuchen
You can easily explore the topological data structure:

By typing the lines above in the Python interpreter, you will gain a good understanding of the structure of Part objects. Here, our command created a solid shape. This solid, like all Part solids, contains faces. Faces always contain wires, which are lists of edges that border the face. Each face has at least one closed wire (it can have more if the face has a hole). In the wire, we can look at each edge separately, and inside each edge, we can see the vertices. Straight edges have only two vertices, obviously.

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Kantenanalyse
In case of an edge, which is an arbitrary curve, it's most likely you want to do a discretization. In FreeCAD the edges are parametrized by their lengths. That means you can walk an edge/curve by its length:

Now you can access a lot of properties of the edge by using the length as a position. That means if the edge is 100mm long the start position is 0 and the end position 100.

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Benutze eine Auswahl
Here we see now how we can use a selection the user did in the viewer. First of all we create a box and show it in the viewer.

Now select some faces or edges. With this script you can iterate over all selected objects and their sub elements:

Select some edges and this script will calculate the length:

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Beispiel: Die OCC Flasche
A typical example found on the OpenCasCade Technology website is how to build a bottle. This is a good exercise for FreeCAD too. In fact, if you follow our example below and the OCC page simultaneously, you will see how well OCC structures are implemented in FreeCAD. The script is included in the FreeCAD installation (inside the folder) and can be called from the Python interpreter by typing:

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Das Skript
Für die Zwecke dieses Tutoriums werden wir eine reduzierte Version des Skripts in Betracht ziehen. In dieser Version wird die Flasche nicht ausgehöhlt, und der Flaschenhals wird nicht mit einem Gewinde versehen.

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Detaillierte Erklärung
We will need, of course, the module, but also the  module, which contains basic FreeCAD structures like vectors and matrices.

Here we define our function. This function can be called without arguments, like we did above, in which case default values for width, height, and thickness will be used. Then, we define a couple of points that will be used for building our base profile.

Here we define the geometry: an arc, made of three points, and two line segments, made of two points.

Remember the difference between geometry and shapes? Here we build shapes out of our construction geometry. Three edges (edges can be straight or curved), then a wire made of those three edges.

So far we have built only a half profile. Instead of building the whole profile the same way, we can just mirror what we did and glue both halves together. We first create a matrix. A matrix is a very common way to apply transformations to objects in the 3D world, since it can contain in one structure all basic transformations that 3D objects can undergo (move, rotate and scale). After we create the matrix we mirror it, then we create a copy of our wire and apply the transformation matrix to it. We now have two wires, and we can make a third wire out of them, since wires are actually lists of edges.

Now that we have a closed wire, it can be turned into a face. Once we have a face, we can extrude it. In doing so, we make a solid. Then we apply a nice little fillet to our object because we care about good design, don't we?

At this point, the body of our bottle is made, but we still need to create a neck. So we make a new solid, with a cylinder.

The fuse operation is very powerful. It will take care of gluing what needs to be glued and remove parts that need to be removed.

Then, we return our Part solid as the result of our function.

Finally, we call the function to actually create the part, then make it visible.

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Beispiel: Durchbohrter Quader
Here is a complete example of building a pierced box.

The construction is done one side at a time. When the cube is finished, it is hollowed out by cutting a cylinder through it.

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Laden und Speichern
There are several ways to save your work. You can of course save your FreeCAD document, but you can also save Part objects directly to common CAD formats, such as BREP, IGS, STEP and STL.

Saving a shape to a file is easy. There are, , and  methods available for all shape objects. So, doing:

will save our box into a STEP file. To load a BREP, IGES or STEP file:

To convert a STEP file to an IGS file:

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