Topological data scripting/es

Esta página describe diversos métodos para crear y modificar formas de piezas desde Python. Antes de leer esta página, si eres nuevo en Python, es una buena idea leer la Introducción a Python y como funcionan los archivos de guión en FreeCAD.

Introducción
Aquí le explicamos cómo controlar el Módulo de Pieza directamente desde el intérprete de Python de FreeCAD, o desde cualquier archivo de guión externo. Asegúrate de navegar por la sección Archivos de guión y las páginas Conceptos básicos de archivos de guión en FreeCAD si necesitas más información acerca de cómo funcionan los archivos de guión de Python en FreeCAD.

Diagrama de clases
Ésta es una descripción Lenguaje Unificado de Modelado (UML) de las clases más importante del módulo de Pieza:



Geometría
Los objetos geométricos son la piedra angular de todos los objetos topológicos:


 * geom clase base de los objetos geométricos
 * line Una línea recta en 3D, definido por el punto de inicio y el punto final
 * circle Círculo o segmento de círculo definido por un punto centro y los puntos de inicio y final
 * ...... Y en breve más cosas

Topología
Los siguientes tipos de datos topológicos están disponibles:
 * compound Un grupo de cualquier tipo de objetos topológicos.
 * compsolid Un sólido compuesto es un grupo de sólidos concetados por sus caras. Es una extensión de las nociones de WIRE y SHELL en el ámbito de los sólido.
 * solid Una región del espacio limitada por shells. Es tridimensional.
 * shell Un conjunto de caras conectadas por sus bordes. Una shell puede ser abierta o cerrada.
 * face En 2D es parte de un plano; en 3D es parte de una superficie. Su geometría está limitada por sus contornos. Es un ente bidimensional.
 * wire Un grupo de bordes conectados por sus vértices. Puede tener un contorno abierto o cerrado, dependiendo que que sus bordes estén o no conectados.
 * edge Un elemento topológico que corresponde a una curva limitada. Un borde está normalmente limitado por vértices. Es un ente unidimensional.
 * vertex Un elemento topológico que se corresponde con un punto. Tiene dimensión cero.
 * shape Un concepto genérico que abarca todos los anteriores.

Ejemplo rápido: Creación de topologías básicas


Crearemos ahora una topología por construcción de geometría simple. Como un caso de estudio utilizaremos una pieza como se puede ver en la imagen que consiste en cuatro vértices, dos circunferencias y dos líneas.

Creación de geometría
Primero tenemos que crear las distintas partes de la geometría de este contorno. Y tenemos que tener cuidado de que los vértices de las partes de la geometría están en la misma posición. De otro modo después podríamos no ser capaces de conectar las partes de la geometría en una topología!

Así que primero creamos los puntos:

Arco


Para crear un arco de circunferencia crearemos puntos de ayuda y crearemos el arco a través de tres puntos:

Línea


La línea puede crearse de forma muy simple a partir de los puntos:

Poniendo todo junto
El último paso es poner los elementos base de la geometría juntos y formar una forma topológica:

Crear un prisma
Ahora extruir el contorno en una dirección y crear una forma 3D real:

Creación de formas básicas
Puedes crear fácilmente objetos topológicos simples con los métodos "make..." del Módulo Parte: Otros métodos make... disponibles:
 * makeBox(l,w,h) -- construye una caja ubicada en p y apuntando en la dirección d con las dimensiones (l, w, h).
 * makeCircle(radius) -- Hace un círculo con un radio dado.
 * makeCone(radius1,radius2,height) -- Hace un cono con un radio y altura dados.
 * makeCylinder(radius,height) -- Hace un cilindro con un radio y altura dados.
 * makeLine((x1,y1,z1),(x2,y2,z2)) -- Hace una línea entre 2 puntos
 * makePlane(length,width) -- Hace un plano con longitud y anchura dados.
 * makePolygon(list) -- Hace un polígono con una lista de puntos
 * makeSphere(radius) -- Hace una esfera con un radio dado.
 * makeTorus(radius1,radius2) -- Hace un toro con sus radios dados.

Mira la página APIde piezas para una lista completa de los métodos disponibles del módulo de pieza.

Importing the needed modules
Primero tenemos que importar el módulo de piezas así podremos utilizar su contenido en Python. También importamos el módulo base desde dentro del módulo de FreeCAD:

Creación de un Vector
Los Vectores son una de las piezas de información más importantes cuando se construyen formas. Contienen 3 números normalmente (pero no necesariamente siempre) las coordenadas cartesianas X, Y y Z. Puedes crear un vector así: Simplemente creamos un vector en las coordenadas X=3, Y=2, Z=0. En el módulo de pieza, los vectores se utilizan en todas partes. Las formas de las piezas también utilizan otro tipo de representaciones de punto, llamada Vértice, el cual en realidad no es más que un contenedor para un vector. Puedes acceder al vector de un vértice así:

Creación de una arista
Un borde no es otra cosa mas que una linea entre dos vértices: Nota: También puedes crear una arista pasándole dos vértices. Se puede determinar la longitud y el centro de un borde así:

Poniendo la forma en la pantalla
Hemos creado un objeto arista, pero no aparece en ninguna parte de la pantalla. Esto es porque simplemente manejamos objetos de Python aquí. La escena 3D de FreeCAD sólo muestra lo que le digas que se muestre. Para hacerlo, utilizamos este simple método: Un objeto se creará en nuestro documento de FreeCAD, y nuestra forma "edge" será atribuido a él. Utiliza esto si es momento para mostrar tu creación en la pantalla.

Creación de un contorno
Un contorno es una línea de múltiples aristas y se puede crear a partir de una lista de aristas, o incluso de una lista de contornos: Part.show(wire3) mostrará las 4 aristas que componen nuestro contorno. Otra información útil se puede recuperar fácilmente:

Creación de una cara
Sólo serán válidas las caras creadas a partir de contornos cerrados. En este ejemplo, wire3 es un contorno cerrado pero wire2 no es un contorno cerrado (mira más arriba) Sólo las caras tendrán un área, ni los contornos ni las aristas.

Creación de una circunferencia
Una circunferencia se puede crear de forma tan simple como esta: Si deseas crearlo en cierta posición y con cierta dirección: ccircle se creará a una distancia de 10 en el eje x desde el origen, y estará orientado hacia el eje x. Nota: makeCircle sólo acepta Base.Vector para posición y normal, pero no admite tuplas. Tambien puedes crear una parte de una circunferencia dando su ángulo de inicio y fin, así: Juntando arc1 y arc2 obtendremos una circunferencia. Los ángulos deberán indicarse en grados, si los tienes en radianes simplemente conviertelos según la fórmula: degrees = radians * 180/PI o usando el módulo Python de matemáticas (después de importarlo, obviamente):

Creación de un arco por varios puntos
Desafortunadamente no hay ninguna función makeArc pero tenemos la función Part.Arc para crear un arco a lo largo de tres puntos. Básicamente se puede suponer como un arco de unión entre el punto de partida y el punto final, pasando por el punto medio. Part.Arc crea un objeto arco en el que .toShape tiene que ser llamado para obtener el objeto arista, del mismo modo como utilizamos Part.Line en lugar de Part.makeLine. Arc solo acepta puntos como Base.Vector no acepta tuplas. arc_edge es lo que queremos que podemos mostrar utilizando Part.show(arc_edge). También puedes obtener un arco utilizando una porción de una circunferencia:

arc_edge es lo que queríamos conseguir, y podemos visualizar utilizando Part.show (arc_edge). Si desea una pequeña parte de un círculo como un arco, también es posible: Los arcos son aristas válidas, como las líneas. Así que también pueden utilizarse en los contornos.

Creación de un polígono
Un polígono es simplemente un contorno con múltiples aristas rectas. La función makePolygon toma una lista de puntos y crea un contorno a través de dichos puntos:

Creating a Bezier curve
Bézier curves are used to model smooth curves using a series of poles (points) and optional weights. The function below makes a Part.BezierCurve from a series of FreeCAD.Vector points. (Note: when "getting" and "setting" a single pole or weight indices start at 1, not 0.)

Creating a Plane
A Plane is simply a flat rectangular surface. The method used to create one is this: makePlane(length,width,[start_pnt,dir_normal]). By default start_pnt = Vector(0,0,0) and dir_normal = Vector(0,0,1). Using dir_normal = Vector(0,0,1) will create the plane facing z axis, while dir_normal = Vector(1,0,0) will create the plane facing x axis: BoundBox is a cuboid enclosing the plane with a diagonal starting at (3,0,0) and ending at (5,0,2). Here the BoundBox thickness in y axis is zero, since our shape is totally flat.

Note: makePlane only accepts Base.Vector for start_pnt and dir_normal but not tuples

Creating an ellipse
To create an ellipse there are several ways: Creates an ellipse with major radius 2 and minor radius 1 with the center in (0,0,0) Create a copy of the given ellipse Creates an ellipse centered on the point Center, where the plane of the ellipse is defined by Center, S1 and S2, its major axis is defined by Center and S1, its major radius is the distance between Center and S1, and its minor radius is the distance between S2 and the major axis. Creates an ellipse with major and minor radii MajorRadius and MinorRadius, and located in the plane defined by Center and the normal (0,0,1) In the above code we have passed S1, S2 and center. Similarly to Arc, Ellipse also creates an ellipse object but not edge, so we need to convert it into edge using toShape to display.

Note: Arc only accepts Base.Vector for points but not tuples for the above Ellipse constructor we have passed center, MajorRadius and MinorRadius

Creating a Torus
Using the method makeTorus(radius1,radius2,[pnt,dir,angle1,angle2,angle]). By default pnt=Vector(0,0,0),dir=Vector(0,0,1),angle1=0,angle2=360 and angle=360. Consider a torus as small circle sweeping along a big circle. Radius1 is the radius of big cirlce, radius2 is the radius of small circle, pnt is the center of torus and dir is the normal direction. angle1 and angle2 are angles in radians for the small circle, the last parameter angle is to make a section of the torus: The above code will create a torus with diameter 20(radius 10) and thickness 4 (small cirlce radius 2) The above code will create a slice of the torus The above code will create a semi torus, only the last parameter is changed i.e the angle and remaining angles are defaults. Giving the angle 180 will create the torus from 0 to 180, that is, a half torus.

Creating a box or cuboid
Using makeBox(length,width,height,[pnt,dir]). By default pnt=Vector(0,0,0) and dir=Vector(0,0,1)

Creating a Sphere
Using makeSphere(radius,[pnt, dir, angle1,angle2,angle3]). By default pnt=Vector(0,0,0), dir=Vector(0,0,1), angle1=-90, angle2=90 and angle3=360. angle1 and angle2 are the vertical minimum and maximum of the sphere, angle3 is the sphere diameter itself.

Creating a Cylinder
Using makeCylinder(radius,height,[pnt,dir,angle]). By default pnt=Vector(0,0,0),dir=Vector(0,0,1) and angle=360

Creating a Cone
Using makeCone(radius1,radius2,height,[pnt,dir,angle]). By default pnt=Vector(0,0,0), dir=Vector(0,0,1) and angle=360

Modifying shapes
There are several ways to modify shapes. Some are simple transformation operations such as moving or rotating shapes, other are more complex, such as unioning and subtracting one shape from another. Be aware that

Translating a shape
Translating is the act of moving a shape from one place to another. Any shape (edge, face, cube, etc...) can be translated the same way: This will move our shape "myShape" 2 units in the x direction.

Rotating a shape
To rotate a shape, you need to specify the rotation center, the axis, and the rotation angle: The above code will rotate the shape 180 degrees around the Z Axis.

Generic transformations with matrixes
A matrix is a very convenient way to store transformations in the 3D world. In a single matrix, you can set translation, rotation and scaling values to be applied to an object. For example: Note: FreeCAD matrixes work in radians. Also, almost all matrix operations that take a vector can also take 3 numbers, so those 2 lines do the same thing: When our matrix is set, we can apply it to our shape. FreeCAD provides 2 methods to do that: transformShape and transformGeometry. The difference is that with the first one, you are sure that no deformations will occur (see "scaling a shape" below). So we can apply our transformation like this: or

Scaling a shape
Scaling a shape is a more dangerous operation because, unlike translation or rotation, scaling non-uniformly (with different values for x, y and z) can modify the structure of the shape. For example, scaling a circle with a higher value horizontally than vertically will transform it into an ellipse, which behaves mathematically very differenty. For scaling, we can't use the transformShape, we must use transformGeometry:

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

Intersection
The same way, the intersection between 2 shapes is called "common" and is done this way:

Union
Union is called "fuse" and works the same way:

Section
A Section is the intersection between a solid shape and a plane shape. It will return an intersection curve, a compound with edges

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:

Exploring shapes
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 makeBox 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 vertexes. Straight edges have only two vertexes, obviously.

Edge analysis
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.

Using the selection
Here we see now how we can use the selection the user did in the viewer. First of all we create a box and shows it in the viewer Select now some faces or edges. With this script you can iterate all selected objects and their sub elements: Select some edges and this script will calculate the length:

Complete example: The OCC bottle
A typical example found on the OpenCasCade Getting Started Page is how to build a bottle. This is a good exercise for FreeCAD too. In fact, you can follow our example below and the OCC page simultaneously, you will understand well how OCC structures are implemented in FreeCAD. The complete script below is also included in FreeCAD installation (inside the Mod/Part folder) and can be called from the python interpreter by typing:

The complete script
Here is the complete MakeBottle script:

Detailed explanation
We will need,of course, the Part module, but also the FreeCAD.Base module, which contains basic FreeCAD structures like vectors and matrixes. Here we define our makeBottle 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 actually define the geometry: an arc, made of 3 points, and two line segments, made of 2 points. Remember the difference between geometry and shapes? Here we build shapes out of our construction geometry. 3 edges (edges can be straight or curved), then a wire made of those three edges. Until now we built only a half profile. Easier than building the whole profile the same way, we can just mirror what we did, and glue both halfs together. So 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 suffer (move, rotate and scale). Here, after we create the matrix, we mirror it, and we create a copy of our wire with that transformation matrix applied 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. Doing so, we actually made a solid. Then we apply a nice little fillet to our object because we care about good design, don't we? Then, the body of our bottle is made, we still need to create a neck. So we make a new solid, with a cylinder. The fuse operation, which in other apps is sometimes called union, 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. That Part solid, like any other Part shape, can be attributed to an object in a FreeCAD document, with: or, more simple:

Box pierced
Here a complete example of building a box pierced.

The construction is done side by side and when the cube is finished, it is hollowed out of a cylinder through.

Loading and Saving
There are several ways to save your work in the Part module. 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 exportBrep, exportIges, exportStl and exportStep methods availables for all shape objects. So, doing: this will save our box into a STEP file. To load a BREP, IGES or STEP file, simply do the contrary: To convert an .stp in .igs file simply : Note that importing or opening BREP, IGES or STEP files can also be done directly from the File -> Open or File -> Import menu, while exporting is with File -> Export