Open CASCADE：模型带颜色导出至 STEP / IGES 文件

1、引言

Open CASCADE 支持读写带颜色、图层、标注等信息的模型文件。模型颜色是不同CAD软件数据交换时最常用到的信息，本文给出一个带颜色模型导出为 STEP / IGES 文件的例子。

2、核心原理解析：XDE 与 OCAF 的协作原理

2.1、OCAF

OCAF，即OCC应用程序框架（Open CASCADE Application Framework，详细参考官网），是 “文档管家”，支持各类复杂2D、3D场景CAD/CAM/CAE等应用开发，属于即用型应用程序框架。如下图所示的应用程序文档-属性模型：

OCAF 文档数据通过树形结构管理（若考虑属性的引用关系，则是图形结构），文档结构可以通过官方工具 DFInspector 查看[github：Inspector]。如下图所示的一个带红、绿、蓝三色的模型：

使用 DFInspector 工具打开后，将呈现OCAF的文档数据，如下图所示：

该文件包括三个带颜色的模型，模型名称分别是 Test_RedBox、Test_GreenSphere、Test_BlueCylinder，对应的颜色分别是 RED、GREEN、BLUE。

2.2、XDE

XDE，即OCC中的扩展数据交换（eXtended Data Exchange，详细参考官网），以CAF为基础——即XCAF，支持颜色、图层、材料等非几何属性的读写。

在 XCAF 数据中，XCAFDoc_DocumentTool负责总体数据管理，各种具体类型数据由特定的工具类 xxTool 负责读写，这些工具集合也是OCC支持PMI信息的关键。工具类见下表：

序号	数据类型	类名	说明
1	模型	XCAFDoc_ShapeTool	模型管理
2	装配数据	XCAFDoc_AssemblyTool	仅提供遍历装配树/图的方法
3	颜色	XCAFDoc_ColorTool	关联模型及其子模型的颜色，增、删、改、查；模型和其子模型有不同的颜色属性
4	图层	XCAFDoc_LayerTool	关联模型及其子模型的图层，增、删、改、查；模型和其子模型可从属于不同的图层
5	材料	XCAFDoc_MaterialTool	关联模型及其子模型的材料，增、删、改、查；模型和其子模型可以是不同的材料
6	GD&T	XCAFDoc_DimTolTool	GD&T的增、删、改、查
7	剖视图	XCAFDoc_ClippingPlaneTool	剖视图的增、删、改、查
8	注释	XCAFDoc_NotesTool	为一个模型或子模型添加注释，及其关联的对象
9	视图	XCAFDoc_ViewTool	视图的增删，一个视图包括相机视角、显示的模型、GD&T数据及标签
10	渲染材料	XCAFDoc_VisMaterialTool	为模型单独设置用于渲染的材料

获取各工具类的方法形如：

Handle(TDocStd_Document) doc = ...;
Handle(XCAFDoc_ShapeTool) shape_tool = XCAFDoc_DocumentTool::ShapeTool(doc ->Main()); // 模型管理工具
Handle(XCAFDoc_LayerTool) layer_tool =  XCAFDoc_DocumentTool::LayersLabel(doc->Main()); // 图层管理工具

XDE 直接支持 IGES、STEP文件的读写的工具类如下表所示：

类名	说明	是否支持图层颜色等信息
STEPControl_Writer, IGESControl_Writer	STEP, IGES 文件标准导出，仅模型	不支持
STEPControl_Reader, IGESControl_Reader	STEP, IGES 文件标准导入，仅模型	不支持
STEPCAFControl_Writer, IGESCAFControl_Writer	STEP, IGES 文件 CAF 数据完整导出	支持
STEPCAFControl_Reader, IGESCAFControl_Reader	STEP, IGES 文件 CAF 数据完整导出	支持

2.3、TDF

TDF，即拓扑数据框架（Topological Data Framework），提供了一种层次化的数据组织方式，将模型的各种信息以树形结构进行存储，使得不同类型的数据能够有序地关联起来。

具体来说，TDF_Label是该框架中至关重要的一个工具，它本身不包括任何数据，而是以TDF_Label为索引实现TDF中各类数据的增删改查，起标签作用。例如，一个TDF_Label关联一个模型（或子模型），使用特定的工具通过TDF_Label为其关联的模型设置颜色、材料、图层等属性。同时TDF_Label还可用于关联任何用户自定义的数据。

前一节表中所列的各类 xxTool均以 TDF_Label为输入进行操作。

关于 OCAF 的详细解释和用法说明，将在后续文章中给出。

使用 XCAF 即可实现带颜色模型的导出。

3、案例

以下通过实际案例，实践导出三个不同颜色模型的 STEP/IGES 文件。

Step 1：指定 XDE 驱动器的路径

使用 XDE 读写内置文件格式类型（XML）时，需要指定驱动器路径，文件路径包括以下两个文件：

XCAF
Plugin

两个文件名称不能修改。OCC 安装之后，这两个文件在 $CASROOT/src/StdResource 路径下。

有两种方式指定驱动器路径：
①：设置环境变量 CSF_XCAFDefaults=以上文件所在路径
②：通过代码设置环境变量

OSD_Environment env("CSF_XCAFDefaults", "以上文件路径"); // 指定XDE驱动路径
env.Build();

OCC 为何如此处理格式的读写，这一问题将在后续的文章中详述。

当然，若仅需要完成 IGES/STEP 文件格式转换，则不需要该步骤。

Step2：初始化 XCAF 文档并加载模型

在开始导出带颜色的模型文件之前，首先要初始化 XCAF 文档。这一步就像是搭建一个舞台，为后续的模型展示和操作做好准备。通过创建 TDocStd_Document对象，来构建 XCAF 文档的基础框架。例如：

Handle(XCAFApp_Application) app = XCAFApp_Application::GetApplication();
XmlXCAFDrivers::DefineFormat(app);
Handle(TDocStd_Document) doc;
app->NewDocument(TCollection_ExtendedString("XmlXCAF"), doc);

Step3：获取各类数据管理工具

使用前述的XCAFDoc_DocumentTool获取各类数据管理工具。

Handle(XCAFDoc_ShapeTool) shape_tool = XCAFDoc_DocumentTool::ShapeTool(doc->Main());
Handle(XCAFDoc_ColorTool) color_tool = XCAFDoc_DocumentTool::ColorTool(doc->Main());
Handle(XCAFDoc_MaterialTool) material_tool = XCAFDoc_DocumentTool::MaterialTool(doc->Main());

Step4：创建模型

分别创建立方体、球体、圆柱体。

// 创建红色盒子
TopoDS_Shape red_box = CreateRedBox();
// 创建绿色球体
TopoDS_Shape green_sphere = CreateGreenSphere();
// 创建蓝色圆柱体
TopoDS_Shape blue_cylinder = CreateBlueCylinder();

Step5：向文档添加模型并绑定颜色

使用模型工具 shape_tool向文档中添加模型

TDF_Label box_label = shape_tool->AddShape(red_box);
TDataStd_Name::Set(box_label, "Test_RedBox");
TDF_Label sphere_label = shape_tool->AddShape(green_sphere);
TDataStd_Name::Set(sphere_label, "Test_GreenSphere");
TDF_Label cylinder_label = shape_tool->AddShape(blue_cylinder);
TDataStd_Name::Set(cylinder_label, "Test_BlueCylinder");

以 TDF_Label为索引、使用颜色工具 color_tool设置模型的颜色

// 设置红色盒子的颜色
Quantity_Color red(Quantity_NOC_RED);
SetShapeColor(color_tool, box_label, red);
// 设置绿色球体的颜色
Quantity_Color green(Quantity_NOC_GREEN);
SetShapeColor(color_tool, sphere_label, green);
// 设置蓝色圆柱体的颜色
Quantity_Color blue(Quantity_NOC_BLUE);
SetShapeColor(color_tool, cylinder_label, blue);

Step6：文件导出

导出为 XDE XML 格式：

app->SaveAs(doc, "colored_models_xbf.xml");

导出为标准 IGES 格式，仅沿模型信息、无颜色数据：

IGESControl_Writer iges_writer;
iges_writer.AddShape(red_box);
iges_writer.AddShape(blue_cylinder);
iges_writer.Write("colored_models_standard.igs");

导出为带颜色数据的 IGES：

IGESCAFControl_Writer xde_iges_writer;
xde_iges_writer.SetColorMode(Standard_True);
xde_iges_writer.SetNameMode(Standard_True);
xde_iges_writer.SetLayerMode(Standard_True);
if (xde_iges_writer.Transfer(doc) == IFSelect_RetDone)
{xde_iges_writer.Write("colored_models_xde.igs");cout << "XDE IGES文件导出成功: colored_models_xde.igs" << endl;
}
else
{cout << "XDE IGES文件导出失败！" << endl;
}

导出为带颜色数据的 STEP：

STEPCAFControl_Writer xde_step_writer;
xde_step_writer.SetColorMode(Standard_True);
xde_step_writer.SetNameMode(Standard_True);
xde_step_writer.SetLayerMode(Standard_True);
if (xde_step_writer.Transfer(doc) == IFSelect_RetDone)
{xde_step_writer.Write("colored_models_xde.stp");cout << "XDE STEP文件导出成功: colored_models_xde.stp" << endl;
}
else
{cout << "XDE STEP文件导出失败！" << endl;
}

4、总结

本文通过 XDE 模块，实现了模型几何与非几何属性颜色的一体化导出。

进一步地，XDE的能力还可以满足以下场景的使用：

1. 可实现 STEP AP214/AP242 文件完整数据的导入，进而可遍历获取子模型颜色、图层、GD&T等完整信息。

2. 对于CAx 类应用程序，除了模型及其关联数据之外，还可以基于 XDE 管理应用程序数据，通过 TDF_Label文档中添加用户自定义数据以及自定义数据的关联引用。

3. 文件级引用，就像 CAD 软件中的装配体那样，一个装配体文件可以引用外部若干个零件或组件的独立文件。

5、引用

1. OCC 官方文档：Extended Data Exchange (XDE)
2. OCC API手册：Package XCAFDoc

转载请著名链接：https://blog.csdn.net/Mechanicoder/article/details/151651814