Open Cascade（OCC）：三维建模内核软件揭秘

CAD技术从60年代诞生以来，经历了二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型等重要发展阶段。随着CAD技术的发展也诞生了许多成熟和知名的CAD引擎和软件。

目前，商用CAD引擎主要包括了ACIS 、HOOPS、ParaSolid 等。其中使用ACIS引擎的底层产品主要包括了AutoCAD 、Inventer 、Catia 、MicroSolid 等；使用ParaSolid引擎的主要包括了UG 、Solidworks 、SolidEdge 等。但由于关注点的差别及商业保密的因素，不同的CAD软件都有自己的一套建模方式和存储体系，这导致了系统间数据无法进行直接的传递。目前采用的方式是通过中间标准格式文件为媒介进行传递，但是这种方式会丢失一些细节特征，这就还需要进行一些其它额外的修补工作，这也一定程度上影响了CAD技术的发展。

在商用CAD软件外，还有一些比较成熟的开源CAD引擎，其中使用的比较多的是OpenCascade(简称OCC)。OCC平台是由法国Matra Datavision公司开发的CAD/CAE/CAM软件平台，可以说是世界上最重要的几何造型基础软件平台之一。它是一个开放源码CAD 内核，可以定制和扩展（添加新的功能组件，类的进一步继承），面向CAD/CAM，对主流CAD 数据格式提供支持（STEP /STL /IGES 等，可自行开发转换程序提供特定数据格式的支持），提供高级建模函数（拟合，有理样条曲线，拉伸、旋转、扫出、层叠拉伸、圆角、倒角、薄壳、修剪、偏移等），参数化模型，提供几何模型的特征提取，对Visual C++/MFC 有很好的支持。

开放式级联技术（OCCT）是唯一一个开源的全尺寸三维几何库。OCCT致力于成为最好的免费cad软件内核之一，广泛用于开发涉及以下工程和机械领域的专业程序：三维建模（cad）、制造（CAM）、数值模拟（CAE）、测量设备（CMM）和质量控制（CAQ）。自1999年作为开源CAD软件内核发布以来，OCCT已成功应用于从建筑、建筑到航空航天和汽车等众多项目。

Open Cascade Technology（OCCT），原名CAS.CADE ，是由Open Cascade SAS开发和支持的三维CAD、CAM、CAE等的开源软件开发平台。

Open CASCADE（简称OCC）平台是由法国MatraDatavision公司开发的CAD/CAE/CAM软件平台，可以说是世界上最重要的几何造型基础软件平台之一。开源OCC对象库是一个面向对象C++类库，用于快速开发设计领域的专业应用程序。

OCCT是一个全面的B-Rep（边界表示）建模工具包。OCCT在LGPL-2.1-only许可证下可用，允许在开源和专有应用程序中使用。

OCC主要用于开发二维和三维几何建模应用程序，包括通用的或专业的计算机辅助设计CAD系统、制造或分析领域的应用程序、仿真应用程序或图形演示工具。OcC通过有机组织的C++库文件提供了六个模块。可视化模块作为OCC的核心部分，是可视化技术的具体体现。

CAS.CADE(abbreviated from Computer Aided Software for Computer Aided Design and Engineering) was originally developed in the early 1990s by MatraDatavision, developer of Euclid CAD software as the underlying infrastructure for its future version Euclid Quantum. In 1998 the company abandoned software development to concentrate on services, and most of the software development facilities were soldtoDassault Systèmes, developer of competingCATIA.

OpenCascade技术是目前世界上唯一的开源软件开发平台。这家法国公司为三维曲面和实体建模、可视化和CAD数据交换提供服务和工具。 其行政和管理人员驻扎在法国总部，而大部分开发工作是由大约70名工程师组成的俄罗斯团队完成的。OpenCascade SAS位于下诺夫哥罗德的Datavision生产设施负责支持开源SDK和编写最终用户软件应用程序。

1999年，Matra Datavision决定以开放级联技术公共许可证[10]下的开源模型发布其CAS.CADE基础设施，并将其更名为开放级联。

2000年，成立了一家独立的公司Open Cascade SAS，以围绕Open Cascade开展业务。Open Cascade SAS于2003年出售给法国服务提供商Principia，然后在2006年被Areva的子公司Euriware Group收购。

2004年，该软件更名为Open Cascade Technology，以区别于该公司本身的名称。

Open Cascade S.A.S.提供该库的认证版本，该版本偶尔发布，通常每年发布1-2个版本。在版本6.5.0（2011）之前，只有次要版本和主要版本是公开的，而中间（维护）版本仅可供Open Cascade S.A.S.的客户访问。例如，版本6.3.0于2008年公开发布，下一个公开版本6.5.0于2011年初发布。从6.5.0版开始的所有最新版本都是公开的。

2011年3月，Thomas Paviot启动了开放级联库的最新公开版本6.5.0。该倡议被称为开放式级联社区版。该项目旨在为图书馆建立一个独立的基于社区的发布和bug报告流程。

2011年12月，OpenCascade为外部贡献者安装了一个web门户，并公开了其螳螂Bug跟踪器和更多Git存储库（只读GitHub镜像已于2020年建立）。根据新网站上的声明，鼓励开源社区的外部贡献者参与开放级联技术的开发，即直接在bugtracker中注册bug，在签署贡献者许可协议后对代码做出贡献，等等。

自2013年12月18日起，LGPL-2.1中仅提供了版本为6.7.0的开放式级联技术，其他例外情况除外。在此之前的版本是根据“开放级联技术公共许可证”授权的，该许可证与GPL不兼容，Fedora项目认为该许可证是非免费的。

OCCT的功能分为几个大模块。每个模块定义工具包（库）列表。主要模块：

基础类：定义基本类、内存分配器、OS抽象层、集合（数据映射、数组等）、加速数据结构（BVH树）和其他模块使用的向量/矩阵数学。

建模数据：提供数据结构来表示二维和三维几何图元（分析曲线：直线、圆、椭圆、双曲线、抛物线、Bézier、B样条、偏移；分析曲面：平面、圆柱体、圆锥体、球体、圆环体、Bézier、B样条、旋转、拉伸、偏移）及其组合到B-Rep模型中。

建模算法：包含大量几何和拓扑算法（交集、布尔运算、曲面网格划分、圆角、形状修复）。

可视化：提供在3D Viewer中显示几何图形的交互式服务；实现一个紧凑的OpenGL/OpenGL ES渲染器，支持传统的Phong、实时PBR金属粗糙度着色模型以及交互式光线跟踪/路径跟踪引擎。

数据交换：提供导入/导出各种CAD格式的可能性。

STEP、IGES、glTF、OBJ、STL和VRML本机支持。[24]可以使用插件导入其他格式。[25]扩展数据交换（XDE）组件依赖于统一的XCAF文档定义，其中包括CAD形状的装配结构，颜色/名称/材质/元数据/图层属性以及其他补充信息，如PMI。

应用程序框架：提供处理特定于应用程序的数据的解决方案。

DRAW Test Harness：基于Tcl解释器实现OCCT算法的脚本接口，用于交互式使用、自动化流程、原型应用程序和测试目的。

Workshop Organization Kit（WOK）是一个开放式级联开发环境，旨在允许大量开发人员使用通过本地网络共享的公共参考版本来开发产品。

在OCCT 7.0.0发布之前，如果不使用WOK，就不可能对源代码进行实质性修改，因为它是唯一一个支持CDL（CAS.CADE定义语言）的工具，用于声明大多数OCCT类，还用于定义OCCT库的逻辑结构。WOK已包含在以前的OCCT分发中；自OCCT版本6.4以来，它是一个独立的工具。

在7.0.0版本中，所有CDL文件都已从OCCT源代码中删除，使得OCCT开发不再需要WOK。

相对于商用软件，开源CAD引擎具有免费、可扩展性好等优点；同时随时CAD技术及开源引擎的不断优化，像OCC这样的引擎将在更多的领域得到应用。目前基于OCC的CAD软件有FreeCAD、HeeksCAD、AnyCAD等。

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