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:

Note: in FreeCAD 0.16 Part.Line was used, for FreeCAD 0.17 Part.LineSegment has to be used

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 Bézier 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.)

Creación de un plano
Un plano es simplemente una superficie rectangular plana. El método utilizado para crear uno es este: makePlane(length,width,[start_pnt,dir_normal]). Por defecto start_pnt = Vector(0,0,0) y dir_normal = Vector(0,0,1). Utilizando dir_normal = Vector(0,0,1) crearemos el plano orientado hacia el eje Z, mientras que con dir_normal = Vector(1,0,0) crearemos el plano orientado hacia el eje X:

BoundBox es un prisma encerrando el plano con una diagonal empezando en (3,0,0) y terminando en (5,0,2). Aquí el espesor de BoundBox en el eje Y es cero, ya que nuestra forma es totalmente plana.

Nota: makePlane sólo acepta Base.Vector para start_pnt y dir_normal pero no tuplas

Creación de una elipse
Para crear una elipse existen varios métodos:

Crea una elipse cuyo radio mayor es 2 y el radio menor 1 con centro en el (0,0,0)

Crea una copia de la elipse dada

Crea una elipse centrada en el punto Center, donde el plano de la elipse está definido por Center, S1 y S2, su eje mayor está definido por Center y S1, su radio mayor es la distancia entre Center y S1, y su radio menor es la distancia entre S2 y el eje mayor.

Crea una elipse con radios mayor y menor MajorRadius y MinorRadius respectivamente, y ubicada en el plano definido por Center y la normal (0,0,1)

En el código de arriba hemos pasado S1, S2 y center. De forma similar a Arc, Ellipse también crea un objeto elipse pero no una arista, así que tenemos que convertirlo en una arista utilizando toShape para mostrarlo.

Nota: Arc sólo acepta Base.Vector para puntos pero no tuplas

para el constructor de la elipse de arriba hemos pasado el centro, MajorRadius y MinorRadius

Creación de un toro
Utilizando el método makeTorus(radius1,radius2,[pnt,dir,angle1,angle2,angle]). Por defecto pnt=Vector(0,0,0),dir=Vector(0,0,1),angle1=0,angle2=360 y angle=360. Considera un toro como un pequeño circulo barrido a lo largo de una circunferencia grande. Radius1 es el radio de la circunferencia grande, radius2 es el radio del círculo pequeño, pnt es el centro del toro y dir es la dirección normal. angle1 y angle2 son ángulos en radianes para el círculo pequeño, el último parámetro angle es para hacer una sección del toro:

El código de arriba creará un toro con diámetro 20 (radio 10) y espesor 4 (radio del círculo pequeño 2)

El código de arriba creará una sección del toro

El código de arriba creará un semi toro, sólo el último parámetro se ha cambiado, dando el valor 180 creará el toro desde 0 hasta 180, eso es, medio toro.

Creación de un cubo o prisma
Utilizando makeBox(length,width,height,[pnt,dir]). Por defecto pnt=Vector(0,0,0) y dir=Vector(0,0,1)

Creación de una esfera
Utilizando makeSphere(radius,[pnt, dir, angle1,angle2,angle3]). Por defecto pnt=Vector(0,0,0), dir=Vector(0,0,1), angle1=-90, angle2=90 y angle3=360. angle1 y angle2 son el punto vertical mínimo y máximo de la esfera, angle3 es el diámetro de la esfera.

Creación de un cilindro
Utilizando makeCylinder(radius,height,[pnt,dir,angle]). Por defecto pnt=Vector(0,0,0),dir=Vector(0,0,1) y angle=360

Creación de un cono
Utilizando makeCone(radius1,radius2,height,[pnt,dir,angle]). Por defecto pnt=Vector(0,0,0), dir=Vector(0,0,1) y angle=360

Modificando formas
Existen diversos métodos para modificar formas. Algunas son simples operaciones de transformación como mover o rotar formas, otras son más complejas, como la unión y diferencia de una forma y otra. are simple transformation operations such as moving or rotating shapes, other are more complex, such as unioning and subtracting one shape from another. Tenlo en cuenta

Traslación de una forma
Traslación es el acto de mover una forma de una situación a otra. Cualquier forma (aristas, caras, cubos, etc...) se puede trasladar del mismo modo:

Esto moverá nuestra forma "myShape" 2 unidades en la dirección del eje X.

Rotación de una forma
Para rotar una forma, necesitas especificar el centro de rotación, el eje, y el ángulo de rotación:

El código de arriba rotará la forma 180 grados alrededor del eje Z.

Transformaciones genéricas con matrices
Una matriz es un modo muy conveniente de almacenar transformaciones en el mundo 3D. En una simple matriz, puedes establecer traslaciones, rotaciones y valores de escala a ser aplicados a un objeto. Por ejemplo:

Nota: Las matrices de FreeCAD funcionan en radianes. También, casi todas las operaciones de matrices que toman un vector pueden tomar 3 números, así estas dos líneas hacen lo mismo:

Cuando nuestra matriz es establecida, podemos aplicarla a nuestra forma. FreeCAD proporciona 2 métodos para hacerlo: transformShape y transformGeometry. La diferencia es que con el primero, estas seguro de que no ocurrirá ninguna deformación (mira "escalando una forma" más abajo). Podemos aplicar nuestra transformación así:

o

Escalando una forma
Escalando una forma es una operación más peligrosa porque, a diferencia de la traslación o rotación, un escalado no uniforme (con diferentes valores para los ejes X,Y y Z) puede modificar la estructura de la forma. Por ejemplo, escalando una circunferencia con un valor horizontal superior al vertical la transformará en una elipse, que se comporta matemáticamente de forma muy diferente. Para el escalado, no podemos utilizar transformShape, tenemos que usar transformGeometry:

Diferencia
La diferencia de una forma con otra se llama "corte" en el argot de OCC/FreeCAD y se hace así:

Intersección
del mismo modo, la intersección entre dos formas es denominada "común" y se hace de este modo:

Unión
La unión se llama "fusión" y funciona del mismo modo:

Sección
Una sección es la intersección entre una forma de un sólido y una forma de un plano. Devolverá una curva de intersección, un componente con aristas

Extrusión
Extrusión es el acto de "empujar" una forma plana en determinada dirección resultando en un cuerpo sólido. Piensa en una círculo convirtiéndose en un tubo:

Si tu círculo está hueco, obtendrás un tubo hueco. Si no es hueco, obtendrás un cilindro sólido:

Exploración de formas
Puedes explorar fácilmente la estructura de datos topológicos:

Escribiendo las líneas de arriba en el interprete de Python, conseguirás una buena comprensión de la estructura de los objetos de piezas. Aquí, nuestro comando makeBox crea una forma sólida. Este sólido, como todos los sólidos de piezas, contiene caras. Las caras siempre contienen contornos, que son listas de aristas que bordean la cara. Cada cara tiene al menos un contorno cerrado (puede tener más si la cara tiene huecos). En el contorno, podemos mirar en cada arista de forma separada, y dentro de cada arista, podemos ver los vértices. Las aristas rectas tienen sólo dos vértices, obviamente.

Análisis de aristas
En el caso de una arista con una curva arbitraria, es más probable que quieras hacer una discretización. En FreeCAD las aristas son parametrizadas por sus longitudes. Eso significa que puedes recorrer una arista/curva por su longitud:

Ahora puedes acceder a un montón de propiedades de la arista utilizando la longitud como una posición. Eso significa que si la arista es de 100mm de longitud el punto inicial es y la posición final es 100.

Utilizando la selección
Aquí vemos ahora cómo podemos utilizar la selección que el usuario hizo en la vista. Antes de nada creamos un cubo y lo mostramos en la vista

Selecciona ahora algunas caras o aristas. Con este archivo de guión puedes iterar todos los objetos seleccionados y sus subelementos:

Selecciona algunas aristas y este archivo de guión calculará la longitud:

Examen completo: La botella OCC
Un ejemplo típico encontrado en la página de primeros pasos de OpenCasCade es cómo construir una botella. Este es un buen ejercicio también para FreeCAD. En realidad, puedes seguir nuestro ejemplo de abajo y la página de OCC simultáneamente, comprenderás bien cómo están implementadas las estructuras de OCC en FreeCAD. El archivo de guión completo de abajo está también incluido en la instalación de FreeCAD (dentro del directorio Mod/Part) y puede llamarse desde el interprete de Python escribiendo:

El archivo de guión completo
Aquí está el archivo de guión completo MakeBottle:

Explicación detallada
Necesitaremos, desde luego, el módulo de piezas, pero también el módulo FreeCAD.Base, que contiene estructuras básicas de FreeCAD como vectores y matrices.

Aquí definimos nuestra función makeBottle. Esta función se puede llamar sin argumentos, como hicimos arriba, en cuyo caso se utilizaran los valores por defecto para ancho, alto, y espesor. Luego, definimos un conjunto de puntos que serán utilizados para construir nuestro perfil base.

Aquí en realidad definimos la geometría: un arco, creado por 3 puntos, y dos segmentos de línea, creados por 2 puntos.

Recuerdas la diferencia entre geometría y formas? Aquí construimos formas a partir de nuestra geometría de construcción. 3 aristas (las aristas pueden ser rectas o curvas), luego un contorno creado a partir de dichas tres aristas.

Hasta ahora construimos sólo medio perfil. Más sencillo que construir el perfil completo del mismo modo, simplemente podemos crear una simetría de lo que hicimos, y pegar ambas partes. Así primero creamos una matriz. Una matriz es un modo muy común para aplicar transformaciones a objetos en el mundo 3D, ya que puede contener en una estructura todas las transformaciones básicas que los objetos pueden sufrir (mover, rotar y escalar). Aquí, después de crear la matriz, creamos una simétrica, y creamos una copia de nuestro contorno con esa matriz de transformación aplicada. Ahora tenemos 2 contornos, y podemos crear un tercer contorno a partir de ellos, ya que los contornos son en realidad listas de aristas.

Ahora que tenemos un contorno cerrado, se puede convertir en una cara. Una vez que tengamos una cara, podemos extruirla. Haciendo esto, creamos un sólido. Entonces aplicamos un pequeño redondeo a nuestro objeto porque queremos crear un buen diseño, no es así?

El cuerpo de nuestra botella está creado, aún tenemos que crear el cuello. Así que creamos un nuevo sólido, con un cilindro.

La operación de fusión, que en otras aplicaciones es llamada unión, es muy potente. Tendrá cuidado de pegar lo que necesita ser pegado y eliminar las partes que necesiten ser eliminadas.

Obtenemos nuestro sólido de pieza como resultado de nuestra función. Ese sólido de pieza, como cualquier otra forma de piezas, se puede atribuir a un objeto en el documento de FreeCAD, con:

o, de forma más simple:

Box pierced
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.

Cargando y guardando
Existen diversas formas de guardar tu trabajo en el módulo de piezas. Puedes desde luego guardar el documento de FreeCAD, pero también puedes guardar objetos de pieza directamente en formatos de CAD comunes, como BREP, IGS, STEP y STL.

El guardado de una forma en un archivo es sencillo. Existen los métodos exportBrep, exportIges, exportStl y exportStep disponibles para todos los objetos de forma. Así, haciendo:

se guardará nuestro cubo en un archivo STEP. Para cargar un archivo BREP, IGES o STEP, simplemente haz lo contrario:

To convert an .stp file to an .igs file:

Observa que la importación y apertura de archivos BREP, IGES o STEP también se puede hacer directamente desde el menú Archivo -> Abrir o Archivo -> Importar, mientras que la exportación es con Archivo -> Exportar