FreeCAD概述和軟件架構(gòu)
首先，感謝初始開發(fā)人員（Jürgen Riegel, Werner Mayer, Yorik van Havre），免費分享了如此出色的杰作。FreeCAD遵循LGPL許可證發(fā)布，可通過動態(tài)鏈接免費使用，并可用于商業(yè)用途。
FreeCAD簡介
FreeCAD的誕生：初始版本0.0.1于2002年10月29日上線。
FreeCAD的維基百科
FreeCAD基本上是各種功能強大的庫的集合，其中最重要的是openCascade，它用于管理和構(gòu)造幾何體，還有Coin3D用于顯示幾何體，使用Qt將其放入漂亮的圖形用戶界面中，Python提供完整的腳本/宏功能。
關(guān)鍵特征
- 支持多平臺：windows, Linux 和 MacOS X。
- 可以通過python模塊導(dǎo)入控制臺模式。
- 像商業(yè)CAD工具一樣，支持參數(shù)化建模，腳本編輯和宏。
- 具有豐富插件的模塊化結(jié)構(gòu)：CAD，CAM，機器人，網(wǎng)格劃分，F(xiàn)EM等。
- 支持海量標(biāo)準(zhǔn)的2D和3D CAD通用文件格式，如STL，STEP等。
- 文件類型為*.fcstd，這是一種經(jīng)壓縮的文件容器，包含多種不同類型的信息，例如幾何體，腳本或者縮略圖標(biāo)。
實例：將FreeCAD python模塊嵌入Blender。
關(guān)于詳細的和最新的功能，請參見FreeCAD官網(wǎng)的功能列表。
軟件架構(gòu)
關(guān)鍵軟件庫
請參見第二章中的FreeCAD源代碼結(jié)構(gòu)
站在巨人肩膀上
- 以O(shè)penCASCADE作為CAD內(nèi)核
- 使用OpenInventor/Coin3D/pivy進行3D場景渲染
- 圖形用戶界面使用Qt和PySide
- Python腳本和封裝：PyCXX, swig, boost.python
- 還有其他功能強大的軟件庫，像Xerces XML, boost
使用OpenCASCADE的幾何算法將在第7章中討論。
混合了python和C++語言
- 控制臺模式中使用python腳本，GUI模式中使用基于python的宏錄制功能
- 所有FreCAD類都源自BaseClass類，并與BaseClassPy類連接
- 在0.17版本之前，C++11使用并不廣泛
- C++模板使用不多，不過FeatureT<>使DocumentObject, ViewProvider可在Python中擴展。
- 除了GUI模式，F(xiàn)reeCAD并沒有和Qt系統(tǒng)綁定，Boost::signal用于命令行模式：FreeCADCmd。
- 內(nèi)部使用std::string(UTF8)，并應(yīng)用QString getString(){QString.fromUtf8(s.c_str())}。
- C++用于大多數(shù)耗時的任務(wù)（線程模式），以避免全局解釋器鎖定的瓶頸。
- 在模塊開發(fā)中混合使用C++和Python語言的問題將在第5章討論。
安裝程序中不包含GPL代碼
https://github.com/yorikvanhavre/Draft-dxf-importer
當(dāng)前FreeCAD的策略是只包含LGPL軟件，默認不包含GPL軟件。以前進行DXF格式文件導(dǎo)入導(dǎo)出操作時，會默認下載DXF導(dǎo)入導(dǎo)出庫，不過Debian不喜歡這樣，于是我們改變了改成了需要手動開啟下載。
打開草繪工作臺，然后選擇編輯->首選項。在導(dǎo)入-導(dǎo)出->DXF/DWG選項卡中，開啟自動更新。之后FreeCAD將在第一次進行DXF導(dǎo)入導(dǎo)出操作時，下載提到的庫。如果下載不了，請重啟FreeCAD并重試。
資金條件
FreeCAD目前仍由社區(qū)非正式地推動，由開發(fā)者在業(yè)余時間開發(fā)，而未建立任何基金會。
如何渲染3D模型
FreeCAD使用Coin3D庫進行幾何體的3D視圖渲染。Coin3D是OpenInventor標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)實現(xiàn)，使您無需開發(fā)OpenGL代碼。請參見FreeCAD維基中的OpenInventor Scenegraph章節(jié)。3D渲染的其他例子：
FreeCAD ViewProvider中的OpenInventor
FreeCAD本身提供多種工具來查看或修改openInventor代碼。例如，以下Python代碼將顯示所選對象的openInventor表現(xiàn)形式：
```
obj=FreeCAD.ActiveDocument.ActiveObjectviewprovider=obj.ViewObjectprintviewprovider.toString()
```
Pivy: Coin3D的Python封裝
pivy是Coin3D C ++ 庫的Python封裝器，為SWIG添加新的SoPyScript節(jié)點以直接包含Python腳本。
pivy追蹤器—一一個基于pivy/coin3D的小型python對象庫，用于在視景圖級別渲染線條/點，以向用戶界面提供反饋。最初作為FreeCAD追蹤工作臺的一部分來應(yīng)用。
3D可視化庫的選擇
作為一個CAD內(nèi)核，OpenCASCADE最初并不支持對3D對象的屏幕渲染（2002年FreeCAD誕生時），直到最近的版本，才有了幾個基于OpenGL的3D庫。請參見此列表（與QT一起使用）?https://wiki.qt.io/Using_3D_engines_with_Qt。3D游戲引擎也可用于渲染3D對象，例如OGRE（面向?qū)ο蟮膱D形渲染引擎），虛幻，Unity。
選擇Open Inventor來渲染FreeCAD是基于軟件許可和性能考慮。Open Inventor，源自IRIS Inventor，是SGI設(shè)計的一種面向C++對象的保留模式3D圖形API，旨在為OpenGL編程提供更高層次支持。其主要目標(biāo)是提供更便捷和高效的編程。Open Inventor是免費開源軟件，遵循GNU寬松通用公共許可協(xié)議（LGPL），2000年8月，2.1版。
Coin3D應(yīng)用和Open Inventor相同的API，但源代碼不同，通過安全屋實現(xiàn)對Open Inventor v2.1穩(wěn)定版的兼容。Kongsberg于2011年終止了Coin3D開發(fā)，并且通過BSD 3協(xié)議發(fā)布了源代碼。這使通過Python在Open Inventor場景中繪制對象成為可能，即使用Coin3D的python封裝器pivy。請參見https://www.freecadweb.org/wiki/Pivy
VTK，ParaView的基礎(chǔ)，是另一個開源跨平臺的可視化庫。它使互動操作成為可能，請參見將VTK管道輸出轉(zhuǎn)換為Inventor節(jié)點的方法。從0.17版本開始，將VTK管道添加進Fem mpivy追蹤器——一個基于pivy/coin3D的小型python對象庫，用于在視景圖級別渲染線條/點，以向用戶界面提供反饋。最初作為FreeCAD追蹤工作臺的一部分來應(yīng)用。
FreeCAD論壇關(guān)于3D渲染庫選擇的討論
這是我關(guān)于3D渲染庫選擇的疑問，發(fā)表在FreeCAD論壇上：
我瀏覽了OpenCASCADE 文檔[1]，其中展示了OpenCASCADE源代碼架構(gòu)圖。它與FreeCAD很類似。為什么FreeCAD要開發(fā)自己的基礎(chǔ)類，文檔控制器，對象樹結(jié)構(gòu)，等等。它們有很多重疊之處。
????1. 是因為許可證問題嗎？當(dāng)FC開始的時候OpenCASCADE不兼容LGPL協(xié)議嗎？還是OpenCASCADE不支持python封裝功能？
? ? 2.?OpenCASCADE有3D渲染可視化功能，為什么要用OpenInventor/3D來代替？根據(jù)文檔，OCC用戶交互功能不是很強大，但仍然提供了選擇。
[1]?http://www.opencascade.com/content/overview
[2]?https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=10&t=12821&p=102683#p102683?by "ickby"
一位主要開發(fā)者的回復(fù)：
首先，F(xiàn)reeCAD在沒有OpenCASCADE的情況下可以工作。這是一項重要功能，并非所有事情都需要幾何建模，例如機器人工作臺。 OCC僅包含在零件工作臺中。
當(dāng)然，可以使FreeCAD完全基于OCC并重用OCAF和可視化庫，但是，有很多反對意見：
? ? 1. OCAF的重疊是最小的： 僅可以重用App中的某些內(nèi)容，無論如何都需要對整個GUI進行處理 。 而且要集成所有當(dāng)前可用的功能，它們所需要的工作量基本相同。根據(jù)Jriegel的說法， 最初 FreeCAD 的文檔結(jié)構(gòu)是基于OCAF的，但后來發(fā)現(xiàn)它缺少許多功能，于是改為用自定義方式實現(xiàn)。這使得適配和強化的方法更加容易，例如，最近的表達式的集成化。
? ? 2.?OpenCASCADE多年來一直缺乏可視化庫。最近開發(fā)人員做了很多工作來改善它， 但這對于FreeCAD來說為時已晚 。最重要的問題是：OpenCASCADE 的可視化庫高度針對它自己的類型。沒有提供適合其它內(nèi)容的通用接口， 因此對FreeCAD 并不適合。在FreeCAD中，許多工作臺都通過漂亮的openInventor API繪制各種內(nèi)容。
FreeCAD路線圖
跟進FreeCAD的路線圖非常重要，因為它仍處于開發(fā)階段。
https://www.freecadweb.org/wiki/Development_roadmap
不斷更新的主要組件：
主要的外部組件正在逐步升級，例如OpenInventor，pyCXX。
-?從版本0.17開始采用C++11。C++17最新標(biāo)準(zhǔn)庫可在將來取代boost :: FileSystem。
-?在C++中，可直接從Qt4遷移到Qt5（將Qt4All.h從Qt4切換到Qt5），但取決于Qt5 的python封裝包：PySide2，的LGPL版本的可用性。
-?Python3支持正在實施中，應(yīng)該會在0.19版中完成，因為python2將于2020年1月停用。
-?OpenCASCADE（OCC）和VTK將于2016年底遷移到7.0，這是一次重大升級，將打破目前不兼容的局面。
將不會從從OpenGL過渡到Vulkan，因為OpenGL應(yīng)該可以使用很長時間（10年）。
C++11
C++不是一種簡單的語言，它的目標(biāo)是高性能，你需要手動管理內(nèi)存，并且有很多陷阱，請參閱http://horstmann.com/cpp/pitfalls.html。即使是經(jīng)驗豐富的C ++程序員，也會發(fā)現(xiàn)自己沒有完全掌握C ++。安全性異常超出普通人想象。
附錄中示例了C++的常見陷阱。
盡管如此，C++11幾乎是一種新語言，或者叫下一代C++。C++11添加了一些額外的關(guān)鍵字，例如“ explicit，overload / final，noexcept”，以避免一些意外錯誤，還引入了新功能和額外的STL函數(shù)，例如lambda和std :: function，constexpr，enum類，智能指針，自動類型派生，std :: thread，atomic，regex等等。
Qt 5.x的Pyside 2項目
適用于Qt 5.x的官方LGPL python封裝包，即pyside2, 或者叫Qt for Python，已經(jīng)與Qt 5.12 一起發(fā)布。
Pyside 2項目旨在為Qt 5.x提供完整的PySide端口。其開發(fā)工作于2015年5月在GitHub上開始。該項目成功為Qt 5.3、5.4和5.5開發(fā)了Pyside端口。 在2016年4月，Qt公司決定適當(dāng)支持該端口（請參閱詳細信息）。
版權(quán)聲明：本文翻譯自《Module developer's guide to FreeCAD source code》，遵循 CC 4.0 BY-SA 協(xié)議（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/），轉(zhuǎn)載請附上原文出處鏈接及本聲明。原文鏈接：https://github.com/qingfengxia/FreeCAD_Mod_Dev_Guide/blob/master/chapters/1.FreeCAD_overview_architecture.md
