基于FreeCAD的CAE數值仿真平臺開發概述
濟南友泉軟體有限公司
FreeCAD是一套基于OCC、OIV、Qt的開源CAX軟體開發框架，采用了檔案-視圖架構，同時提供了基于Workbench的插件式開發模式，可以非常方便地用于訂制CAE軟體，
- FreeCAD代碼架構
FreeCAD核心采用C++撰寫，使用OpenCASCADE生成幾何造型，利用Open Inventor進行圖形影像渲染，此外，FreeCAD提供了PyCXX擴展的Python介面，
2. FreeCAD主要使用功能模塊
- Base模塊
實作型別系統、物件持久化、日志輸出、PyCXX擴展Python模塊等功能
- App模塊
實作基于檔案物件的資料模型、屬性系統、事務操作、檔案操作（新建、打開、保存、關閉、增加物件、查找物件、洗掉物件）等功能，
- Gui模塊
實作主視窗定義、基于Workbench的開發模式、資料渲染顯示等功能，
- Part模塊
IGES、STEP等主流幾何檔案匯入；基本物體創建；倒角、布爾等操作，
- Mesh、MeshPart模塊
使用Salome SMESH、NetGen等進行網格劃分，
- FEM模塊
設置初邊值條件、求解器配置等用于CalculiX 求解，同時提供了簡單的結果后處理功能等，
3. FreeCAD的優缺點分析
優勢：
- 完全引數化建模
- 基于Workbench的開發模式，開發效率高，擴展性好
- 豐富的幾何檔案介面
- 集成式的幾何約束求解器
不足：
- 代碼量較大，涉及的開發技術較多，文檔資料比較少，開發門檻高
- 渲染路徑較長，資料存盤冗余大
- 大規模場景效率比較低
4.CAE仿真平臺開發思路
以FEM/CFD模塊作為基礎，借助于Part、Mesh模塊現有的功能，完成程式核心功能的實作；在FemGui、PartGui、MeshGui基礎之上，設計統一的Workbench以實作(物體、網格、結果)渲染與界面互動功能，
針對具體的應用需求（主要是幾何造型生成），需要在OCC基礎之上開發滿足需求的功能，并將其嵌入到FreeCAD框架中，
- 幾何生成
以Part::Feature及其子類為基礎，開發滿足需求的核心幾何功能（幾何造型與約束），同時提供PyCXX撰寫的Python擴展，依托ViewProviderPart、ViewProviderMesh、ViewProviderPostObject等代碼實作物件顯示與互動功能，基于FreeCAD的GUI Workbench, 定制軟體界面，
- 網格劃分
MeshPart模塊支持Salome SMESH、NetGen等網格生成工具，Mesh模塊提供了網格存盤的資料結構以及相關操作，MeshGui模塊的Workbench中定義了網格劃分的界面，其內部則是通過呼叫MeshPart模塊的Python介面來生成網格，
FreeCAD Mesh模塊并沒有限制網格生成工具的使用，為了完成軟體的集成（實際上主要是為了使用FreeCAD較大的幾何建模功能），借助于Mesh/MeshGui的資料存盤與顯示，需要在新的Workbench中嵌入較為成熟的網格生成工具(Gmsh、cfMesh)等，在MeshPart中，修改Mesher::createMesh()函式，通過引入其他網格劃分代碼來增加新的網格劃分功能，
Mesh::MeshObject* Mesher::createMesh() const;開發要點：FreeCAD網格劃分功能較弱，需要利用第三方的網格劃分工具生成Mesh模塊的資料結構，然后進行網格顯示，
- 求解器
在Fem模塊中，提供了SolverObject物件，用于生成不同求解器的配置，指定作業目錄之后，會根據支持的求解器的將組態檔寫入到作業目錄，然后便可以求解計算，
- 后處理
目前在FreeCAD中(截止到0.19-pre版本)，沒有一個單獨的一個模塊用于后處理資料顯示，不過，在Fem模塊中實作部分后處理的功能，主要包括云圖顯示、切割、資料拾取等功能，功能相對比較簡單，
筆者在Fem的基礎之上，已經開發完成了CFD模塊功能，主要用于完成CFD后處理功能，可以進行云圖、流線、Glyph、等值線/等值面等功能，后處理功能的開發其實比較簡單，大體思路就是借助于VTK完成后處理資料的生成個，然后將生成的資料匯入到OIV渲染管線，
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