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Open CASCADE学习|ApplicationFramework 框架使用指南

news 来源：原创 2025/8/14 20:31:35

在现代 CAD（计算机辅助设计）应用开发中，构建一个高效、可扩展且用户友好的应用程序框架是至关重要的。Open CASCADE（简称 OCC）提供了一个功能强大的 ApplicationFramework（应用程序框架），它为开发者提供了一套完整的工具集，用于构建基于文档 - 视图架构的 CAD 应用程序。本文将深入探讨 Open CASCADE 的 ApplicationFramework 框架，并通过一个完整的代码示例来展示其使用方法。

一、引言

随着 CAD 技术的发展，应用程序的复杂性不断增加。开发者需要处理大量的图形数据、用户交互以及复杂的几何运算。Open CASCADE 的 ApplicationFramework 框架为这些问题提供了标准化的解决方案。它基于文档 - 视图模式，允许开发者将数据管理与用户界面分离，从而提高了代码的可维护性和可扩展性。

二、ApplicationFramework 框架概述

ApplicationFramework 是 Open CASCADE 中一个高级的应用程序开发框架，它集成了文档管理、视图渲染、命令处理和资源管理等多个方面。以下是其核心组件的简要介绍：

文档管理（Document Management）
- 文档是数据的容器，用于存储 CAD 模型及相关属性。TDocStd_Document 类提供了文档的基本功能，可以扩展来自定义文档类型。
视图渲染（View Rendering）
- 视图负责显示文档中的数据。V3d_Viewer 和 V3d_View 类提供了 3D 视图的创建和管理功能，AIS_InteractiveContext 类用于处理交互式图形显示。
命令处理（Command Processing）
- 命令系统允许用户通过界面或脚本执行操作。TFunction_Framework 提供了命令的定义和执行机制，支持撤销 / 重做功能。
资源管理（Resource Management）
- 资源管理涉及用户界面元素（如菜单、工具栏）的定义和本地化。ApplicationFramework 提供了资源文件的加载和管理功能。

三、基于 ApplicationFramework 的 CAD 应用程序开发

接下来，我们将通过一个示例来展示如何使用 Open CASCADE 的 ApplicationFramework 构建一个简单的 CAD 应用程序。该示例将实现基本的图形创建、显示和交互功能。

3.1 示例代码分析

以下是完整的示例代码，展示了如何实现一个具有简单图形创建和交互功能的 CAD 应用程序：

#include <windows.h>
#include <vector>
#include <commctrl.h>
#include <TDocStd_Application.hxx>
#include <TDocStd_Document.hxx>
#include <TDataStd_Name.hxx>
#include <TNaming_Builder.hxx>
#include <TNaming_NamedShape.hxx>
#include <TPrsStd_AISViewer.hxx>
#include <XCAFDoc_DocumentTool.hxx>
#include <AIS_InteractiveContext.hxx>
#include <V3d_Viewer.hxx>
#include <V3d_View.hxx>
#include <OpenGl_GraphicDriver.hxx>
#include <WNT_Window.hxx>
#include <BRepPrimAPI_MakeBox.hxx>
#include <BRepPrimAPI_MakeSphere.hxx>
#include <BRepPrimAPI_MakeCone.hxx>
#include <AIS_Shape.hxx>
#include <Standard_DefineHandle.hxx>
#include <Standard_Transient.hxx>
#include <Standard_Type.hxx>
#include <TDF_Label.hxx>
#include <TDF_ChildIterator.hxx>
#include <Quantity_Color.hxx>
#include <Aspect_TypeOfTriedronPosition.hxx>
#include <TopTools_HSequenceOfShape.hxx>
#include <TopoDS_Shape.hxx>#pragma comment(lib, "comctl32.lib")enum class AppCommand {CMD_NONE,CMD_CREATE_BOX = 1001,  // 使用更大的ID值避免冲突CMD_CREATE_SPHERE,CMD_CREATE_CONE,CMD_DELETE_OBJ,CMD_ZOOM_ALL
};class CADDocument : public TDocStd_Document {
public:CADDocument(const TCollection_ExtendedString& format): TDocStd_Document(format) {}void AddShape(const TopoDS_Shape& shape, const TCollection_AsciiString& name) {TDF_Label rootLabel = Main();TDF_Label shapeLabel = rootLabel.FindChild(1, Standard_True);TNaming_Builder builder(shapeLabel);builder.Generated(shape);TDataStd_Name::Set(shapeLabel, name);}
};class CADApplicationFramework {
public:CADApplicationFramework(HINSTANCE hInst): hInstance(hInst) {InitApplication();}void InitApplication() {app = new TDocStd_Application();TCollection_AsciiString format("CADDocument");app->NewDocument(format, myDocument);myGraphicDriver = new OpenGl_GraphicDriver(nullptr);myViewer = new V3d_Viewer(myGraphicDriver);myContext = new AIS_InteractiveContext(myViewer);InitMainWindow();InitToolbar();}void InitMainWindow() {WNDCLASSW wc = { 0 };wc.lpfnWndProc = MainWndProc;wc.hInstance = hInstance;wc.lpszClassName = L"CADAppWindow";wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);RegisterClassW(&wc);hMainWnd = CreateWindowW(L"CADAppWindow", L"CAD Application",WS_OVERLAPPEDWINDOW, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,800, 600, NULL, NULL, hInstance, this);Create3DView();ShowWindow(hMainWnd, SW_SHOW);}void Create3DView() {myView = myViewer->CreateView();Handle(WNT_Window) wntWindow = new WNT_Window(hMainWnd);myView->SetWindow(wntWindow);myView->SetBackgroundColor(Quantity_NOC_GRAY40);myView->MustBeResized();myView->TriedronDisplay(Aspect_TOTP_LEFT_LOWER, Quantity_NOC_WHITE, 0.1);}void InitToolbar() {hToolbar = CreateWindowExW(0, TOOLBARCLASSNAMEW, NULL,WS_CHILD | WS_VISIBLE | TBSTYLE_FLAT | CCS_TOP | CCS_NODIVIDER,0, 0, 0, 0, hMainWnd, (HMENU)1, hInstance, NULL);SendMessageW(hToolbar, TB_BUTTONSTRUCTSIZE, sizeof(TBBUTTON), 0);SendMessageW(hToolbar, TB_SETBUTTONSIZE, 0, MAKELPARAM(60, 24));TBBUTTON tbButtons[] = {{0, (int)AppCommand::CMD_CREATE_BOX, TBSTATE_ENABLED, BTNS_BUTTON, {0}, 0, (INT_PTR)L"Box"},{1, (int)AppCommand::CMD_CREATE_SPHERE, TBSTATE_ENABLED, BTNS_BUTTON, {0}, 0, (INT_PTR)L"Sphere"},{2, (int)AppCommand::CMD_CREATE_CONE, TBSTATE_ENABLED, BTNS_BUTTON, {0}, 0, (INT_PTR)L"Cone"},{0, 0, TBSTATE_ENABLED, BTNS_SEP, {0}, 0, 0},{3, (int)AppCommand::CMD_DELETE_OBJ, TBSTATE_ENABLED, BTNS_BUTTON, {0}, 0, (INT_PTR)L"Delete"},{0, 0, TBSTATE_ENABLED, BTNS_SEP, {0}, 0, 0},{4, (int)AppCommand::CMD_ZOOM_ALL, TBSTATE_ENABLED, BTNS_BUTTON, {0}, 0, (INT_PTR)L"Zoom"}};SendMessageW(hToolbar, TB_ADDBUTTONS, sizeof(tbButtons) / sizeof(TBBUTTON), (LPARAM)&tbButtons);SendMessageW(hToolbar, TB_AUTOSIZE, 0, 0);}void CreateBox() {BRepPrimAPI_MakeBox boxMaker(30, 30, 30);Handle(AIS_Shape) aisShape = new AIS_Shape(boxMaker.Shape());myContext->Display(aisShape, Standard_True);myView->FitAll();}void CreateSphere() {BRepPrimAPI_MakeSphere sphereMaker(20);Handle(AIS_Shape) aisShape = new AIS_Shape(sphereMaker.Shape());myContext->Display(aisShape, Standard_True);myView->FitAll();}void CreateCone() {BRepPrimAPI_MakeCone coneMaker(15, 5, 25);Handle(AIS_Shape) aisShape = new AIS_Shape(coneMaker.Shape());myContext->Display(aisShape, Standard_True);myView->FitAll();}void DeleteSelected() {myContext->InitSelected();if (myContext->MoreSelected()) {Handle(AIS_Shape) shape = Handle(AIS_Shape)::DownCast(myContext->SelectedInteractive());myContext->Remove(shape, Standard_True);myView->Redraw();}}static LRESULT CALLBACK MainWndProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {CADApplicationFramework* pThis = nullptr;if (msg == WM_CREATE) {pThis = static_cast<CADApplicationFramework*>(reinterpret_cast<CREATESTRUCT*>(lParam)->lpCreateParams);SetWindowLongPtr(hWnd, GWLP_USERDATA, reinterpret_cast<LONG_PTR>(pThis));}else {pThis = reinterpret_cast<CADApplicationFramework*>(GetWindowLongPtr(hWnd, GWLP_USERDATA));}if (pThis) {switch (msg) {case WM_COMMAND: {if (HIWORD(wParam) == BN_CLICKED) {switch (LOWORD(wParam)) {case (int)AppCommand::CMD_CREATE_BOX:pThis->CreateBox();break;case (int)AppCommand::CMD_CREATE_SPHERE:pThis->CreateSphere();break;case (int)AppCommand::CMD_CREATE_CONE:pThis->CreateCone();break;case (int)AppCommand::CMD_DELETE_OBJ:pThis->DeleteSelected();break;case (int)AppCommand::CMD_ZOOM_ALL:pThis->myView->FitAll();break;}}break;}case WM_SIZE: {SendMessageW(pThis->hToolbar, TB_AUTOSIZE, 0, 0);RECT rcClient;GetClientRect(hWnd, &rcClient);RECT rcToolbar;GetWindowRect(pThis->hToolbar, &rcToolbar);int toolbarHeight = rcToolbar.bottom - rcToolbar.top;rcClient.top += toolbarHeight;pThis->myView->MustBeResized();Handle(WNT_Window) wntWindow = Handle(WNT_Window)::DownCast(pThis->myView->Window());if (!wntWindow.IsNull()) {wntWindow->SetPos(rcClient.left, rcClient.top,rcClient.right - rcClient.left,rcClient.bottom - rcClient.top);}break;}case WM_DESTROY:PostQuitMessage(0);break;default:return DefWindowProc(hWnd, msg, wParam, lParam);}return 0;}return DefWindowProc(hWnd, msg, wParam, lParam);}private:HINSTANCE hInstance;HWND hMainWnd;HWND hToolbar;Handle(TDocStd_Application) app;Handle(TDocStd_Document) myDocument;Handle(OpenGl_GraphicDriver) myGraphicDriver;Handle(V3d_Viewer) myViewer;Handle(AIS_InteractiveContext) myContext;Handle(V3d_View) myView;
};int APIENTRY wWinMain(_In_ HINSTANCE hInstance,_In_opt_ HINSTANCE hPrevInstance,_In_ LPWSTR    lpCmdLine,_In_ int       nCmdShow) {INITCOMMONCONTROLSEX icex;icex.dwSize = sizeof(INITCOMMONCONTROLSEX);icex.dwICC = ICC_BAR_CLASSES;InitCommonControlsEx(&icex);CADApplicationFramework app(hInstance);MSG msg;while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {TranslateMessage(&msg);DispatchMessage(&msg);}return (int)msg.wParam;
}

3.2 代码解析

文档类（CADDocument）
- 继承自 TDocStd_Document，用于存储 CAD 模型数据。
- AddShape 方法将形状添加到文档的数据框架中，并为其设置名称。
应用程序框架类（CADApplicationFramework）
- 构造函数中初始化应用程序，包括创建文档、图形驱动、视图和交互上下文。
- InitMainWindow 和 InitToolbar 方法分别初始化主窗口和工具栏，设置窗口过程函数以处理用户交互。
- Create3DView 方法创建 3D 视图并设置其显示参数。
- CreateBox、CreateSphere 和 CreateCone 方法用于创建基本几何体并将其显示在视图中。
- DeleteSelected 方法用于删除选中的图形对象。
窗口过程函数（MainWndProc）
- 处理窗口消息，如命令点击、窗口大小调整和销毁消息。
- 根据不同的命令 ID 调用相应的图形创建或操作方法。
主函数（wWinMain）
- 初始化公共控件，创建 CADApplicationFramework 实例，并进入消息循环。

四、应用程序架构建议

分层架构
- 数据层：负责数据的存储和管理，主要基于 TDF（Toolkit for Data Framework）。
- 业务逻辑层：包含应用程序的核心功能，如几何计算、数据处理等。
- 用户界面层：处理用户交互，展示图形和数据。
模块化设计
- 将不同的功能模块化，如图形创建、编辑、显示等，便于维护和扩展。
资源管理
- 使用资源文件管理用户界面元素，支持多语言和本地化。
命令模式
- 将用户操作封装为命令对象，支持撤销 / 重做功能。

五、常见问题及解决方案

图形显示问题
- 问题：图形显示不正确或不更新。
- 解决方案：确保在窗口大小调整后调用 MustBeResized 和 Redraw 方法；检查视图的背景色和显示模式设置。
文档保存和加载
- 问题：保存的文档无法正确加载。
- 解决方案：确保所有数据都正确提交到文档的数据框架；检查文件路径和权限。
命令执行失败
- 问题：执行命令时出现异常或未按预期工作。
- 解决方案：检查命令是否正确注册；确保所有依赖的对象（如文档、视图）已正确初始化。

六、进阶功能

多文档界面（MDI）
- 支持同时打开和编辑多个文档，实现文档间的切换和比较。
高级图形交互
- 实现复杂的交互操作，如拖拽、旋转、缩放等，提升用户体验。
插件系统
- 开发插件系统，允许第三方扩展应用程序的功能。
网络协作
- 实现多用户协同编辑功能，支持实时数据同步。

七、总结

Open CASCADE 的 ApplicationFramework 提供了一个强大的基础，用于构建功能丰富的 CAD 应用程序。通过合理利用其文档 - 视图架构、命令处理机制和资源管理功能，开发者可以高效地构建出满足不同需求的 CAD 软件。本文提供的示例代码展示了 ApplicationFramework 的基本使用方法，开发者可以在此基础上进一步扩展和优化，以实现更复杂的应用场景。

在实际开发中，建议深入研究 Open CASCADE 的官方文档和示例代码，结合具体需求进行定制化开发。同时，关注性能优化和用户体验，确保应用程序在各种硬件配置和使用场景下都能稳定运行。