CAD 文件是 CAD 軟件的輸出，包含有關設計對象的關鍵信息：其幾何和拓撲表示、3D 模型層次結構、元數據和視覺屬性，具體取決于文件格式。
多年來，已經積累了很多關于 CAD 文件是什麼樣的、它們的特點是什麼以及其中一些文件效率高和低效率高的知識。
什麼是 CAD 文件？
V型雙引擎的CAD模型
CAD（計算機輔助設計）文件是 CAD 軟件的輸出，包含有關設計對象的信息。它可能由 2D 或 3D 數據組成，供設計師、工程師、制造商、科學家和數字藝術家使用。
CAD 文件的定義特征是其格式。有中性、本機和“内核”CAD 文件格式。
中性文件格式，如STEP和IGES，被制定為大多數 CAD 建模平台可讀的行業标準。這些格式的規範是公開可用的，并由公司或财團維護。例如，IGES 是由國家标準局開發的，而 STEP 是CAX IF的産品。
原生格式，例如SOLIDWORKS、CATIA和DWG，由主要 CAD 供應商生産。為了将它們導入到第 3 方 CAD 工具中，需要進行轉換。
内核格式源自流行的幾何建模内核，最常見的是ACIS和Parasolid。CAD 建模内核是建模軟件的一個組件，定義了它如何以數學方式描述形狀。内核格式最适合構建在相應内核之上的軟件。
直升機主齒輪箱CAD模型
幾何表示在 CAD 文件中表示 3D 數據的兩種最常見方式是網格和 B-Rep，也稱為多邊形和邊界表示。B-Rep 體是通過一組精确的幾何實體和拓撲實體定義的。另一方面，網格模型是 B-Rep 的孿生模型，所有精确邊界都被一組近似的小平面替換。早些時候，我們發表了一篇博客文章，描述了将多邊形格式轉換為 B-Rep 的特殊性。
用法幾何實體是未來可視化的框架。它存儲有關零件尺寸和幾何屬性的信息：體積、表面積、質心。
特定格式的支持CAD 文件格式的幾何表示範圍有所不同：IGES 支持 B-Reps、STL和VRML - 多邊形，而JT可能包含兩者。
拓撲拓撲隻是 B-Rep 表示的一個因素。拓撲形狀包括實體（實體、薄片、線框、橡子）和元素（殼、面、邊等）。
用法幾何定義了身體形式，拓撲定義了底層幾何的修剪并存儲連接信息。良好的拓撲允許可預測的修改和動畫，并且内存占用更少。
特定格式的支持根據 CAD 格式，可以有不同類型的拓撲實體及其表示的不同要求。CAD模型常見的拓撲數據結構源于這樣一個事實，即每條邊都連接到幾個面，這保證了面的連通性，是形成實體的先決條件。但規則總是有例外的。例如，在 IGES 中沒有像 Edge 這樣的實體。相反，有一個 Edge List 在轉換時不提供 Faces 連接。CAD 拓撲多樣性的另一個例子是，雖然在 STEP 中外邊界是強制性的并且有自己的實體 (FACE_OUTER_BOUND)，但另一種格式可能沒有這樣的要求，例如 Parasolid。
産品結構産品結構是稱為零件的單個對象和稱為組件的互連對象組的層次結構。
用法在基本層面上，由于産品結構信息，在大多數 CAD 軟件包的屏幕左側都有一個可折疊的樹狀視圖。我們可以展開樹或其組，勾選複選框以隐藏或顯示模型元素，複制整個組件，探索零件的相互關系。
特定格式的支持零件、裝配體及其層次結構可以通過以下兩種方式之一進行描述：在整個模型的單個文件中（IGES、Parasolid-XT、ACIS-SAT），或在一組文件中，每個零件和裝配體一個（ SOLIDWORKS、CATIA、PTC Creo、西門子 NX）。
元數據除了幾何、地形和結構，CAD 文件還包含元數據。它包括對象名稱和 ID、用戶定義的屬性、層、産品和制造信息 (PMI)、驗證屬性。
用法與前面提到的所有屬性不同，元數據傳達了模型的通用性較低的特征：特定于其未來用途、應用行業、進一步處理步驟等。它可以是創建日期、材料密度、尺寸公差或任何其他任意屬性。
特定格式的支持傳輸這些類型數據的能力因格式而異：STL 是最缺乏任何元數據的格式，VRML 有廣泛的支持，但不能包含層和 PMI，而 STEP 和 JT 支持所有上述數據。
視覺屬性表示CAD 文件還可以定義諸如顔色、材料、紋理、線型和光源等視覺屬性。這些特征可以附加到 B-Rep 和網格元素。
用法如果顯示模型至少與處理模型同等重要，則有必要考慮視覺屬性。這些屬性不僅可以改善 CAD 模型的外觀，還可以使其結構和功能更加清晰。
特定格式的支持CAD 格式的不同不僅在于特定屬性的可用性，還在于它的支持方式。例如，顔色可以通過 RGB 元組指定或從基本選項的預定義列表中選擇。
最常見的 CAD 文件格式和擴展名
渦輪泵的CAD模型.
CAD 數據在客戶、承包商和投資者之間從一個部門傳輸到另一個部門。所有這些利益相關者根據他們的角色（編輯/審閱者）、細分市場（工程/制造/銷售）或他們的公司規模和預算使用不同的軟件。如果 CAD 文件交換導緻數據丢失或需要資源密集型驗證以進行進一步處理，則可能對整個産品生命周期産生負面影響。這就是為什麼必須使用在現有軟件包之間更具互操作性的最佳 CAD 格式的原因。以下是最常見的擴展及其優缺點的簡短概述。
1. IGES 文件格式IGES（初始圖形交換規範）是在各種 CAD 平台之間制定互操作性規範的首批嘗試之一。現在它是應用最廣泛的中性 CAD 格式之一，并得到Autocad、CATIA、Creo、Siemens NX 和其他 CAD 建模軟件的支持。
STEP（産品模型數據交換标準）是争取 CAD 互操作性的下一步。為關鍵行業用例定義數據交換标準 STEP 由數十個 AP（應用協議）組成，包括用于機械零件和組件 3D 設計的 AP 203、用于汽車機械設計的 AP 2014 以及用于基于模型的包羅萬象的 AP 242一般的 3D 工程。這些 AP 及其組合有助于涵蓋設計、制造和産品生命周期的所有主要方面，這使得 STEP 始終是 CAx 和 PDM/EDM 系統之間交換的首選選項。
ACIS-SAT 是 ACIS 幾何建模内核的原生格式，是兩種最流行的内核格式之一。該内核支持衆多 CAD、CAM、CAE 和 3D 動畫平台，主要是 Autodesk 應用程序，為 ACIS-SAT 的廣泛應用鋪平了道路。該格式支持兩種擴展：SAT（标準 ACIS 文本），它是人類可讀的，允許手動調整模型内容；SAB（标準 ACIS 二進制），它更緊湊，更安全，不會出現舍入錯誤。
Parasolid-XT 是另一種屬于建模内核的持久格式。同名内核是諸如 SolidWorks、Ansys、Solid Edge、Siemens NX、OnShape 等建模工具的基礎。就像 ACIS 一樣，Parasolid 格式有兩個關鍵擴展：基于文本的 .x_t（雖然不像 ACIS-SAT 那樣可讀和可編輯）和基于二進制的 .x_b。
JT（以其祖先 DirectModel 工具包的原始名稱命名的 Jupiter Tessellation）是 Siemens PLM 生态系統中的标準協作格式。由于它是為支持複雜裝配體的可視化而開發的，因此 JT 可以存儲從各種 CAD 系統導出的大量組件。網格數據是該格式的強大套件，它允許根據可視化比例加載各種 LOD。
顧名思義，STL（立體光刻）是一種最初用于 3D 打印目的的文件格式。如今，它廣泛用于 3D 打印、激光掃描、快速原型制作和 CAM 工作流程。但大多數通用 CAD 軟件包也支持 STL。STL 文件僅定義表面幾何形狀，其結構由三角形平面列表表示。有文本和更常見的二進制擴展。
VRML（Virtual Reality Modeling Language，最初是 Virtual Reality Markup Language）是第一種專為在網絡上顯示 3D 場景而定制的 3D 格式。它使網站訪問者能夠與虛拟對象進行交互，廣泛用于電子商務、教育和設計項目協作。VRML 最常見的形式是純文本文件，但也有 gzip 壓縮的擴展名。許多 3D 建模程序可以以 VRML 格式保存對象和場景。
X3D（Extensible 3D）在基于Web的3D圖形領域成為VRML的繼任者。它與 VRML 的不同之處在于支持着色器、地理位置、動畫、場景相關數據、表面幾何體的 NURBS 編碼以及其他附加功能。X3D 具有基于 XML 的擴展、VRML 編碼和二進制編碼。
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