3D打印開源軟件Cura分析（1） 【轉】
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Cura是Ultimaker公司開發的3D打印開源軟件，在所有的3D打印開源軟件中應屬上乘之作，很有研究的價值。國內不少高校對其有深入研究，研究成果體現在其畢業論文之中。國內互聯網上也有很多文章對其代碼進行了剖析。
最近一段時間，讀了幾篇論文，分析了Cura的部分代碼，打算寫上若幹篇分析文章。這裏的視角與他人不一樣，並不具體講代碼，不拘泥於具體的切片算法，而是通過使用軟件與閱讀代碼後總結描述其軟件的設計與架構。
所分析的代碼是Cura最新的代碼，分析過程中直接同步GitHub上的代碼庫，發現軟件開發目前很活躍的，代碼提交比較頻繁，開發庫中的版本已經合並到3.4了。
本篇主要描述：
- Cura軟件使用的開發語言以及使用的第三方開源庫；
- 切片引擎CuraEngine程序的四種命令行參數調用接口；
- Cura軟件代碼總體評價。
Cura軟件簡介
Cura軟件實際上包含兩個軟件：Cura與CuraEngine。前者是圖形界面程序，後者是專用於切片的後臺程序，前者依賴於後者，在切片時將調用後者。
兩個軟件使用的編程語言與第三方庫
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Cura |
CuraEngine |
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| 開源庫網址 | https://github.com/Ultimaker/Cura | https://github.com/Ultimaker/CuraEngine |
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開發語言 |
Python，細致點說還有Qt的QML語言 |
C++ |
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第三方庫 |
PyQt，QtQuick，Protobuf，Arcus |
Protobuf，Arcus，clipper，rapidjson |
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圖形界面 |
使用的是QtQuick而不是傳統的QtWidgets，圖形界面很新潮 |
控制臺程序，無圖形界面 |
第三方庫的功用
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開源庫 |
說明 |
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Protobuf |
Google的開源庫，用於Cura與CuraEngine之間的結構數據序列化，簡單說就是保證兩個軟件之間可以互相傳遞結構化的數據。目前支持多種語言，這裏就使用了C++，Python |
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Arcus |
包含C++代碼與Python3的綁定，基於Protobuf庫在一個線程中創建一個socket，然後發送與接受結構化的消息數據 |
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PyQt，QtQuick |
Python語言下Qt庫的包裝，也就是可以使用Python語言訪問Qt相關庫了，Cura使用了QtQuick圖形界面庫 |
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rapidjson |
C++庫，用於解讀JSON格式的文件，CuraEngine使用它解讀打印機配置參數的JSON文件 |
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clipper |
C++庫，一個用於二維圖形裁剪與偏移等功能的算法庫，CuraEngine對模型上切出來的所有切片調用此庫進行二維圖形操作 |
在編譯CuraEngine軟件時也可不啟用Arcus與protobuf庫，這樣編譯出來的軟件將導致Cura無法調用它，而只能單獨使用。 CuraEngine軟件命令行接口
CuraEngine是一個控制臺程序，在cmd中運行CuraEngine help後，將打印其用法信息：
usage:
CuraEngine help
Show thishelp message
CuraEngine connect<host>[:<port>] [-j <settings.def.json>]
--connect<host>[:<port>]
Connect to<host> via a command socket,
instead ofpassing information via the command line
-j<settings.def.json>
Loadsettings.json file to register all settings and their defaults
-v
Increasethe verbose level (show log messages).
-m<thread_count>
Set thedesired number of threads. Supports only a single digit.
CuraEngine slice[-v] [-p] [-j <settings.json>] [-s<settingkey>=<value>] [-g] [-e<extruder_nr>] [-o<output.gcode>] [-l <model.stl>] [--next]
-v
Increasethe verbose level (show log messages).
-m<thread_count>
Set the desired number of threads.
-p
Logprogress information.
-j
Loadsettings.def.json file to register all settings and their defaults.
-s<setting>=<value>
Set asetting to a value for the last supplied object,
extruder train, or general settings.
-l<model_file>
Load an STLmodel.
-g
Switchsetting focus to the current mesh group only.
Used forone-at-a-time printing.
-e<extruder_nr>
Switchsetting focus to the extruder train with the given number.
--next
Generategcode for the previously supplied mesh group and append that to
the gcodeof further models for one-at-a-time printing.
-o<output_file>
Specify afile to which to write the generated gcode.
The settings are appended to the last supplied object:
CuraEngine slice [general settings]
-g [currentgroup settings]
-e0[extruder train 0 settings]
-lobj_inheriting_from_last_extruder_train.stl [object settings]
--next[next group settings]
... etc.
In order to load machine definitions from customlocations, you need to create the environment variable CURA_ENGINE_SEARCH_PATH,which should contain all search paths delimited by a (semi-)colon.
上面打印了三種命令行接口，實際上讀其源代碼發現有四種接口的，只是第四種適合於開發者使用。
下面羅列CuraEngine的四種命令行調用接口：
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參數 |
說明 |
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help |
第一種接口用法。打印上面的幫助信息。 |
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connect |
第二種接口用法。在Cura中執行切片功能時就是這種用法。典型的調用方式是：CuraEngine.exe connect 127.0.0.1:49674 -j “d:Program FilesUltimaker Cura 3.3resourcesdefinitionsfdmprinter.def.json” “” 註意上面並沒有傳遞stl文件之類的參數，模型數據是通過socket傳遞的，也即上面提到的Arcus與Protobuf庫提供的功能。-j指定打印機的json文件。 |
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slice |
第三種用法。不是通過Cura調用，直接傳遞stl模型文件等參數，進行切片操作。 CuraEngine slice[-v] [-p] [-j <settings.json>] [-s<settingkey>=<value>] [-g] [-e<extruder_nr>] [-o<output.gcode>] [-l <model.stl>] [--next] 這種方式的命令行參數比較多，具體的例子以後提供。這裏再提供一個通過閱讀代碼發現的一個用法：-v 可以打印出日誌信息，但不會打印調試信息，當你要更多的輸出日誌信息時，可以連寫兩個-v參數。 |
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analyse |
第四種用法，不看源代碼是不知道這個用法的，主要給開發者用。可以輸出打印機設置json文件中的信息。調用方法：CuraEngineanalyse[json][output.gv][engine_settings]-[p|i|e|w] p=showparent-childrelations i=show inheritance function e=show error functions w=show warning functions 示例：CuraEngine analyse /home/cubetan/code/fdmprinter.def.json /home/cubetan/code/output.gv -p -i -e -w 生成的output.gv文件可通過dot程序創建一個圖片文件，如dot output.gv > abc.png |
Cura軟件代碼總體評價
Cura軟件新版本根據 https://github.com/Ultimaker/Cura 中的描述：
This is the new, shiny frontend for Cura. Check daid/LegacyCurafor the legacy Cura that everyone knows and loves/hates. We re-worked the whole GUI code at Ultimaker, because the old code started to become unmaintainable.
Cura代碼做了全部重寫，以前用的是Python下的wxWidgets實現圖形界面，實在維護不下去了，只好重寫。現在用的是PyQt+QUICK實現，Cura的代碼可讀性不錯，註釋量偏少。閱讀此代碼如果不深究三維渲染，則需要對Python，Qt，QML，QUICK有一定基礎，否則還需要深入研究Uranium（https://github.com/Ultimaker/Uranium）。
CuraEngine為了追求切片效率，代碼是全部使用C++編寫，代碼可讀性很好，註釋較多，也能發現一些設計缺陷，以後會提到。在Windows下使用VC編譯器編譯不了，需要修改代碼，我是在Ubuntu系統下編譯的。CuraEngine是一個控制臺程序，代碼的主線邏輯非常簡單，從main函數入手，順著slice命令行調用模式的流程往下看，可很快了解代碼頂層的設計實現。
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