Как мне пришло в голову сделать российский аналог Fusion 360 и Tinkercad и что у меня получилось за полгода
Приветствую сообщество! Почему-то в последние пару лет я упорно не замечал, что Autodesk ушел из России (шутка), но постоянно обновлял свой любимый Fusion 360 через боль и страдания. Параллельно со мной страдали некоторые мои товарищи, практически все мои обучающиеся, да и думаю много кто ещё. Дополнительной проблемой стал перевод пары учебных аудитории на Ubuntu, а Fusion 360 существует исключительно для Windows, и костыли через wine работают криво. Единственная бюджетная (бесплатная) альтернатива, это FreeCAD, но интерфейс у него не самый дружелюбный, особенно для школьников.
Идея появилась совершенно случайно, за разговором с коллегами. А почему бы не написать простенький 3D-редактор для моделирования под 3D-печать. С простым интерфейсом и работой прямо в браузере. Целился я в нечто среднее между Tinkercad и Fusion360. Так появился КонтрCAD.
Главная цель была в формировании правильной инженерной логики и понимания принципов работы операций в САПР.
Изначально планировалось, что дети впоследствии перешли бы на более продвинутый САПР (например, Компас). Но в итоге получилось, что можно работать в моём редакторе с начальных и до старших классов.
Вводные были следующие:
Простой интерфейс, интуитивно понятный (насколько это возможно) даже ребёнку.
Библиотека примитивов, чтобы младшим было полегче осваиваться.
Чертеж (желательно похожий на fusion) и базовые САПР-инструменты (выдавливание, вращение, выдавливание по траектории).
И все это максимально доступное, желательно вообще без установки.
А главное - работа на клиенте, дабы ограничить нагрузку на сеть и сервер (изначально у проекта сервера вообще не было).
Естественным выбором в этом случае стало js-приложение.
Проект прошел несколько ключевых этапов
1. Простой редактор с кучей багов.
2. Переписывание всей логики на параметрическую, написано параметрическое ядро. Хранение проектов сделано в виде списка операций с параметрами (с возможностью удалить, редактировать, или добавить операцию).
3. Опять переписывание всего редактора полностью с целью перехода на ES6 модульную архитектуру.
4. Переписывание чертежа полностью для перехода на сущности (линия, окружность, дуга и т.д.), внедрения параметризации, системы ограничений и вариационного решателя.
5. Реализация серверной части (API и сайта). Предыдущие пункты были в том числе подготовительные, поэтому редактор был практически готов к этому.
Стек технологий
На js не очень много библиотек для работы с графикой, наиболее популярная на данный момент three.js. Эта библиотека используется для всей визуализации, а также импорта и экспорта.
Сначала я пробовал работать с геометрией тоже через three.js, но у нее не самые надёжные алгоритмы, и реализация геометрических методов достаточно простая.
Поэтому я перешёл на manifold-3d. Эта супер-библиотека гарантирует манифолдный (водонепроницаемый) результат, имеет продвинутые геометрические функции и очень быстро работает. Это wasm сборка очень популярной библиотеки manifold, написанной на c++, благодаря этому она и намного быстрее. Она отвечает за бинарные операции, а также Extrude и Revolve. Многие другие алгоритмы пришлось реализовывать своими силами.
Ну про разработку я много где писал, про техническую часть выходят статьи на Хабре (сейчас немного его забросил, но новые статьи обязательно будут, и не одна).
Теперь давайте проведу обзор того что получилось
Окно редактора на первый взгляд напоминает Tinkercad, но пусть вас это не вводит в заблуждение.
Сверху панель инструментов с расставленными по группам кнопками:
1. Файловые операции.
2. Назад/вперёд (операции истории).
3. Операции создания.
4. Операций модификации.
5. Инспектирование.
Справа расположено меню с 4 вкладками:
1. Библиотека.
2. Свойства.
3. Список объектов на сцене.
4. История.
Любую вкладку можно закрепить по умолчанию. Соответственно, если вам не нравится детский вид библиотеки, можно просто закрепить список объектов.
Управление
Общего гизмо для перемещения, поворота и масштабирования намеренно нет, как раз для формировании правильной инженерной логики. Чтобы обучающийся понимал, что для разных операций требуются разные инструменты.
Также в этих инструментах есть дополнительные настройки.
Но перемещать объекты можно и указателем, правда не все. Для перемещения доступны все 3D-объекты, кроме плоскостей (чертёж и рабочая плоскость). Это сделано для защиты от случайных перемещений.
Но если нужно, плоскости тоже можно переместить, достаточно включить инструмент "Перемещение".
Бинарные операции
Логику TinkerCAD с объектами-отверстиями я намеренно не стал делать. Во-первых, она мне просто не нравится, а во-вторых, я не люблю бездумно что-то копировать. На мой взгляд она в принципе нарушает логику построения модели через операции. Ни в одном взрослом САПР вы такого не найдете, и ребенку при переходе на них приходится менять логику мышления. А не лучше ли сразу учить правильно?
Поэтому бинарные операции как во взрослых САПР разделены.
Для каждой операции есть предпросмотр. Управление максимально простое - на клавиши мыши.
А если надо как-то изменить операцию, с этим отлично справляется параметрическая история.
Как я уже сказал, проект - это просто список операций с параметрами, а при запуске проекта модель заново строится по этому списку. Можно без труда добавить или удалить операцию из любого места истории. Модель автоматически перестоится. Многие операции поддерживают редактирование параметров. Да можно даже открыть файл проекта в блокноте и отредактировать.
LLM с таким форматом тоже хорошо дружат, поэтому в будущем с высокой долей вероятности появится и генерирование деталей.
Дабы перемещение по истории не тормозило, в версии 0.9.63 я наконец добавил кэшировние операций.
Список проектов и файловые операции
Проекты можно сохранять в файлы, открывать из файла, импортировать из файла в текущий проект. Ограничений нет.
А также можно хранить проекты непосредственно в самом редакторе при помощи хранилища проектов.
Хранилище может хранить проекты локально на компьютере (в IndexsedDB) и в облаке.
Локально даже у неавторизованных пользователей есть возможность хранить до десяти проектов.
Для хранения в облаке требуется аккаунт и достаточный уровень доступа (к сожалению, на данный момент дать всем место для хранения я не могу себе позволить. Пока облако доступно лишь спонсорам).
Для импорта доступны stl и obj. Экспорт 3D-моделей доступен в кучу форматов.
Чертежи тоже можно импортировать и экспортировать. Доступны форматы svg и dxf.
Чертеж
Если бы не было чертежа, я бы не называл этот редактор САПРом :)
Вот как выглядит чертеж сейчас (версия 0.9.65)
Чертеж появился в самой первой версии. Изначально чертеж был простой чертилкой, даже размеров не было. Главная проблема была в сущностях (точнее в их отсутствии ). Фигуры рисовались сразу готовые, а не из набора примитивов.
И вот как было ранее (версия 0.8.0)
Постепенно я пришел к выводу, что в таком виде он не перспективен, и нужно все переделывать (хоть и не хотелось). На js я подходящей реализации чертежа не нашел (хотя и не то чтобы очень активно искал), поэтому решил написать геометрическое ядро, вариационный решатель и систему ограничений самостоятельно.
После этого чертеж стал параметрическим, при изменении какого-либо параметра (размера, угла и т.д.) пересчитывается и все остальное, как и в большинстве САПР. Большинство ограничений устанавливаются автоматически. Размерные ограничения ставятся аналогично Fusion 360 (при вводе значения во всплывающее поле).
Как раз после этого обновления я и начал называть свой редактор САПР, по моему мнению ранее он до такого звания не дотягивал, хотя был уже на несколько голов мощнее TinkerCAD.
В итоге получился вполне стандартный для САПР режим чертежа, даже наверное интуитивно понятнее и удобнее, чем у других.
Появилось большинство стандартных инструментов:
Множество фигур;
Линейный (скорее квадратный) и круговой массивы;
Отступ;
Ножницы;
Скругление;
И множество геометрических ограничений.
Если нужно, можно чертить и с 3D-видом. И даже с перспективной камерой.
Классические операции
Чертеж, какой бы он крутой не был, не имеет смысла без дальнейших операций. В КонтрCAD есть классические: выдавливание (Extrude), вращение (Revolve) и недавно появилось выдавливание по траектории (Sweep). Скоро появится Loft.
Все эти инструменты позволяют выбрать, какую область чертежа вы хотите использовать. При черчении эти области заливаются разными цветами, а при наведении указателем, со включенным инструментом, подсвечиваются.
Можно выбрать любые области на чертеже.
Выдавливание позволят выдавить выделенные области чертежа в выбранном направлении (наружу, внутрь или в обе стороны). Можно применить сразу операцию объединения и вычитания. Также можно выдавливать грани объектов, тогда сразу включается операция "Объединение".
Помимо этого, выдавливание поддерживает скручивание и задание конусности.
Выдавливание по траектории позволяет тоже выдавить выделенные области чертежа, но уже не просто в какую-то сторону, а по заданной траектории. Траекторию нужно тоже нарисовать на чертеже.
Это очень мощный инструмент, который способен заменить вращение и обычное выдавливание.
Вращение поворачивает выделенные области чертежа вокруг заданной оси. В основном используется для создания круглых объектов.
Облачная часть
У меня изначально была идея сделать не просто редактор, а полноценную облачную платформу с хранением проектов в облаке, работой в группах и прочими плюшками. Немного доработав чертеж, я перешел к этой задаче. Изначально запустил сервис КонтрCAD Cloude.
Но потом выкупил домен kontrcad.ru, и решил его уже переделать в полноценный сайт проекта.
Естественно, помимо описанного есть множество других инструментов. Есть 3D и 2D текст с загрузкой собственных шрифтов, загрузка изображений, генераторы шестерней и резьбы (генератор резьбы, на мой взгляд, вообще один из самых продвинутых, он её еще и нарезать умеет), 3D-текстурирование (про него была прошлая статья). Все в один пост не вместить.
Попробовать можно online, без регистрации и совершенно бесплатно: https://www.kontrcad.ru/
Новости об обновлениях в основном выходят в Telegram и ВК. Краткий список всех обновлений и планов на будущее есть в дорожной карте.
Поддержать разработку можно на boosty и ВК. Спонсоры проекта сейчас первыми получают ключ доступа к облачным функциям.
Буду благодарен за медийную поддержку, обратную связь, сообщения об ошибках и предложения по развитию :)
