3.2 从 STEP 到零件 STL：cascadio 自动化导出

上下文回顾 ：3.1 我们理清了 STEP → GLB → STL → MJCF 的数据流。本节聚焦前半段------如何把 ElectronBot.step 里的几百个实体，自动拆成一个个独立的 STL 网格。
一个重要澄清 ：本节文件名沿用了老教程的「FreeCAD 命令行导出」，但当前仓库的实际做法并不依赖 FreeCAD 。项目已改用 cascadio + trimesh 的纯 Python 流水线（scripts/step_to_mjcf.py），一条命令跑完，无需打开 FreeCAD。assets/cad/ 里的 .FCStd / .FCMacro 是早期人工建模阶段的产物，仅作结构参考。

1. 为什么放弃手工 FreeCAD 导出？

✗ 手工 FreeCAD 导出 300+ 零件逐个手工导出坐标 / 命名难对齐脚本换图纸就要重来（不可复现） ✓ 全自动 cascadio + trimesh STEP 进 → 零件 STL 出中间零人工、可复现一条命令跑完图 3.2-1 手工 FreeCAD 导出 vs 全自动流水线：数量大、不可复现是根本矛盾。

早期方案是：在 FreeCAD 里打开工程 → 手动选中零件 → 一个个 Export STL。缺点很明显：

300+ 个零件手工导出不现实；
每个零件的坐标、命名难以和后续脚本对齐；
无法复现------换一版图纸就要重来一遍。

所以现在改成全自动：STEP 进，零件 STL 出，中间零人工。

2. 核心依赖：cascadio 与 trimesh

cascadio OpenCASCADE · STEP→GLB trimesh 读 GLB · 遍历场景图 numpy 坐标 / 变换矩阵图 3.2-2 三个核心依赖各司其职：三角化、场景图遍历、矩阵计算。

库	作用
`cascadio`	基于 OpenCASCADE 的 STEP → GLB 转换器，负责把 B-Rep 实体三角化
`trimesh`	读取 GLB，遍历其场景图（scene graph），逐节点导出网格
`numpy`	坐标 / 变换矩阵计算

安装（若未装）：

bash 复制代码

pip install cascadio trimesh numpy

3. 第一步：STEP → GLB

ElectronBot.step STEP 输入 cascadio.step_to_glb 三角化（仅首次） ElectronBot_scene.glb 缓存 + trimesh.load 产物 = 场景图：每个零件是一个带 4×4 变换矩阵的节点图 3.2-3 STEP 经 cascadio 三角化为 GLB 并缓存，trimesh 加载后得到带节点层级的场景图。

step_to_mjcf.py 首先调用 cascadio 把整份 STEP 转成一个 GLB，并缓存下来，避免每次重跑都做一次耗时的三角化：

python 复制代码

import cascadio, trimesh

glb_path = "assets/meshes/ElectronBot_scene.glb"
if not os.path.exists(glb_path):
    cascadio.step_to_glb(step_path, glb_path)   # 仅首次执行
scene = trimesh.load(glb_path)                  # 得到一个 trimesh.Scene

得到的 scene 是一个场景图：每个零件是图里的一个节点，节点上挂着该零件的三角网格，以及它相对父节点的 4×4 变换矩阵。这层「节点 + 变换」信息，正是后面重建关节树和摆正零件位置的关键。

4. 第二步：遍历场景图，逐件导出 STL

scene.graph 遍历每个几何节点 apply_transform 世界坐标网格平移到质心原点 -centroid step_*.stl (世界) 校验对齐 step_*_local.stl MJCF 引用图 3.2-4 遍历场景图 → 每个零件导出两份 STL（世界坐标用于校验、本地坐标供 MJCF 引用）。

脚本遍历 scene.graph 里的每个几何节点，把它作为独立零件导出：

python 复制代码

for node_name in scene.graph.nodes_geometry:
    transform, geom_name = scene.graph[node_name]   # 该节点的世界变换 + 几何名
    mesh = scene.geometry[geom_name].copy()
    mesh.apply_transform(transform)                 # 应用世界变换 → 世界坐标网格

    # 1) 世界坐标 STL（用于校验对齐）
    mesh.export(f"assets/meshes/step_parts/step_{safe_name}.stl")

    # 2) 记录质心，做坐标本地化（下一节详解）
    centroid = mesh.centroid
    mesh.apply_translation(-centroid)               # 平移到原点
    mesh.export(f"assets/meshes/step_parts/step_{safe_name}_local.stl")

每个零件因此产生两个 STL：

step_<name>.stl：保留在世界坐标里，用来肉眼核对整机装配对不对；
step_<name>_local.stl：把网格平移到自身质心原点，MJCF 里 <mesh> 引用的是这一批，零件的实际位置改由 <body pos="..."> 承载。

5. 导出结果

step_parts/ step_*.stl × 369（世界坐标） step_*local.stl × 349 （本地坐标，MJCF 引用）节点名形如 Open_CASCADE_STEP_translator... → 清洗后作文件名 / mesh name 图 3.2-5 导出目录结构与节点名清洗规则。

跑完后 assets/meshes/step_parts/ 里大约有：

复制代码

step_parts/
├── step_xxx.stl          × 369   （世界坐标）
├── step_xxx_local.stl    × 349   （本地坐标，MJCF 引用）
└── ...

STEP 里由 Open CASCADE 生成的节点名往往形如 Open_CASCADE_STEP_translator_6_8_54_1_1_，脚本会做字符清洗（非法字符替换成 _）后作为文件名和 <mesh name>。所以你在 XML 里会看到一堆这种长名字，属正常现象。

6. 本节小结

STEP cascadio GLB 缓存 trimesh 两份 STL / 零件世界(校验) + 本地(MJCF) 图 3.2-6 本节收束：cascadio 三角化 + trimesh 遍历，每个零件导出两份 STL。

实际流水线用 cascadio（STEP→GLB）+ trimesh（GLB→逐件 STL），不是 FreeCAD 命令行。
GLB 会被缓存到 assets/meshes/ElectronBot_scene.glb，二次运行秒开。
每个零件导出两份 STL：世界坐标（校验用）+ 本地坐标（_local，MJCF 引用）。
坐标本地化的动机是「网格归零、位置交给 body」，具体在 3.4 节展开。

本节涉及的资源文件

scripts/step_to_mjcf.py（export_parts / 场景图遍历部分）
assets/cad/ElectronBot.step（输入）
assets/meshes/ElectronBot_scene.glb（GLB 缓存）
assets/meshes/step_parts/*.stl（输出）

⬅️ 上一节：3.1 三类文件的定位｜ ➡️ 下一节：3.3 Mesh 方案选择：外部引用 vs Inline