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SolidDesigner

License C++ Kernel UI Platform

Open-Source-Plattform in Engineering-Qualität für parametrisches CAD und simulationsgetriebenes Design
Feature-basierte Modellierung • CAE-fähiges Datenmodell • Optimierungsorientierte Architektur

SolidDesigner Demo-Vorschau

Produkt-Demo-Vorschau

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Ziel: ein professionelles System, das Solid-/Flächenmodellierung, Baugruppen, Zeichnungserstellung, Strukturmechanik, CFD, Multiphysik und Optimierung unterstützt — so dass Simulationen das Design selbst treiben können.

Quick Links

Table of Contents

Vision & Scope

SolidDesigner soll eine Full-Stack-CAD/CAE-Plattform in Engineering-Qualität werden:

  • Parametric CAD: robuste Teile-/Baugruppenmodellierung, Skizzen/Constraints, historie-basierte Features und Zeichnungserstellung.
  • CAE: integrierte Solver und/oder Adapter für Strukturmechanik (FEA), Strömungsmechanik (CFD) und Multiphysik.
  • Optimization: Topologie-/Form-/Größenoptimierung, Verstärkung/Gewichtsreduktion und simulationsgetriebene Designschleifen.
  • AI Assistance: ein Engineering-„Copilot“ für Constraint-Inferenz, Feature-Intent-Erkennung, Design-Space-Exploration und Vorschläge zur Solver-Konfiguration.
  • Extensibility: modulare Architektur mit stabiler Plugin- und Scripting-API.

Status: aktive Entwicklung (Pre-Alpha). APIs und Dateiformate können sich ändern.

Product Overview

SolidDesigner (Marke: Breptera) ist eine Desktop-CAD-Anwendung mit Workbench-Ausrichtung, aufgebaut auf der wiederverwendbaren Alice-Plattform.

SolidDesigner Home Workbench

Ziele aus Nutzersicht

  • Workflow: Workbenches, Ribbon-Befehle, andockbare Panels und MDI-Viewports.
  • Parametric foundation: Feature-History-Baum, Skizzen/Constraints, Rebuild- & Regenerationspipeline (WIP).
  • Engineering-first: CAD-Datenmodell, ausgelegt zum Tragen von Materialien, Lasten/BCs, Netzsteuerungen und Analyseergebnissen (geplant).
  • Kernel-backed geometry: Standard-B-Rep und Visualisierung über OpenCascade (OCCT); Multi-Backend-Rendering wird auf Plattformebene unterstützt.

Der Screenshot oben zeigt die aktuelle UI-Richtung (Home Workbench + Discovery/Learning-Panel). Das genaue Layout ändert sich in der Pre-Alpha-Phase schnell.

What’s in the Box

  • Eine moderne C++17/20-Codebasis mit einem Foundation-Submodul („Alice“).
  • Eine darauf aufbauende Desktop-Anwendung („SolidDesigner“).
  • Eine saubere Trennung zwischen den Schichten Core / Data / Interaction / UI.
  • Frühe Implementierungen von Feature-Graph, parametrischen Constraints, Diagnostik/Logging und Plugin-Hosting.
  • Eine langfristige Planung für CAE-Solver (FEA/CFD) und Optimierung.

Project Layout & Architecture

Physical Structure

Physical Structure
    |
    |----- Alice  (submodule)
    |         |
    |         |---- Bootstrap
    |         |---- Core
    |         |---- Data
    |         |---- Interaction
    |         |---- UI
    |
    |----- SolidDesigner  (application)
              |
              |-- APP
              |-- DATA
              |-- Interaction
              |-- UI
              |-- Plugins

Layered Architecture (high‑level)

  • Alice/Core — Plattformprimitiven und Basis-Utilities (Speicher, Threading, Diagnostik, Mathematik, Einheiten, Geometrieabstraktionen).
  • Alice/Data — parametrisches Modell, Feature-/Operationsgraph, Constraint- & Bemaßungssystem, Dokument-/Session-Services.
  • Alice/Interaction — Auswahl/Picking, Manipulatoren, Command-Pipeline, Undo/Redo-Transaktionen, Interaktionsgraph.
  • Alice/UI — Qt-basierte (geplante) Shell, dockbare Bereiche, Property-Browser, Ribbon/Menüs/Shortcuts.
  • SolidDesigner/APP — die Produktebene: Anwendungslebenszyklus, Persistenz, Projekt/Workspace, Plugins, Scripting.
  • SolidDesigner/DATA/Interaction/UI — produktspezifische Erweiterungen über den Alice-Schichten.

Das Alice-Submodul ist bewusst wiederverwendbar und engine-artig ausgelegt; SolidDesigner komponiert daraus ein vollständiges Produkt.

Core Concepts

  • Feature Graph: Alle Modellierungsoperationen (Sketch, Extrude, Revolve, Fillet, Pattern, Boolean usw.) sind Knoten in einem gerichteten azyklischen Graphen mit Historie und Abhängigkeiten. Rebuilds propagieren deterministisch.
  • Constraint System: geometrische und dimensionale Constraints mit Solver-Backends (heute Skizzen-Constraints; 3D-Constraints geplant).
  • Parametric Design: benannte Parameter (Maße, Materialien, Randbedingungen) können sowohl Geometrie als auch Analyse treiben; unterstützt Ausdrücke und Einheiten.
  • Simulation‑Driven Design: Analysen bewerten Designkandidaten; Ergebnisse fließen in Parameter zurück (z. B. automatische Gewichtsreduktion bis Spannungsziele erfüllt sind).
  • Multi‑representation Geometry: Solid-/Surface-/B-Rep-Abstraktionen mit Toleranzen, Netzerzeugung für Analysen, CAD↔CAE-Konsistenz.
  • Transactions: Jeder Befehl läuft in einer Transaktion; vollständiges Undo/Redo; aussagekräftige Fehlermeldungen über die Diagnostik-Engine.

Capabilities

CAD (current/planned)

  • Skizzieren mit Constraints und Bemaßungen
  • Historienbasierte Modellierung: Extrude/Revolve/Sweep/Loft, Fillet/Chamfer, Shell, Pattern, Boolesche Operationen
  • Baugruppe: Mates/Constraints; Top-down-Kontext (WIP)
  • Zeichnung: Ansichten, Schnitte, Bemaßungen, GD&T (geplant)

CAE (current/planned)

  • Structural (FEA): lineare Statik, Modal; Materialbibliothek; Randbedingungen; Netzsteuerungen (schrittweise Erweiterung geplant)
  • CFD: inkompressible Strömungen (stationär/transient); Turbulenzmodelle; Randbedingungen (geplant)
  • Multiphysics: Thermo-Struktur, FSI (langfristig)

Optimization (planned)

  • Topologieoptimierung (SIMP/Level-Set)
  • Form-/Größenoptimierung; Constraints (Spannung, Verschiebung, Frequenz, Druckverlust usw.)
  • Design-Space-Exploration; Surrogatmodelle

AI Assistance (planned)

  • Constraint-/Feature-Intent-Inferenz aus Benutzeraktionen
  • Befehlsvervollständigung, Parametervorschläge
  • Empfehlungen für den Designraum, automatisches DOE
  • Vorschläge für Solver-Setup und Meshing abhängig vom Kontext

Detaillierten Fortschritt auf Elementebene finden Sie in Roadmap und JIRA.

Roadmap

Planung und Backlog werden in JIRA verfolgt:
https://hananiah.atlassian.net/jira/software/c/projects/AL/boards/3

Übergeordnete Meilensteine (Änderungen vorbehalten):

  1. P0 — Modeling Foundations: stabiler Feature-Graph, robuster Sketcher, Kern-Modellieroperationen, Transaktionssystem, Persistenz.
  2. P1 — Meshing & FEA MVP: Tet/Hex-Mesh-Pipeline; lineare Statik/Modal; grundlegendes Post-Processing.
  3. P2 — CFD MVP: Mesh- und Solver-Integration für inkompressible Strömungen; Druck-/Geschwindigkeits-/Temperaturfelder; Post-Processing.
  4. P3 — Optimization: SIMP-Topologieoptimierung; geschlossene Parameter-Updates; Constraint-Handling.
  5. P4 — AI Copilot v1: Constraint-Inferenz, Command-Vorschläge, Solver-Presets; Lernen aus Projekthistorie.

Detaillierte Designdokumente liegen in Confluence (Zugriff erforderlich). Eine öffentliche Teilmenge liegt im GitHub-Wiki.

Build & Run

Dieses Repo enthält One-Click-Build-Skripte, die einen Build-Baum unter ../SolidDesigner_Build/ erzeugen.

Prerequisites (current)

  • CMake ≥ 3.31
    • Windows: Das Repo bündelt CMake unter ToolChain/cmake (genutzt von AutoGenerateVsProject.bat)
    • Linux: Installieren Sie eine aktuelle Systemversion von CMake (oder verwenden Sie Ihre eigene Toolchain)
  • C++17 toolchain: MSVC v143 / GCC 11+ / Clang 15+
  • Qt 5.15.x mit den Modulen: Core, Gui, Widgets, Network, Quick, Qml
  • OpenCascade (OCCT) SDK für das OCCT-Viewer-Backend (siehe SDK-Layout unten)

Windows (Visual Studio 2022, x64)

  1. Mit Submodulen klonen:
git clone --recurse-submodules https://github.com/hananiahhsu/SolidDesigner.git
cd SolidDesigner
  1. Ausführen:
  • AutoGenerateVsProject.bat (erzeugt ../SolidDesigner_Build/SolidDesigner.sln und öffnet Visual Studio)
  1. Die Konfiguration Release|x64 in Visual Studio bauen und anschließend SolidDesigner starten.

Linux (Makefiles)

Ausführen:

./SolidDesignerForLinux.sh

Dieses Skript konfiguriert und baut mit Unix Makefiles und schreibt die Ausgabe nach ../SolidDesigner_Build/.

Hinweis: Das Skript übergibt derzeit -DCMAKE_GENERATOR_PLATFORM=x64. Das ist eine Visual-Studio-Option und kann unter Linux ignoriert werden. Falls Probleme auftreten, führen Sie CMake manuell aus (nächster Abschnitt).

Manual CMake (recommended when customizing toolchains)

cmake -S . -B ../SolidDesigner_Build -G "Ninja" -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build ../SolidDesigner_Build --parallel

Third‑party SDK layout (OCCT)

Das OCCT-Viewer-Backend erwartet, dass das OpenCascade-SDK hier exportiert ist:

Externals/3rdParty/sdk/<platform>/<Debug|Release>/occt

Standardwerte für <platform> (überschreibbar):

  • Windows: msvc2022-x64-md
  • Linux: linux-x64

Sie können dies aus CMake heraus überschreiben:

  • -DSD_3P_PLATFORM=...
  • -DSD_3P_CFG=Debug|Release
  • oder direkt -DOpenCASCADE_DIR=... auf den Ordner zeigen lassen, der OpenCASCADEConfig.cmake enthält.

Qt

Die UI-Targets verwenden derzeit Qt 5 (z. B. Qt5::Core, Qt5::Widgets, Qt5::Quick/Qml in CMake).
Unter Windows setzen einige Module einen Standard-CMAKE_PREFIX_PATH für Qt5.15.x; passen Sie ihn bei Bedarf an Ihre lokale Qt-Installation an.

Dependencies

Das Projekt ist modular: einige Bibliotheken sind im Baum vendored, andere werden als externe SDKs erwartet.

Open-source Stack & Licenses

Bibliothek Verwendungszweck Ort Lizenz (Upstream)
OpenCascade (OCCT) B-Rep-Kernel + OCCT-Viewer-Backend Alice/Core/Runtime/AliceRenderBackendOCCViewer LGPL‑2.1 mit OCCT exception (Upstream)
Qt 5 (Widgets/Quick/Qml) Desktop-UI (Ribbon, Panels, Dialoge) Designer/UI/*, Alice/UI/QFrameWork/* GPL/LGPL/commercial (Qt)
spdlog Logging-Backend Alice/Core/Foundation/AliceBasicTool/*SpdLog* MIT
fmt String-Formatierung Alice/Core/Foundation/AliceBasicTool/*Fmt* MIT
Open Sans UI-Schriftassets für das Ribbon Alice/UI/QFrameWork/AliceRibbon/OpenSans Apache‑2.0

Lizenzhinweis: SolidDesigner steht unter GPLv3, aber einige eingebettete/erforderliche Abhängigkeiten stehen unter LGPL/MIT/Apache. Beim Verteilen von Binärdateien müssen Sie die jeweiligen Upstream-Lizenzen einhalten (Pflichten zu dynamischem Linken, Hinweise, Quellverfügbarkeit usw.).

Optional / planned adapters (not required for a minimal build)

  • OGRE / OSG / VTK / Skylark-Render-Backends existieren als Plattformmodule (Alice/Core/Runtime/AliceRenderBackend*), können aber zusätzliche SDKs erfordern und befinden sich noch in Entwicklung.
  • Meshing / Solver (FEA/CFD/Optimierung) werden aktiv entworfen; Adapter werden schrittweise eingeführt.

Getting Started

Typischer Ziel-Workflow (Endzustand):

  1. Projekt anlegen und Standard-Einheiten/Toleranzen festlegen.
  2. Auf einer Ebene skizzieren; Constraints/Bemaßungen anwenden.
  3. Features erzeugen: Extrude, Revolve, Fillet, Shell, Pattern …
  4. Teile zusammenbauen; Mates/Constraints hinzufügen.
  5. Das Modell vernetzen (globale + lokale Steuerungen).
  6. Materialien und Randbedingungen definieren.
  7. FEA/CFD ausführen; Spannungen/Dehnungen, Modi und Strömungsfelder auswerten.
  8. Parameter aus Ergebnissen treiben (z. B. Dicke reduzieren, bis Spannung ≤ Zielwert).
  9. Als Projekt speichern und nach STEP/IGES oder Mesh-Formaten exportieren.

Plugin & Scripting

  • Plugin ABI: saubere C++-Schnittstellen für Geometrieoperationen, Meshing, Solver, Importe/Exporte und UI-Add-ins.
  • Isolation: stabiles Ownership-Modell und Cross-DLL-Sicherheit (die Foundation stellt Owning/Weak/Guard-Pointer-Utilities bereit).
  • Scripting (planned): Python-API zur Automatisierung der Modellierung, Einrichtung von Studien, Nachbearbeitung von Ergebnissen und Orchestrierung von Designschleifen.
  • AI hooks (planned): Registrierung benutzerdefinierter Design-Berater und ML-Modelle für Intent-Vorhersage und Optimierung.

Data & File Formats

Native project format (in progress)

Das native Format soll folgende Eigenschaften haben:

  • Structured: Metadaten + typisierte Payloads (Geometrie, Mesh, Ergebnisse, Thumbnails usw.)
  • Versioned: Schema-Versionierung mit expliziter Upgrade-Pipeline
  • Incremental-friendly: für partielles Reloading und künftige Cloud-/Workspace-Workflows ausgelegt
  • Stable-identity aware: Objekt-IDs überleben Save/Load, Copy/Paste und Upgrades

Das öffentliche Wiki wird die kanonische Spezifikation hosten, sobald das Format stabil ist.

Interoperability (planned / incremental)

  • CAD Interop: STEP/IGES-Import/Export (weitere Formate über Adapter)
  • Mesh/Results: Standard-Mesh-/Ergebnisformate für externe Solver/Post (VTK, MED usw., geplant)
  • Units: konsistentes Einheitensystem mit expliziten Metadaten; dimensionierte Parameter in Ausdrücken

Diagnostics, Logging & QA

  • Vereinheitlichte DiagnosticsEngine mit Schweregraden, Quellpositionen und austauschbaren Sinks (Konsole, Datei, UI-Panel).
  • Optionales spdlog-Backend für schnelles, thread-aware Logging.
  • Assertions und defensive Prüfungen über DLL-Grenzen hinweg.
  • Tests via CTest; Fixtures für Geometrie, Meshing und Solver-Korrektheit; reproduzierbare Fälle werden an JIRA angehängt.

Contributing

Beiträge sind willkommen.

  • Prüfen Sie JIRA-Epics/Tasks und das GitHub-Wiki für den Kontext.
  • Diskutieren Sie größere Vorschläge, bevor Sie eine PR öffnen.
  • Befolgen Sie den Code-Stil des Projekts (clang-format-Datei geplant) und fügen Sie Unit-Tests hinzu.
  • Halten Sie Commits klein und gut beschrieben; verlinken Sie nach Möglichkeit JIRA-Tickets.

Empfohlene erste Beiträge:

  • Build-Probleme auf einer bestimmten Plattform/einem bestimmten Compiler beheben
  • Fokussierte Tests hinzufügen (Geometrie, Persistenz, Constraint-Lösung)
  • Dokumentation ergänzen: Design-Notizen, Diagramme oder kurze „How it works“-Abschnitte

Repository-weite Contributor-Dokumente (geplant): CONTRIBUTING.md, CODE_OF_CONDUCT.md.

License

Dieses Repository ist unter GNU GPL v3.0 lizenziert. Den vollständigen Text finden Sie in LICENSE.

Hinweis: Drittanbieterbibliotheken können eigene Lizenzen haben; achten Sie auf Compliance beim Weiterverteilen von Binärdateien.

Acknowledgments

Dieses Projekt steht auf den Schultern von Giganten: OpenCascade, Eigen, fmt, spdlog, Qt und der breiteren Open-Source-Community.
Besonderer Dank gilt den Mitwirkenden und Forschenden in CAD/CAE/CFD/Optimierung.

FAQ

Gibt es eine Scripting-API?
Eine Python-API ist geplant. Frühe interne Vorarbeiten existieren bereits; die öffentliche API folgt.

Welcher Solver-Stack wird verwendet?
Frühe Inhouse-Solver werden derzeit prototypisch entwickelt. Adapter zu externen Solver-Stacks (z. B. Mesher/Post) sind geplant.

Benötigen KI-Funktionen Internetzugang?
Nein. Geplant ist die Unterstützung lokaler Offline-Inferenz mit optionalen Cloud-Integrationen.

Wo kann ich den Fortschritt verfolgen?
JIRA (Roadmap/Backlog) und das öffentliche GitHub-Wiki. Detaillierte Design-Dokumente liegen in Confluence (Zugriff erforderlich).