在Python 中可以使用开源的三维库（例如 trimesh）来创建简单的管线模型，并将其导出为多种 3D 模型格式。本文为大家介绍如何使用 trimesh 创建圆直管并导出为 .obj 等通用三维格式模型。

pip安装trimesh

pip install trimesh

支持的文件格式

trimesh 支持多种文件格式的导出，包括：

• .obj（Wavefront OBJ） 

• .stl（Stereolithography） 

• .glb/.gltf（glTF 2.0） 

• .ply（Polygon File Format） 

• .off（Object File Format）

你可以使用以下代码列出所有支持的文件格式： 

import trimesh# 列出支持的文件格式
formats = trimesh.available_formats()
print("支持的导出格式:", formats)

 圆直管

下面的代码示例展示了如何用 trimesh 创建一个圆柱体模型，并导出为 .obj 文件：

import trimesh
创建圆柱体模型 半径为1 高度为2
cylinder = trimesh.creation.cylinder(radius=1.0, height=2.0)# 导出为 .obj 文件
output_path = "cylinder.obj"
cylinder.export(output_path)print(f"模型成功导出至 {output_path}")

        你可以使用 trimesh 库围绕一条指定的线（由线的两端点坐标确定）创建圆柱体。可以使用变换矩阵将基本几何体变换到你想要的位置和方向。下面是一个指定线的两个端点坐标并创建圆柱体的案例。 

创建围绕指定两点坐标的圆柱体

import trimesh
import numpy as npdef create_cylinder_along_line(point1, point2, radius=1.0):direction = np.array(point2) - np.array(point1)height = np.linalg.norm(direction)unit_direction = direction / heightz_axis = np.array([0, 0, 1])  # The cylinder is initially aligned with the z-axisaxis = np.cross(z_axis, unit_direction)angle = np.arccos(np.dot(z_axis, unit_direction))if np.linalg.norm(axis) == 0:rotation_matrix = np.eye(3)  # Identity matrix if vectors are parallelelse:axis = axis / np.linalg.norm(axis)K = np.array([[0, -axis[2], axis[1]],[axis[2], 0, -axis[0]],[-axis[1], axis[0], 0]])rotation_matrix = np.eye(3) + np.sin(angle) * K + (1 - np.cos(angle)) * np.dot(K, K)midpoint = (np.array(point1) + np.array(point2)) / 2translation_matrix = np.eye(4)translation_matrix[:3, 3] = midpointtransform = np.eye(4)transform[:3, :3] = rotation_matrixtransform = np.dot(translation_matrix, transform)cylinder = trimesh.creation.cylinder(radius=radius, height=height)cylinder.apply_transform(transform)return cylinder# 用法示例
point1 = [0, 0, 0]  # 管线起点坐标
point2 = [1, 20, 3]  # 管线终点坐标
radius = 0.5        # 管直径cylinder = create_cylinder_along_line(point1, point2, radius)
output_path = "cylinder_along_line.obj"
cylinder.export(output_path)print(f"模型导出至 {output_path}")

代码解释

1.方向向量计算：direction = np.array(point2) - np.array(point1)，计算由两个端点坐标定义的方向向量。

2.标准化方向向量：unit_direction = direction / height，得到标准化的方向向量。

3.计算旋转矩阵：通过方向向量和单位 z 轴之间的夹角计算旋转矩阵，将圆柱体从 z 轴方向旋转到目标方向。

4.平移矩阵：平移到两个端点的中点。

5.组合变换矩阵：旋转和平移矩阵组合，应用到圆柱体上。

可以为管线添加指定的颜色.

import trimesh# 创建圆柱体
cylinder = trimesh.creation.cylinder(radius=1.0, height=4.0)# 为网格的每个面指定颜色
cylinder.visual.face_colors = [255, 0, 0, 255]  # 红色，RGBA 格式# 导出
cylinder.export("colored_cylinder.obj")

此外，你还可以将模型导出成其他通用的三维格式.

# 导出为 .stl 文件
cylinder.export("cylinder_along_line.stl")
# 导出为 .gltf 文件
cylinder.export("cylinder_along_line.gltf")

方管

        下面的代码示例展示了如何用 trimesh根据直线的两点坐标实现方管建模，并导出为 .obj 文件：

import trimesh
import numpy as npdef create_rectangular_pipe_along_line(point1, point2, width=1.0, height=1.0):# 计算两点间的方向向量和长度direction = np.array(point2) - np.array(point1)length = np.linalg.norm(direction)# 计算单位方向向量unit_direction = direction / length# 创建基础方管box = trimesh.creation.box(extents=[width, height, length])# 计算旋转矩阵，将方管从 Z 轴方向旋转到目标方向z_axis = np.array([0, 0, 1])  # 方管初始方向为 Z 轴axis = np.cross(z_axis, unit_direction)angle = np.arccos(np.dot(z_axis, unit_direction))if np.linalg.norm(axis) == 0:rotation_matrix = np.eye(3)  # 如果方向相同或相反，则使用单位矩阵else:axis = axis / np.linalg.norm(axis)K = np.array([[0, -axis[2], axis[1]],[axis[2], 0, -axis[0]],[-axis[1], axis[0], 0]])rotation_matrix = np.eye(3) + np.sin(angle) * K + (1 - np.cos(angle)) * np.dot(K, K)# 创建旋转和平移矩阵translation_matrix = np.eye(4)translation_matrix[:3, 3] = (np.array(point1) + np.array(point2)) / 2  # 平移到两点的中间transform = np.eye(4)transform[:3, :3] = rotation_matrixtransform = np.dot(translation_matrix, transform)# 应用旋转和平移矩阵box.apply_transform(transform)return box# 示例：沿着一条线创建方管
point1 = [0, 0, 0]  # 线的起点
point2 = [20, 30, 1]  # 线的终点
width = 0.5         # 方管的宽度
height = 0.5        # 方管的高度rectangular_pipe = create_rectangular_pipe_along_line(point1, point2, width=width, height=height)
rectangular_pipe.export(r"E:\rectangular_pipe1.obj")

还可以添加赋色代码,为模型赋予颜色

box.visual.face_colors = (0, 255, 0, 255) # RGBA 绿色