第四章 几何建模基础：创建基本几何体与布尔运算

做杂散光分析，第一步是什么？

不是设置光源，也不是定义材料属性。是先把你的光学系统“画”出来。

我见过不少新手，一上来就急着跑仿真，结果模型建得歪歪扭扭，最后分析出来的数据根本没法用。说白了，几何建模是地基，地基不稳，楼盖得再高也得塌。

4.1 基本几何体的创建

TracePro里最常用的几何体就三种：球体、立方体、圆柱。别小看这三个，我做过一个复杂的卫星遮光罩系统，90%的结构都是用它们拼出来的。

4.1.1 球体（Sphere）

创建球体很简单。点击菜单栏的 Insert → Primitive Solid → Sphere，或者直接按快捷键 Ctrl+Shift+S。

弹出来的对话框里，你需要填两个参数：半径（Radius）和中心位置（Center）。我个人习惯把球心放在原点，这样后续做对称结构方便。

4.1.2 立方体（Block）

立方体在TracePro里叫Block。快捷键是 Ctrl+Shift+B。

参数设置上，你需要指定长、宽、高，以及一个角点的坐标。嗯，这里要注意：TracePro默认的立方体是轴对齐的，如果你需要旋转，得在创建后手动调整。

举个例子，我做一个简单的探测器阵列：

1. 插入一个Block，尺寸设为 10mm x 10mm x 1mm
2. 位置放在 (0, 0, 0)
3. 这就是一个像素单元
4. 后面用阵列复制，就能生成整个探测器面

4.1.3 圆柱（Cylinder）

圆柱的快捷键是 Ctrl+Shift+C。参数有半径、高度，还有轴向方向。

这里有个坑，我曾经踩过：圆柱的轴向默认是Z轴。如果你需要水平放置，记得在创建后把旋转角度改成90度。不然你明明想做个水平的光阑，结果它竖在那，怎么调都不对。

4.2 布尔运算：把简单几何体变成复杂结构

基本几何体就像乐高积木的单块。布尔运算就是把这些积木拼在一起、切掉多余的部分、或者只保留重叠的区域。

TracePro的布尔运算在 Tools → Boolean Operations 菜单下。有三种操作：

4.2.1 合并操作

选中两个物体，点击Union。它们就变成一个实体了。注意，合并后的物体表面会自动缝合，不会出现内部交界面。

我做一个遮光罩时，经常用圆柱和圆台合并。先建一个圆柱作为主体，再建一个圆台作为前端锥形，合并后就是一个完整的遮光罩结构。

4.2.2 相减操作

这个最常用。比如你要在镜筒上开一个通光孔：先建一个镜筒（圆柱），再建一个小圆柱放在开孔位置，然后用大圆柱减去小圆柱。

4.2.3 相交操作

相交用得少一些，但在某些特殊场景下很管用。比如你要创建一个透镜的毛坯，可以用一个球体和一个圆柱相交，只保留球体在圆柱范围内的部分。

4.3 导入外部CAD模型

实际工程中，很少从零开始在TracePro里建复杂模型。大部分时候，我们是从SolidWorks、Creo、CATIA等CAD软件里导进来的。

TracePro支持的格式主要有：

• STEP (.stp, .step) — 我最推荐的格式，通用性好，面片质量高
• IGES (.igs, .iges) — 老格式，偶尔会有面片丢失的问题
• SAT (.sat) — ACIS内核格式，TracePro原生支持，兼容性最好
• STL (.stl) — 网格格式，精度一般，适合快速预览

导入操作很简单：File → Import → 选择对应格式。

4.4 本章知识体系

下面这张图，是我自己总结的几何建模流程。你照着这个思路走，基本不会乱。

4.5 实战中的几点建议

最后，分享几个我这些年积累下来的习惯：

• 命名规范： 每个几何体创建后，马上在属性面板里改名字。别用默认的"Solid 1"、"Solid 2"。我习惯用"镜筒_主段"、"遮光罩_前锥"这种命名方式。不然模型一多，你根本分不清谁是谁。
• 保存中间版本： 布尔运算不可逆。做复杂操作前，先保存一个副本。我吃过这个亏，有一次布尔运算做错了，又没法撤销，只能从头再来。
• 单位统一： 导入CAD模型时，确认单位设置一致。TracePro默认是毫米，如果你的CAD模型用的是英寸，导入后尺寸会差25.4倍。这个错误我见过太多次了。

几何建模这块，说白了就是多练。你建得多了，自然就知道哪些特征该保留，哪些该简化。下一节我们开始讲材料属性定义，那是另一个容易踩坑的地方。