RustでCADするライブラリ作ったよ — OpenCASCADEバインディング「cadrum」

3D CADの世界ではPythonが強いですよね。CadQueryやbuild123dでパラメトリックモデリングを書いている方も多いと思います。でも、Rustで同じことができたらどうでしょう？ 型安全、高速、シングルバイナリ配布、WebAssemblyへのコンパイル——こうしたRustの恩恵をCADにも持ち込めるとしたら、かなり嬉しくないですか。

cadrum は、産業用CADカーネル OpenCASCADE（OCCT 7.9.3）のミニマルなRustバインディングです。STEP/BRepの読み書き、ブーリアン演算、メッシュ生成、色付きSTEP I/O、SVGエクスポートをRustの型安全なAPIで提供します。

• 色付きSVGエクスポートの例

もともとは KatachiForm というサービスのために作ったライブラリです。KatachiFormはSTEPファイルから「寸法変更・即時見積もり・3Dプレビュー付きの発注フォーム」を自動生成するサービスで、そのバックエンドでCADデータのパラメトリック変形やメッシュ化を行うためにcadrumが必要でした。サービス固有のコードを切り離して汎用ライブラリとして公開したものがこのcrateです。

cadrumが動いている様子は以下で体験できます

30秒で動かす

# Cargo.toml
[dependencies]
cadrum = "^0.4"

use cadrum::{Color, Shape, Solid};
use glam::DVec3;

fn main() {
    let example_name = std::path::Path::new(file!()).file_stem().unwrap().to_str().unwrap();

    let box_ = Solid::box_from_corners(DVec3::ZERO, DVec3::new(10.0, 20.0, 30.0))
        .color_paint(Some(Color::from_hex("#4a90d9").unwrap()));
    let cylinder = Solid::cylinder(DVec3::new(30.0, 0.0, 0.0), 8.0, DVec3::Z, 30.0)
        .color_paint(Some(Color::from_hex("#e67e22").unwrap()));
    let sphere = Solid::sphere(DVec3::new(60.0, 0.0, 15.0), 8.0)
        .color_paint(Some(Color::from_hex("#2ecc71").unwrap()));
    let cone = Solid::cone(DVec3::new(90.0, 0.0, 0.0), DVec3::Z, 8.0, 0.0, 30.0)
        .color_paint(Some(Color::from_hex("#e74c3c").unwrap()));
    let torus = Solid::torus(DVec3::new(130.0, 0.0, 15.0), DVec3::Z, 12.0, 4.0)
        .color_paint(Some(Color::from_hex("#9b59b6").unwrap()));

    let shapes = vec![box_, cylinder, sphere, cone, torus];

    let mut f = std::fs::File::create(format!("{example_name}.step")).expect("failed to create file");
    cadrum::write_step_with_colors(&shapes, &mut f).expect("failed to write STEP");

    let svg = shapes.to_svg(DVec3::new(1.0, 1.0, 1.0), 0.5).expect("failed to export SVG");
    std::fs::write(format!("{example_name}.svg"), svg.as_bytes()).expect("failed to write SVG");
}

cargo run --example 01_primitives で STEP と SVG が出力されます。OCCT 7.9.3 のソースを自動ダウンロード・ビルドしてくれるので、事前インストールは不要です。C++17コンパイラとCMakeさえあれば大丈夫です。

主な機能

機能	API例
プリミティブ生成	Solid::box_from_corners(), Solid::cylinder()
ブーリアン演算	Boolean::union(), subtract(), intersect()
変換	.translate(), .rotate(), .mirrored(), .scaled()
回転体・スイープ	Face::revolve(), Face::helix()
STEP I/O	read_step(), write_step()
色付きSTEP (XDE)	write_step_with_colors(), read_step_with_colors()
BRep I/O	read_brep_bin(), write_brep_bin()
メッシュ化	Solid::mesh()
SVGエクスポート	.to_svg() (HLR隠線処理付き)
面の色塗り	.color_paint(Some(Color::from_hex("#ff0").unwrap()))
トポロジ走査	.faces(), .edges()

他のライブラリとの位置づけ

Rustで3D CADをやろうとすると、いくつかの選択肢があります。それぞれの立ち位置を整理してみます。

一つ先に言っておくと、色付きSTEP I/O（XDE）に対応しているRustライブラリはcadrumだけです。Python勢（CadQuery, build123d）はAssembly経由で色付きSTEPを扱えますが、Rust側ではopencascade-rsもtruckも対応していません。面ごとに色を塗ってSTEPで書き出せるのは、地味だけど実用上かなり大きいです。

CadQuery / build123d（Python）

PythonでOpenCASCADEを叩くライブラリです。エコシステムが成熟していて、Jupyter上でインタラクティブに使えるのが強みですよね。一方で、大規模な自動設計パイプラインではPythonの速度やバイナリ配布の難しさがネックになることがあります。cadrumはRustの強みを活かして、CLIツールやサーバーサイドでの自動設計に向いています。CadQueryユーザーがRustに移行する際の受け皿になれたらいいなと思っています。

opencascade-rs

同じくOCCTのRustバインディングです。autocxxで自動生成したローレベルなAPIを提供していて、OCCTのAPIをほぼそのまま使えます。その代わり、C++のAPIがそのまま見えるので、Rustらしく書こうとすると結構つらいです。cadrumは逆のアプローチで、SolidにCloneを実装したり、ShapeトレイトでVec<Solid>にメソッドを生やしたり、OCCTの複雑さをRustの型システムで整理しています。「SolidとBooleanだけ知っていれば使える」くらいのミニマルさを目指しています。カバー範囲は狭いですが、敷居は低いです。

truck

純Rustで書かれたB-Repカーネルです。OCCT非依存なのが最大の強みです。ただ、OCCTの数十年分の堅牢なブーリアン演算やSTEP I/Oの蓄積には及ばない部分もあります。cadrumはOCCTの信頼性をRustから使えるようにする橋渡し的な存在です。

	cadrum	opencascade-rs	truck	CadQuery
言語	Rust	Rust	Rust	Python
CADカーネル	OCCT 7.9.3	OCCT	独自	OCCT
APIの方針	ミニマル・高レベル	ローレベル・網羅的	純Rust	Pythonic
STEP I/O	○	○	△	○
色付きSTEP	○	× (XDE未公開)	×	○ (Assembly経由)
ビルド	自動（OCCT_ROOT で永続化可）	要OCCT	依存なし	conda推奨

feature構成

feature	説明
color（デフォルト）	XDE経由の色付きSTEP I/O

OCCTのビルドはfeatureではなく環境変数で制御します。OCCT_ROOT を設定すると、そこにビルド済みバイナリがあればリンクのみ、なければそこにビルドします。未設定の場合は target/occt/ にビルドします。

# ビルド済みOCCTを再利用する場合（cargo clean後も保持される）
export OCCT_ROOT=~/occt
cargo build

改名の話：chijin → cadrum と太鼓の example

自分はOSSの名前をなるべく楽器の名前から取るようにしていて、OpenAPIからRustのサーバー/クライアントコードを生成する mandolin （弦楽器のマンドリン）や、Rustのリバースプロキシ rebab（中東の弦楽器）なんかもそうです。今回も奄美大島の太鼓「チヂン」から chijin と名付けていたのですが、もっと広く使ってもらうにはCADライブラリだと伝わる名前がいいなと思い、cadrum（CAD + drum）に改名しました。

チヂン太鼓をcadrumで作る

せっかくなので、名前の由来になった太鼓をcadrumで作ってみましょう。円柱のボディ、回転体のリム、20個の締め木、穴あけ——ブーリアン演算と色塗りのフルコースです。

use cadrum::{Boolean, Color, Face, Shape, Solid};
use glam::DVec3;
use std::f64::consts::PI;

pub fn chijin() -> Solid {
    // ── 胴体: 半径15、高さ8の円柱（z=-4..+4） ───────────────────────────
    let cylinder: Solid =
        Solid::cylinder(DVec3::new(0.0, 0.0, -4.0), 15.0, DVec3::Z, 8.0)
            .color_paint(Some(Color::from_hex("#999").unwrap()));

    // ── リム: x=0 平面の断面ポリゴンをZ軸周りに360°回転
    // 外径17、z=3..5 のリング形状。z=0 で鏡像コピーして上下に配置。
    let cross_section = Face::from_polygon(&[
        DVec3::new(0.0, 0.0, 5.0),
        DVec3::new(0.0, 15.0, 5.0),
        DVec3::new(0.0, 17.0, 3.0),
        DVec3::new(0.0, 15.0, 4.0),
        DVec3::new(0.0, 0.0, 4.0),
        DVec3::new(0.0, 0.0, 5.0),
    ])
    .unwrap();
    let sheet = cross_section
        .revolve(DVec3::ZERO, DVec3::Z, 2.0 * PI)
        .unwrap()
        .color_paint(Some(Color::from_hex("#fff").unwrap()));
    let sheets = [sheet.mirrored(DVec3::ZERO, DVec3::Z), sheet];

    // ── 締め木: 2x8x1、Z軸周りに60°回転、y=15 に配置 ──────────────────
    let block_proto = Solid::box_from_corners(DVec3::new(-1.0, -4.0, -0.5), DVec3::new(1.0, 4.0, 0.5))
        .rotate(DVec3::ZERO, DVec3::Z, 60.0_f64.to_radians())
        .translate(DVec3::new(0.0, 15.0, 0.0));

    // ── 締め穴: 各締め木を貫く細い円柱 ─────────────────────────────────
    let hole_proto = Solid::cylinder(
        DVec3::new(-5.0, 16.0, -15.0),
        0.7,
        DVec3::new(10.0, 0.0, 30.0),
        30.0,
    );

    // 20個をZ軸周りに等間隔配置、各締め木を虹色に着色
    let n = 20usize;
    let mut blocks: Vec<Solid> = Vec::with_capacity(n);
    let mut holes: Vec<Solid> = Vec::with_capacity(n);
    for i in 0..n {
        let angle = 2.0 * PI * (i as f64) / (n as f64);
        let color = Color::from_hsv(i as f32 / n as f32, 1.0, 1.0);
        blocks.push(
            block_proto
                .clone()
                .rotate(DVec3::ZERO, DVec3::Z, angle)
                .color_paint(Some(color)),
        );
        holes.push(hole_proto.clone().rotate(DVec3::ZERO, DVec3::Z, angle));
    }
    let blocks = blocks
        .into_iter()
        .map(|v| vec![v])
        .reduce(|a, b| Boolean::union(&a, &b).unwrap().solids)
        .unwrap();
    let holes = holes
        .into_iter()
        .map(|v| vec![v])
        .reduce(|a, b| Boolean::union(&a, &b).unwrap().solids)
        .unwrap();

    // ── 組み立て: union → subtract → union ──────────────────────────────
    let combined: Vec<Solid> = Boolean::union(&[cylinder], &sheets)
        .expect("cylinder + sheet union failed")
        .into();
    let result: Vec<Solid> = Boolean::subtract(&combined, &holes).unwrap().into(); // 穴あけ
    let result: Vec<Solid> = Boolean::union(&result, &blocks).unwrap().into();     // 締め木取付
    assert!(result.len() == 1);
    result.into_iter().next().unwrap()
}

fn main() {
    let example_name = std::path::Path::new(file!()).file_stem().unwrap().to_str().unwrap();
    let result = vec![chijin()];

    // ── STEP 書き出し ────────────────────────────────────────────────────
    let step_path = format!("{example_name}.step");
    let mut f = std::fs::File::create(&step_path).expect("failed to create STEP file");
    cadrum::write_step_with_colors(&result, &mut f).expect("failed to write STEP");
    println!("wrote {}", &step_path);

    // ── SVG 書き出し（等角投影、方向 (1,1,1)） ───────────────────────────
    let svg_path = format!("{example_name}.svg");
    let svg = result.to_svg(DVec3::new(1.0, 1.0, 1.0), 0.5).expect("failed to export SVG");
    let mut f = std::fs::File::create(&svg_path).expect("failed to create SVG file");
    std::io::Write::write_all(&mut f, svg.as_bytes()).expect("failed to write SVG");
    println!("wrote {}", &svg_path);
}

cargo run --example chijin で色付きSTEPとSVGが出力されます。冒頭のカラフルな太鼓です。

プリミティブ生成 → 変換 → ブーリアン → 色塗り → ファイル出力という一連のワークフローが、すべてRustのコードで完結しています。

まとめ

• cadrum はOpenCASCADE 7.9.3のミニマルなRustバインディングです
• Solid と Boolean だけ覚えれば使い始められます
• 色付きSTEP I/O、SVGエクスポート、メッシュ化まで対応しています
• OCCTの事前インストール不要、cargo build だけで動きます
• CadQueryユーザーがRustに移行する際の選択肢になれたら嬉しいです

リポジトリ: https://github.com/lzpel/cadrum
crates.io: https://crates.io/crates/cadrum

Star、Issue、PRお待ちしています。