CAD Studio (Radiant-Darwin) — Next-Gen Parametric 3D CAD/CAE/CAM Suite & AI Copilot

CAD Studio (Radiant-Darwin) est une suite logicielle paramétrique industrielle 3D unifiée de nouvelle génération combinant la puissance d'Autodesk Fusion 360, l'extensibilité open-source de FreeCAD, et l'intégration native d'un Copilote IA autonome (protocole MCP / Model Context Protocol).

Elle regroupe au sein d'une architecture modulaire et fortement typée (zéro Any, zéro object) l'ensemble des disciplines de l'ingénierie mécanique, de la conception géométrique avancée jusqu'à la fabrication numérique et l'analyse multi-physique.

🌟 Architecture & Pôles Technologiques

graph TD
    subgraph Core ["Noyau Géométrique & Paramétrique"]
        M3D["Manifold3D (Noyau CSG C++)"]
        NEXUS["Nexus Kernel (NURBS, Predicates, Dual Quat)"]
        DAG["Arbre DAG & Timeline Rollback"]
        SOLV["Solveur Esquisse 2D (SciPy TRF)"]
        FX["Moteur Formules fx (AST Sécurisé)"]
    end

    subgraph Engineering ["Ateliers d'Ingénierie & Multi-Physique"]
        SM["Tôlerie Industrielle (Facteur K, DXF)"]
        ASS["Assemblage & Cinématique"]
        FEA["Simulation FEA & Ponts Gmsh/CalculiX"]
        CAM["CAM 2.5D & 5-Axes RTCP Anti-Gouge"]
        DRW["Mise en Plan ISO 128 (SVG)"]
        PBR["Rendu Photoréaliste Raytracing PBR"]
        SPEC["Spécialisé (Aéro, BIM, ECAD, Robotique)"]
    end

    subgraph AI ["Intelligence Artificielle & Automatisation"]
        MCP["Serveur MCP STDIO (Claude, Cursor, Copilot)"]
        SYNTH["Synthétiseur de Formes & Scripting"]
        VIS["Inspection Visuelle & Auto-Guérison"]
        UI_AI["Palette de Commandes & Copilot Dock"]
    end

    Core --> Engineering
    AI <--> Core
    AI <--> Engineering

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🚀 Fonctionnalités Majeures

1. 🛠️ Modélisation Solide & Noyau Géométrique Hybride

• Noyau double Manifold3D + Nexus B-Rep : Garantit des solides 3D "watertight" (variétés étanches 2-manifold) et prévient les dégénérescences de volume nul.

• Opérations d'ingénierie complètes :

  • Primitives paramétriques (Boîte, Cylindre, Sphère, Cône, Tore).

  • Extrusion linéaire, Révolution 360°, Perçage calibré (Hole Tool), Coque (Shell), Matrices linéaires et circulaires, Symétrie miroir.

  • Arbre de construction chronologique (Timeline Fusion 360) avec curseur de retour dans le temps (Rollback Slider).

  • Congés de raccordement par sphère roulante (Rolling Ball Blend), modélisation directe (Push-Pull), et structures allégées (Generative Lattices).

2. 📐 Esquisse 2D & Solveur Non-Linéaire

• Solveur géométrique basé sur l'algorithme des Moindres Carrés TRF (Trust Region Reflective) de SciPy.

• Contraintes : Coïncidence, Horizontalité, Verticalité, Distance cotée, Points d'ancrage fixes, Tangence.

• Contrôle strict du nombre maximal d'itérations et prévention des blocages sur croquis sur-contraints.

3. 📑 Tôlerie Industrielle (Sheet Metal)

• Calcul de la fibre neutre par Facteur K ($K = 0.44$ acier standard).

• Calcul analytique du développement d'arc (Bend Allowance) et de la déduction au pli (Bend Deduction).

• Dépliage automatique en flan plat (Flat Pattern).

• Export AutoCAD DXF R12 avec calques normalisés CUT (découpe laser CNC) et BEND (lignes de pliage).

4. 🔗 Assemblages Cinématiques & Détection de Collisions

• Liaisons normalisées : Rigide, Pivot (1 DDL), Glissière (1 DDL).

• Détection volumique des interférences physiques par intersection CSG booléenne exacte.

5. 📊 Simulation Multi-Physique & Éléments Finis (FEA)

• Calcul statique de la contrainte équivalente de von Mises $\sigma_{vm}$, de la flèche maximale et du facteur de sécurité mécanique.

• Rendu direct de la cartographie de contrainte (gradient couleur arc-en-ciel) sur le maillage dans le Viewport 3D.

• Passerelles d'intégration pour solveurs externes : Gmsh, CalculiX, et OpenFOAM.

6. ✂️ Fabrication Assistée par Ordinateur (CAM / FAO)

• Génération de parcours d'outils 2.5D (Surfaçage, Contournage ébauche/finition).

• CAM 5-axes simultané avec gestion cinématique RTCP (Rotational Tool Center Point) et évitement automatique des gouges.

• Placement automatique de fibres composites (AFP / Automated Fiber Placement).

• Contrôle qualité métrologique CMM avec recalage géométrique ICP (Iterative Closest Point).

• Post-processeur G-Code universel compatible ISO/Fanuc, GRBL, LinuxCNC, et Mach3.

7. 📋 Dessin Technique Normalisé ISO 128

• Génération automatique des 4 vues orthogonales (Face, Dessus, Droite, Isométrique 3D).

• Lignes d'arêtes visibles, axes de symétrie, cotations dimensionnelles automatiques.

• Cartouche d'ingénierie normalisé et export vectoriel SVG haute résolution.

8. 📸 Studio de Rendu Photoréaliste PBR

• Matériaux optiques réalistes (Physically Based Rendering) avec formule de Fresnel-Schlick.

• Bibliothèque de matériaux : Aluminium brossé, Chrome, Or, Titane, Cuivre, Fibre de carbone, Plastiques ABS.

• Studio d'illumination 3-points (Key, Fill, Rim lights) et export d'images PNG.

9. 🤖 Copilote IA Autonome & Serveur MCP (Model Context Protocol)

• Standard MCP STDIO : Branchez directement votre client IA préféré (Claude Desktop, Cursor IDE, Copilot, ChatGPT Desktop) en pointant sur la commande cad-mcp ou python -m src.ai.mcp_stdio.

• Synthèse de formes en langage naturel : Génération de modèles paramétriques et de scripts CSG à partir d'une simple description textuelle.

• Auto-guérison et validation visuelle : Analyse des erreurs de modélisation, vérification de l'étanchéité des solides et correction autonome.

• Palette de commandes IA & Dock Copilote intégrés à l'interface graphique Qt.

💻 Installation & Démarrage Rapide

Prérequis

• Python 3.10, 3.11 ou 3.12

• Windows 10/11, Ubuntu/Debian Linux, ou macOS

1. Cloner le Dépôt

git clone https://github.com/jbrandonp/radiant-darwin.git
cd radiant-darwin

2. Environnement Virtuel

# Création de l'environnement virtuel
python -m venv .venv

# Activation :
# Sur Windows :
.\.venv\Scripts\activate
# Sur Linux / macOS :
source .venv/bin/activate

3. Installation du Package

# Installation en mode éditable avec dépendances de développement
pip install -e ".[dev]"

Sur Linux Ubuntu/Debian, si vous exécutez dans un conteneur ou serveur sans écran :

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y libgl1-mesa-glx xvfb

🖥️ Utilisation

Mode Interface Graphique (GUI)

Lancez l'atelier complet CAD Studio :

# Via commande console
cad-studio

# Ou via Python
python src/main.py

# Ou via les lanceurs multi-plateformes fournis :
# Windows :
launch_cad_studio.bat
# Linux / macOS :
./launch_cad_studio.sh

Mode Ligne de Commande Industrielle (CLI Headless)

Idéal pour les scripts d'automatisation et les pipelines d'intégration continue :

# Afficher l'aide et la version
cad-cli --help
cad-cli --version

# Créer une pièce géométrique et l'exporter en STL
cad-cli create-box --width 50 --height 30 --depth 20 --output boitier.stl

# Générer un programme G-Code 5-axes sans gouges
cad-cli cam-5axis --output usinage_5axes.gcode

# Simuler l'échauffement Joule d'un circuit imprimé ECAD
cad-cli ecad-thermal --current 3.5

# Exécuter l'audit industriel officiel déterministe
cad-cli audit

Mode Serveur IA MCP (Model Context Protocol)

Pour connecter une IA externe (Claude Desktop, Cursor, agents autonomes) :

cad-mcp
# Ou :
python -m src.ai.mcp_stdio

Exemple de configuration claude_desktop_config.json :

{
  "mcpServers": {
    "cad-studio": {
      "command": "python",
      "args": ["-m", "src.ai.mcp_stdio"],
      "cwd": "/chemin/vers/radiant-darwin"
    }
  }
}

Démonstrateur Intégral (Tous les Ateliers)

Génère automatiquement les 5 fichiers d'ingénierie dans le dossier demo_output/ :

python demo_full_suite.py

🧪 Tests & Assurance Qualité Industrielle

Le projet dispose d'une suite exhaustive de tests unitaires, d'intégration et de résistance aux cas limites :

# Exécution de la suite complète de 412 tests en mode headless
pytest tests/ -v

# Vérification du Quality Gate industriel
python scripts/industrial_audit_engine.py

Métriques d'Audit :

• Tests unitaires & intégration : 412/412 passés (100% de succès)

• Typage statique strict : 100.00% (Strictement zéro Any, zéro object dans src/)

• Complexité cognitive : Aucune fonction n'excède le plafond de 25

• Vulnérabilités de sécurité SAST : 0 faille détectée

• Dépendances cycliques : 0 cycle d'architecture

• Quality Gate SonarQube : PASSED (GREEN - Conforme Industriel)

🏛️ Arborescence du Projet

radiant-darwin/
├── .github/
│   └── workflows/
│       └── ci.yml               # Pipeline CI/CD GitHub Actions multi-OS
├── scripts/
│   ├── industrial_audit_engine.py # Moteur d'audit déterministe ISO 25010
│   ├── deep_bug_hunter.py       # Chasseur de bugs et tolérancement géométrique
│   └── multi_type_simulation_fuzzer.py # Fuzzing et stress-tests multi-physiques
├── src/
│   ├── ai/                      # Serveur MCP, pont IA, synthétiseur, auto-guérison
│   ├── assembly/                # Assemblages mécaniques et détection d'interférences
│   ├── cam/                     # FAO 2.5D, 5-axes RTCP, AFP fibre, métrologie CMM
│   ├── core/                    # Moteur solide, Manifold3D, DAG, Timeline, Nexus Kernel
│   ├── drawing/                 # Dessin technique ISO 128 et export SVG
│   ├── fea/                     # Éléments finis von Mises, ponts CalculiX et OpenFOAM
│   ├── materials/               # Base de données de matériaux, masses et centres d'inertie
│   ├── render/                  # Studio de rendu PBR, Fresnel-Schlick, raytracer
│   ├── sheetmetal/              # Tôlerie, facteur K, développée à plat, export DXF
│   ├── solver/                  # Solveur de contraintes d'esquisse 2D (SciPy TRF)
│   ├── specialized/             # Aérodynamique, BIM IFC, ECAD thermique, robotique
│   ├── ui/                      # Interface Qt Dark Fusion 360, ruban, palette IA
│   ├── viewport/                # Rendu OpenGL interactif, ViewCube, gizmos, XR LOD
│   ├── cli.py                   # Interface en ligne de commande industrielle
│   └── main.py                  # Point d'entrée principal GUI / CLI
├── tests/                       # 412 tests unitaires, d'intégration et de robustesse
├── CONTRIBUTING.md              # Guide de contribution et règles architecturales
├── LICENSE                      # Licence open-source MIT
├── pyproject.toml               # Packaging moderne PEP 517/621
├── README.md                    # Documentation complète
├── requirements.txt             # Dépendances pip
├── launch_cad_studio.bat        # Lanceur Windows
└── launch_cad_studio.sh         # Lanceur Linux/macOS

📄 Licence

Ce projet est sous licence MIT. Voir le fichier LICENSE pour plus de détails.

🤝 Contribution

Les contributions sont les bienvenues ! Veuillez consulter le fichier CONTRIBUTING.md pour découvrir les règles de codage et le processus de soumission de Pull Requests.