2026-07-27 00:05:24 +08:00
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1|# ViewDesignEngine — 高性能 CAD 计算几何引擎
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3|C++17 全栈计算几何引擎。从底层数学工具到 B-Rep 拓扑建模、SDF 隐式建模、可微分几何、工业格式互操作，一条龙覆盖。
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5|[](https://git.hdtime.space/ViewDesignEngine/ViewDesignEngine/actions)
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6|[](tests/)
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7|[](CHANGELOG.md)
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8|[](CMakeLists.txt)
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9|[](pyproject.toml)
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11|## 快速开始
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13|### C++ 构建
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15|```bash
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16|# Docker 构建环境（推荐）
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17|docker exec vde-builder bash -c "cd /ws/ViewDesignEngine && cmake -B build && cmake --build build -j\$(nproc)"
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19|# 本地构建
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20|cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
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21|cmake --build build -j$(nproc)
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22|
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23|# 运行测试
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24|cd build && ctest --output-on-failure
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26|# 运行示例
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27|./build/examples/07_pipeline/pipeline_demo # SDF → GLB 全流程
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28|```
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30|**依赖**: CMake ≥ 3.16, C++17, Eigen 3, GoogleTest（自动下载）
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32|### Python 安装
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33|
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34|```bash
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35|# 从源码安装（推荐）
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36|pip install .
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37|
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38|# 开发模式（可编辑安装）
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39|pip install -e .
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40|
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41|# 仅 CMake 构建（不安装到 site-packages）
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42|cmake -B build_py -DVDE_BUILD_PYTHON=ON -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
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43|cmake --build build_py -j$(nproc)
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44|
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45|# 测试导入
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46|PYTHONPATH=build_py/python python3 -c "import vde; print(vde.__version__)"
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47|```
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48|
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49|**Python 依赖**: CMake ≥ 3.16, C++17, Eigen 3（自动下载）, pybind11 ≥ 2.10
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50|
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2026-07-27 01:10:58 +08:00
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## 模块能力总览
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| 模块 | 命名空间 | 能力 | 头文件 | 测试 | 行数 |
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|------|---------|------|--------|:--:|:----:|
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| `foundation` | `vde::foundation` | 数学类型 (Point3D/Vector3D/Matrix4x4)、公差系统、精确谓词、STL/OBJ/PLY/GLTF/3MF 读写、工业格式 (STEP/IGES/JT/XT/SAT/IFC/PDF3D) | 15 | ~30 | ~3,200 |
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| `core` | `vde::core` | 多边形、Voronoi、凸包、ICP、距离计算、对象池、事务、拓扑压缩、CAM 2.5D/5轴/高级加工策略、刀路优化、并行调度、内存池 | 20 | ~40 | ~5,800 |
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| `curves` | `vde::curves` | Bézier / B-Spline / NURBS 曲线曲面、自适应细分、曲面求交、曲面延伸、曲面连续性 (G0-G3)、曲面分析、曲面光顺、精确偏移、Class-A 曲面、IGA 准备 | 18 | ~50 | ~4,500 |
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| `mesh` | `vde::mesh` | 半边网格、Delaunay 2D/3D、CDT、QEM 简化、网格平滑、网格布尔、网格修复、Alpha Shapes、参数化、测地线、曲率、Marching Cubes (并行)、LOD、逆向工程、点云处理、FEA 网格 (四面体/六面体/棱柱)、可视化质量 | 22 | ~60 | ~6,200 |
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| `spatial` | `vde::spatial` | BVH (SAH + 增量)、Octree、KD-Tree、R-Tree (STR) | 5 | ~30 | ~2,100 |
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| `boolean` | `vde::boolean` | 2D Sutherland-Hodgman、3D 网格布尔 (并/交/差)、多边形偏移 | 5 | ~40 | ~1,800 |
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| `collision` | `vde::collision` | GJK/EPA 距离与检测、SAT、射线-三角形 (Möller-Trumbore)、三角交线 | 5 | ~30 | ~1,500 |
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| `brep` | `vde::brep` | 边界表示 (B-Rep) 拓扑建模、基本体、布尔运算、SSI 布尔、抽壳/倒圆/倒角、STEP/IGES/DXF 导入导出、验证、拓扑修复 (容错建模)、裁剪曲面、直接建模、FFD 自由变形、GDT 标注、PMI/MBD、自动标注、制图/爆炸视图、装配约束求解 (Newton-Raphson/运动链)、装配 LOD、紧固件库、钣金设计、特征识别/去特征、高级过渡面、高级修复、图纸标准 (ISO/ASME/JIS) | 55 | ~120 | ~14,500 |
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| `sdf` | `vde::sdf` | 15+ 隐式图元 (球/盒/柱/环/锥…)、CSG 树、光滑并/交/差、自动微分 (正向/反向)、梯度优化 (Adam/SGD)、点云拟合、SDF → Mesh | 6 | ~189 | ~2,800 |
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| `sketch` | `vde::sketch` | 2D 草图约束求解器 | 2 | ~10 | ~600 |
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| `capi` | `vde::capi` | C ABI 导出，跨语言互操作 (Python/Java/C#/Rust 等) | 1 | — | ~400 |
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| **合计** | | **11 模块，~900+ 测试，71K+ 行纯内核代码** | **~154** | **~900** | **~71,000** |
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69|
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70|| 格式 | 导入 | 导出 | 说明 |
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71||------|------|------|------|
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72|| STEP (AP203/214) | ✅ | ✅ | 工业 CAD 交换标准 |
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73|| IGES (5.3) | ✅ | ✅ | 传统制造业格式 |
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74|| glTF 2.0 / GLB | — | ✅ | 实时 3D / Web 查看 |
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75|| STL | — | ✅ | 3D 打印 |
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76|| OBJ | — | ✅ | 通用网格 |
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77|| PLY | — | ✅ | 点云/网格 |
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78|
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79|## 特色功能
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80|
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81|### 🔮 SDF 隐式建模
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82|```cpp
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83|#include <vde/sdf/sdf_primitives.h>
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84|#include <vde/sdf/sdf_operations.h>
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85|#include <vde/sdf/sdf_tree.h>
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86|
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87|// 光滑并集
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88|auto shape = SdfNode::smooth_union(
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89| SdfNode::sphere(1.5),
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90| SdfNode::box(Point3D(1, 1, 1)),
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91| 0.3
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92|);
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93|double d = evaluate(shape, Point3D(0, 0, 0)); // SDF 值
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94|```
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95|
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96|### ⚡ 可微分几何 + torch 集成
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97|```cpp
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98|#include <vde/sdf/sdf_gradient.h>
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99|#include <vde/sdf/sdf_optimize.h>
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100|
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101|// 拟合 SDF 到点云
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102|auto sphere = SdfNode::sphere(1.0);
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103|auto result = fit_to_point_cloud(sphere, point_cloud, 0.01, 100);
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104|// result.optimized_shape → 优化后的形状
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105|```
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106|
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107|### 🔧 B-Rep 工业建模
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108|```cpp
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109|#include <vde/brep/modeling.h>
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110|#include <vde/brep/brep_boolean.h>
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111|
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112|auto box = make_box(2, 2, 2);
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113|auto shelled = shell(box, -1, 0.15); // 抽壳
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114|auto filleted = fillet(box, 0, 0.3); // 倒圆
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115|auto result = brep_union(a, b); // 布尔并
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116|```
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117|
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118|## 代码示例
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119|
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120|完整示例见 [`examples/`](examples/)：
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121|- `01_hello_triangle` — 基础几何
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122|- `02_bezier` — 曲线求值
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123|- `03_mesh` — 网格操作
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124|- `04_delaunay` — 三角剖分
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125|- `05_boolean` — 布尔运算
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126|- `06_collision` — 碰撞检测
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127|- `07_pipeline` — **SDF → Mesh → GLB 完整管线**
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128|
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129|## 测试
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130|
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131|| 类别 | 测试数 | 状态 |
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132||------|--------|------|
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133|| 核心 + 曲线 + 网格 + 空间 + 碰撞 | ~120 | ✅ |
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134|| B-Rep 建模 + 验证 | ~70 | ✅ |
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135|| STEP 导入/导出 | 31 | ✅ |
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136|| IGES 导入/导出 | 39 | ✅ |
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137|| SDF 隐式建模 | 189 | ✅ |
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138|| 可微分几何 | 76 | ✅ |
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139|| GLTF/GLB 导出 | 6 | ✅ |
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140|| 草图约束 | — | ✅ |
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141|| **合计** | **~476** | **100%** |
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142|
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143|## 工程指标
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144|
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145|- **语言**: C++17，零外部运行时依赖（仅 header-only Eigen + GTest）
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146|- **测试**: 500+ 用例，100% 通过
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147|- **编译**: GCC 11+ / Clang 16+，零错误零警告
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148|- **格式支持**: STEP、IGES、glTF/GLB、STL、OBJ、PLY
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149|
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150|## 文档
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151|
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153|- [开发计划](docs/00-开发计划.md) — 版本规划 + Sprint 划分
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154|- [v3.1 计划](docs/10-v3.1-开发计划.md) — 下一阶段路线图
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155|- [CHANGELOG](CHANGELOG.md) — 版本历史
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156|- [构建指南](docs/06-部署维护/01-构建指南.md)
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157|
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158|## v6.0 新功能（计划中） 🔌
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159|
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161|
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162|```cpp
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163|#include <vde/plugin/plugin_system.h>
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164|
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165|// 插件管理器：动态加载第三方扩展
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166|vde::plugin::PluginManager mgr;
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167|mgr.load_plugin_dir("/usr/lib/vde/plugins");
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168|
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169|// 查找并使用插件
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170|auto* exporter = mgr.get_plugin("io.export.gltf");
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171|exporter->execute("export", {{"path", "output.glb"}}, &mesh, nullptr);
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172|```
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173|
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174|**核心能力**:
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175|- **动态加载**: 运行时 dlopen/LoadLibrary，无需重新编译 VDE
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176|- **版本兼容**: PluginManifest 声明约束，自动检查兼容性
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177|- **插件隔离**: 崩溃不影响主程序，独立 .so/.dylib/.dll
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178|- **注册宏**: `VDE_REGISTER_PLUGIN(MyPlugin)` 一行注册
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179|- **清单文件**: `plugin.json` 加速发现和验证
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180|
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181|**插件类型**:
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182|| 类型 | 说明 | 示例 |
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183||------|------|------|
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184|| IO_IMPORT | 格式导入器 | USDZ, FBX, 3DS |
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185|| IO_EXPORT | 格式导出器 | USDZ, X3D, AMF |
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186|| GEOMETRY_FILTER | 几何过滤器 | 平滑、简化、重网格 |
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187|| CUSTOM_TOOL | 自定义工具 | 应力分析、拓扑优化 |
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188|
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190|
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191|### 开发者生态
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192|
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193|- 📘 **[开发者指南](docs/dev-guide/)** — 7 篇完整文档覆盖架构/API/构建/测试/贡献/插件
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194|- 🏗️ **插件 SDK** — 头文件 + CMake 模板 + 注册宏，5 分钟上手
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195|- 🔒 **安全分级** — L0 内置 → L1 签名 → L2 社区 → L3 沙箱
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196|
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197|## 许可证
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198|
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199|Apache License 2.0 — 详见 [LICENSE](LICENSE)
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200|
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