ViewDesignEngine/README.md

# ViewDesignEngine — 高性能 CAD 计算几何引擎

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。

[![CI](https://img.shields.io/badge/CI-passing-brightgreen)](https://git.hdtime.space/ViewDesignEngine/ViewDesignEngine/actions)
[![Tests](https://img.shields.io/badge/tests-476%2B%2F476-brightgreen)](tests/)
[![Version](https://img.shields.io/badge/version-3.2.0-blue)](CHANGELOG.md)
[![C++](https://img.shields.io/badge/C%2B%2B-17-blue)](CMakeLists.txt)
[![Python](https://img.shields.io/badge/python-3.8%2B-blue)](pyproject.toml)

## 快速开始

### C++ 构建

```bash
# Docker 构建环境（推荐）
docker exec vde-builder bash -c "cd /ws/ViewDesignEngine && cmake -B build && cmake --build build -j\$(nproc)"

# 本地构建
cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build -j$(nproc)

# 运行测试
cd build && ctest --output-on-failure

# 运行示例
./build/examples/07_pipeline/pipeline_demo  # SDF → GLB 全流程
```

**依赖**: CMake ≥ 3.16, C++17, Eigen 3, GoogleTest（自动下载）

### Python 安装

```bash
# 从源码安装（推荐）
pip install .

# 开发模式（可编辑安装）
pip install -e .

# 仅 CMake 构建（不安装到 site-packages）
cmake -B build_py -DVDE_BUILD_PYTHON=ON -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build_py -j$(nproc)

# 测试导入
PYTHONPATH=build_py/python python3 -c "import vde; print(vde.__version__)"
```

**Python 依赖**: CMake ≥ 3.16, C++17, Eigen 3（自动下载）, pybind11 ≥ 2.10

## 模块总览

| 模块 | 命名空间 | 关键能力 |
|------|---------|----------|
| `foundation` | `vde::foundation` | 数学类型、公差、精确谓词、STL/OBJ/PLY/GLTF(F/GLB) 读写 |
| `core` | `vde::core` | 多边形、Voronoi、凸包、ICP、距离计算 |
| `curves` | `vde::curves` | Bézier / B-Spline / NURBS 曲线曲面、自适应细分 |
| `mesh` | `vde::mesh` | 半边网格、Delaunay 2D/3D、QEM 简化、平滑、Marching Cubes、测地线、网格布尔 |
| `spatial` | `vde::spatial` | BVH (SAH)、Octree、KD-Tree、R-Tree (STR) |
| `boolean` | `vde::boolean` | 2D Sutherland-Hodgman、3D 网格布尔、多边形偏移 |
| `collision` | `vde::collision` | GJK/EPA、SAT、射线-三角形、三角交线 |
| `brep` | `vde::brep` | 边界表示 (B-Rep) 拓扑建模、布尔运算、验证 |
| `sdf` | `vde::sdf` | 15+ 隐式图元、CSG 树、自动微分、梯度优化、SDF → Mesh |
| `sketch` | `vde::sketch` | 2D 草图约束求解器 |
| `capi` | `vde::capi` | C API，跨语言互操作 |
| `plugin` | `vde::plugin` | 插件系统：动态加载、第三方扩展（v6.0+） |

## 格式支持

| 格式 | 导入 | 导出 | 说明 |
|------|------|------|------|
| STEP (AP203/214) | ✅ | ✅ | 工业 CAD 交换标准 |
| IGES (5.3) | ✅ | ✅ | 传统制造业格式 |
| glTF 2.0 / GLB | — | ✅ | 实时 3D / Web 查看 |
| STL | — | ✅ | 3D 打印 |
| OBJ | — | ✅ | 通用网格 |
| PLY | — | ✅ | 点云/网格 |

## 特色功能

### 🔮 SDF 隐式建模
```cpp
#include <vde/sdf/sdf_primitives.h>
#include <vde/sdf/sdf_operations.h>
#include <vde/sdf/sdf_tree.h>

// 光滑并集
auto shape = SdfNode::smooth_union(
    SdfNode::sphere(1.5),
    SdfNode::box(Point3D(1, 1, 1)),
    0.3
);
double d = evaluate(shape, Point3D(0, 0, 0));  // SDF 值
```

### ⚡ 可微分几何 + torch 集成
```cpp
#include <vde/sdf/sdf_gradient.h>
#include <vde/sdf/sdf_optimize.h>

// 拟合 SDF 到点云
auto sphere = SdfNode::sphere(1.0);
auto result = fit_to_point_cloud(sphere, point_cloud, 0.01, 100);
// result.optimized_shape → 优化后的形状
```

### 🔧 B-Rep 工业建模
```cpp
#include <vde/brep/modeling.h>
#include <vde/brep/brep_boolean.h>

auto box = make_box(2, 2, 2);
auto shelled = shell(box, -1, 0.15);    // 抽壳
auto filleted = fillet(box, 0, 0.3);    // 倒圆
auto result = brep_union(a, b);          // 布尔并
```

## 代码示例

完整示例见 [`examples/`](examples/)：
- `01_hello_triangle` — 基础几何
- `02_bezier` — 曲线求值
- `03_mesh` — 网格操作
- `04_delaunay` — 三角剖分
- `05_boolean` — 布尔运算
- `06_collision` — 碰撞检测
- `07_pipeline` — **SDF → Mesh → GLB 完整管线**

## 测试

| 类别 | 测试数 | 状态 |
|------|--------|------|
| 核心 + 曲线 + 网格 + 空间 + 碰撞 | ~120 | ✅ |
| B-Rep 建模 + 验证 | ~70 | ✅ |
| STEP 导入/导出 | 31 | ✅ |
| IGES 导入/导出 | 39 | ✅ |
| SDF 隐式建模 | 189 | ✅ |
| 可微分几何 | 76 | ✅ |
| GLTF/GLB 导出 | 6 | ✅ |
| 草图约束 | — | ✅ |
| **合计** | **~476** | **100%** |

## 工程指标

- **语言**: C++17，零外部运行时依赖（仅 header-only Eigen + GTest）
- **测试**: 500+ 用例，100% 通过
- **编译**: GCC 11+ / Clang 16+，零错误零警告
- **格式支持**: STEP、IGES、glTF/GLB、STL、OBJ、PLY

## 文档

- [开发者指南](docs/dev-guide/) — 架构/API/构建/测试/贡献/插件系统（v6.0+）
- [开发计划](docs/00-开发计划.md) — 版本规划 + Sprint 划分
- [v3.1 计划](docs/10-v3.1-开发计划.md) — 下一阶段路线图
- [CHANGELOG](CHANGELOG.md) — 版本历史
- [构建指南](docs/06-部署维护/01-构建指南.md)

## v6.0 新功能（计划中） 🔌

### 插件系统 (`vde::plugin`)

```cpp
#include <vde/plugin/plugin_system.h>

// 插件管理器：动态加载第三方扩展
vde::plugin::PluginManager mgr;
mgr.load_plugin_dir("/usr/lib/vde/plugins");

// 查找并使用插件
auto* exporter = mgr.get_plugin("io.export.gltf");
exporter->execute("export", {{"path", "output.glb"}}, &mesh, nullptr);
```

**核心能力**:
- **动态加载**: 运行时 dlopen/LoadLibrary，无需重新编译 VDE
- **版本兼容**: PluginManifest 声明约束，自动检查兼容性
- **插件隔离**: 崩溃不影响主程序，独立 .so/.dylib/.dll
- **注册宏**: `VDE_REGISTER_PLUGIN(MyPlugin)` 一行注册
- **清单文件**: `plugin.json` 加速发现和验证

**插件类型**:
| 类型 | 说明 | 示例 |
|------|------|------|
| IO_IMPORT | 格式导入器 | USDZ, FBX, 3DS |
| IO_EXPORT | 格式导出器 | USDZ, X3D, AMF |
| GEOMETRY_FILTER | 几何过滤器 | 平滑、简化、重网格 |
| CUSTOM_TOOL | 自定义工具 | 应力分析、拓扑优化 |

详见: [插件系统设计](docs/dev-guide/plugin-system.md) | [开发者指南](docs/dev-guide/)

### 开发者生态

- 📘 **[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
- 🏗️ **插件 SDK** — 头文件 + CMake 模板 + 注册宏，5 分钟上手
- 🔒 **安全分级** — L0 内置 → L1 签名 → L2 社区 → L3 沙箱

## 许可证

Apache License 2.0 — 详见 [LICENSE](LICENSE)