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ViewDesignEngine/include/vde/brep/advanced_healing.h
T

312 lines
11 KiB
C++
Raw Normal View History

#pragma once
/**
* @file advanced_healing.h
* @brief 高级 B-Rep 修复 — 对标 Parasolid 95%
*
* 提供 Parasolid 级别的全自动修复流水线和诊断工具:
*
* | 操作 | 对标 Parasolid 功能 |
* |----------------------------|-----------------------------------------|
* | auto_heal_pipeline | auto-heal / optimize |
* | face_splitting | face splitting with p-curve |
* | face_merging | coplanar merge / face stitching |
* | topology_optimization | redundant edge/vertex cleanup |
* | tolerance_analysis | tolerance diagnostic report |
* | watertight_verification | strict watertightness certification |
*
* @ingroup brep
*/
#include "vde/brep/brep.h"
#include "vde/brep/brep_validate.h"
#include "vde/brep/tolerance.h"
#include "vde/brep/brep_heal.h"
#include "vde/curves/nurbs_curve.h"
#include "vde/curves/nurbs_surface.h"
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <functional>
namespace vde::brep {
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
// 修复诊断报告
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
/**
* @brief 高级修复诊断报告
*
* 包含自动修复流水线每一步的详细结果,
* 用于日志记录、UI 展示和下游分析。
*/
struct AdvancedHealingReport {
/** @brief 修复是否完全成功 */
bool success = false;
/** @brief 执行步骤链 */
std::vector<std::string> steps_executed;
/** @brief 每步修复的详情 */
struct StepDetail {
std::string step_name; ///< 步骤名称
bool ok = false; ///< 该步骤是否通过
int items_fixed = 0; ///< 修复项数
std::string message; ///< 该步骤的消息
};
std::vector<StepDetail> details;
/** @brief 修复前验证结果 */
ValidationResult before_validation;
/** @brief 修复后验证结果 */
ValidationResult after_validation;
/** @brief 警告汇总 */
std::vector<std::string> warnings;
/** @brief 总修复项数 */
int total_fixes = 0;
};
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
// 容差诊断报告
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
/**
* @brief 容差分析项
*
* 记录单个拓扑元素的容差诊断信息。
*/
struct ToleranceItem {
int element_id = -1; ///< 拓扑元素 ID
std::string element_type; ///< "vertex", "edge", "face"
double observed_value = 0.0; ///< 观测值(距离/角度/面积)
double tolerance = 0.0; ///< 适用的容差阈值
bool pass = true; ///< 是否通过检查
std::string description; ///< 可读诊断描述
};
/**
* @brief 容差诊断报告
*
* 全面的几何质量诊断报告,对标 Parasolid 的 tolerance analysis。
* 包含顶点间距、边长度、面面积、角度偏差、水密性间隙等诊断项。
*/
struct ToleranceAnalysisReport {
/** @brief 整体通过 */
bool overall_pass = false;
/** @brief 模型信息 */
size_t total_vertices = 0;
size_t total_edges = 0;
size_t total_faces = 0;
double model_size = 0.0; ///< 包围盒对角线长度
/** @brief 容差配置 */
ToleranceConfig config_used;
/** @brief 诊断项列表 */
std::vector<ToleranceItem> items;
/** @brief 通过/失败统计 */
size_t items_passed = 0;
size_t items_failed = 0;
/** @brief 最小间隙(水密性相关) */
double min_gap = std::numeric_limits<double>::max();
/** @brief 最大间隙 */
double max_gap = 0.0;
/** @brief 平均间隙 */
double avg_gap = 0.0;
/** @brief 间隙超过容差的边对数量 */
size_t gap_violations = 0;
/** @brief 退化元素计数 */
size_t degenerate_edges = 0; ///< 长度 < sliver_area 的边
size_t degenerate_faces = 0; ///< 面积 < sliver_area 的面
size_t near_degenerate_elements = 0; ///< 接近退化的元素
/** @brief 建议的操作列表 */
std::vector<std::string> recommendations;
};
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
// 水密性验证
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
/**
* @brief 水密性严格验证结果
*
* 对标 Parasolid 的 watertight 验证,提供更详细的间隙/穿透分析。
*/
struct WatertightVerificationResult {
/** @brief 是否水密 */
bool is_watertight = false;
/** @brief 水密性分数 (0.0 ~ 1.0) */
double watertight_score = 0.0;
/** @brief 总边数 */
size_t total_edges = 0;
/** @brief 边界边数(恰好被 1 个面引用的边) */
size_t boundary_edges = 0;
/** @brief 非流形边数(被 > 2 个面引用的边) */
size_t non_manifold_edges = 0;
/** @brief 悬挂边(0 个面引用) */
size_t dangling_edges = 0;
/** @brief 间隙位置列表 */
struct GapLocation {
int edge_id = -1; ///< 间隙对应的边 ID
int face_a = -1; ///< 相邻面 A
int face_b = -1; ///< 相邻面 B (可能为 -1)
double gap_size = 0.0; ///< 间隙尺寸
core::Point3D location; ///< 间隙位置
};
std::vector<GapLocation> gaps;
/** @brief 穿透位置 */
struct PenetrationLocation {
int face_a = -1;
int face_b = -1;
double depth = 0.0;
core::Point3D location;
};
std::vector<PenetrationLocation> penetrations;
/** @brief 壳闭合检查 */
struct ShellStatus {
int shell_id = -1;
bool closed = false;
size_t boundary_edge_count = 0;
};
std::vector<ShellStatus> shell_statuses;
/** @brief 错误消息 */
std::vector<std::string> errors;
};
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
// Advanced Healing API
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
/**
* @brief 全自动修复流水线
*
* 对标 Parasolid auto-heal。按最佳顺序执行:
*
* 1. 容差分析 → 确定自适应容差
* 2. 间隙闭合 (heal_gaps)
* 3. 退化元素移除 (heal_slivers)
* 4. 冗余边顶点清理 (拓扑优化)
* 5. 共面面合并
* 6. 面方向统一 (heal_orientation)
* 7. 水密性验证
*
* @param body 输入 B-Rep 模型(原地修改)
* @return AdvancedHealingReport 含详细诊断报表
*/
[[nodiscard]] AdvancedHealingReport auto_heal_pipeline(BrepModel& body);
/**
* @brief 面分割 — 使用 p-curve 在参数域分割面
*
* 对标 Parasolid face splitting。根据给定的参数曲线(p-curve)
* 在面的参数域 (u,v) 中切割面,生成两个或多个子面。
*
* 算法:
* 1. 将 p-curve 投影到面的 3D 曲面上
* 2. 查找 p-curve 与面边界的交点
* 3. 在交点和端点处分割原始边
* 4. 为每个子区域构建新环和新面
*
* @param body 输入 B-Rep 模型(原地修改面的拓扑)
* @param face_id 要分割的面索引
* @param pcurve_2d 二维参数曲线(在面的 (u,v) 参数域中定义)
* @return 新生成的面 ID 列表(包含原面,因原地修改后原面 ID 变为第一个新面)
*/
[[nodiscard]] std::vector<int> face_splitting(
BrepModel& body, int face_id,
const curves::NurbsCurve& pcurve_2d);
/**
* @brief 共面面合并
*
* 对标 Parasolid coplanar face merge。
* 检测并合并给定面列表中彼此共面且共享边的面。
*
* 算法:
* 1. 对每个面计算平面方程(法向量 + 距原点距离)
* 2. 分组:具有相同平面方程的面归为一组
* 3. 在每组中查找共享边的面对
* 4. 使用 KEF 欧拉操作合并共享边
* 5. 重建合并面的环和曲面
*
* @param body 输入 B-Rep 模型(原地修改)
* @param face_ids 候选面 ID 列表
* @return 实际合并的面对数量
*/
int face_merging(BrepModel& body, const std::vector<int>& face_ids);
/**
* @brief 拓扑优化 — 冗余边/顶点清理
*
* 对标 Parasolid topology optimization。
* 移除对几何形状无贡献的冗余拓扑元素:
*
* 1. **冗余顶点**: 度为 2 且两侧边共线的顶点 → KEV
* 2. **冗余边**: 共面面之间的共享边 → KEF
* 3. **零长边**: 两端点重叠的边 → 合并顶点 + 移除边
* 4. **冗余内环**: 空内环或无面积内环
*
* @param body 输入 B-Rep 模型(原地修改)
* @return 优化项数(移除的顶点数 + 边数 + 面合并数)
*/
int topology_optimization(BrepModel& body);
/**
* @brief 容差诊断报告
*
* 对标 Parasolid tolerance analysis。
* 生成全面的几何质量诊断报告,包括:
* - 顶点间距检查
* - 边长度检查
* - 面面积与平面性检查
* - 面间角度偏差
* - 水密性间隙扫描
*
* @param body 输入 B-Rep 模型
* @param cfg 容差配置(默认使用全局配置)
* @return ToleranceAnalysisReport 含完整诊断报表
*/
[[nodiscard]] ToleranceAnalysisReport tolerance_analysis(
const BrepModel& body,
const ToleranceConfig& cfg = ToleranceConfig::global());
/**
* @brief 水密性严格验证
*
* 对标 Parasolid watertight verification。
* 提供比 validate() 更详细的水密性分析,包括:
* - 每条边的相邻面数统计
* - 间隙位置精确识别
* - 穿透检测(面间非法相交)
* - 逐壳闭合性检查
* - 0.0~1.0 的连续水密性评分
*
* @param body 输入 B-Rep 模型
* @param tolerance 容差(默认 1e-6
* @return WatertightVerificationResult 含详细报表
*/
[[nodiscard]] WatertightVerificationResult watertight_verification(
const BrepModel& body,
double tolerance = 1e-6);
} // namespace vde::brep