# B-Rep 工业建模教程

边界表示（Boundary Representation，B-Rep）是 CAD 系统中最常用的实体表示方法。ViewDesignEngine 提供高层建模 API 用于创建 B-Rep 实体，支持精确的几何计算和工业标准格式导出。

## 核心概念

B-Rep 通过拓扑层次结构描述三维几何体的边界：

```
Body (体)       — 一个或多个封闭壳
  └─ Shell (壳) — 一组面的连续集合
       └─ Face (面)   — 曲面上由环界定的区域
            └─ Loop (环)  — 封闭的边界曲线
                 └─ Edge (边)  — 曲面的边界段
                      └─ Vertex (顶点) — 边的端点
```

## 基础实体（盒、柱、球）

使用 `vde/brep/modeling.h` 中的高层 API 创建基本体：

```cpp
#include <vde/brep/modeling.h>
#include <iostream>

using namespace vde::brep;

int main() {
    // 轴对齐长方体：宽 × 高 × 深
    auto box = make_box(100.0, 50.0, 30.0);
    std::cout << "Box faces: " << box.num_faces()
              << ", edges: " << box.num_edges() << "\n";

    // 圆柱体：半径 20，高度 80，64 段（精度）
    auto cylinder = make_cylinder(20.0, 80.0, 64);
    std::cout << "Cylinder faces: " << cylinder.num_faces() << "\n";

    // 球体：半径 25，经度 32 段，纬度 32 段
    auto sphere = make_sphere(25.0, 32, 32);
    std::cout << "Sphere faces: " << sphere.num_faces() << "\n";

    return 0;
}
```

## 扫掠特征（Extrude, Revolve, Sweep, Loft）

扫掠操作将二维轮廓沿路径移动生成三维实体：

```cpp
#include <vde/brep/modeling.h>
#include <vde/curves/nurbs_curve.h>
#include <vde/core/point.h>

using namespace vde::brep;
using namespace vde::curves;
using namespace vde::core;

int main() {
    // 创建一个矩形轮廓（作为 NURBS 曲线：封闭的 4 点控制多边形）
    NurbsCurve profile;
    profile.set_degree(1);  // 线性
    profile.set_knots({0, 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1});
    profile.set_control_points({
        Point3D(-10, 0, -10),
        Point3D( 10, 0, -10),
        Point3D( 10, 0,  10),
        Point3D(-10, 0,  10),
        Point3D(-10, 0, -10)  // 闭合
    });

    // 线性挤出：沿 Z 轴挤出 50 单位
    auto extruded = extrude(profile, Vector3D(0, 0, 50));
    std::cout << "Extruded faces: " << extruded.num_faces() << "\n";

    // 旋转扫掠（Revolve）：半圆绕 Y 轴旋转
    NurbsCurve semicircle;
    semicircle.set_degree(2);
    // ... 控制点定义上半圆 ...
    auto revolved = revolve(semicircle,
        Point3D(0, 0, 0),     // 旋转轴起点
        Vector3D(0, 1, 0),    // 旋转轴方向（Y 轴）
        360.0                 // 角度（度）
    );
    std::cout << "Revolved faces: " << revolved.num_faces() << "\n";

    // 沿路径扫掠（Sweep）：圆形截面沿螺旋路径
    NurbsCurve circle_profile;  // 小圆
    NurbsCurve helix_path;      // 螺旋线
    auto swept = sweep(circle_profile, helix_path);

    // 放样（Loft）：多个截面 → 实体
    std::vector<NurbsCurve> profiles = {profile_a, profile_b, profile_c};
    auto lofted = loft(profiles);

    return 0;
}
```

## 特征操作（倒圆、倒角、抽壳）

编辑操作通过链式调用逐步细化模型：

```cpp
#include <vde/brep/modeling.h>
#include <vde/brep/step_export.h>
#include <vde/foundation/io_gltf.h>

using namespace vde::brep;
using namespace vde::foundation;

int main() {
    // 基础块：100 × 60 × 40 mm
    auto part = make_box(100.0, 60.0, 40.0);

    // 对所有边倒圆角（face_id = 0 代表指定面，或对所有边操作）
    part = fillet(part, 0, 5.0);   // 半径 5mm 圆角
    std::cout << "After fillet: " << part.num_faces() << " faces\n";

    // 对顶面边缘倒角（典型机加工倒角）
    // chamfer(face_id, distance)
    // part = chamfer(part, 5, 2.0);

    // 抽壳：创建均匀壁厚的空心壳体
    // face_id = -1 表示封闭壳体（无开口）
    // thickness > 0 表示向外增厚，< 0 表示保留内腔
    part = shell(part, -1, 2.0);
    std::cout << "After shell (2mm wall): "
              << part.num_faces() << " faces\n";

    return 0;
}
```

## 布尔运算

B-Rep 层面支持精确布尔运算：

```cpp
#include <vde/brep/modeling.h>
#include <vde/brep/brep_boolean.h>

using namespace vde::brep;

int main() {
    auto block = make_box(50, 50, 50);
    auto cylinder = make_cylinder(15, 80, 64);

    // 并集（Union）：块 + 柱
    auto union_result = brep_union(block, cylinder);

    // 交集（Intersection）：块 ∩ 柱
    auto isect_result = brep_intersection(block, cylinder);

    // 差集（Difference）：块 - 柱（在块上打孔）
    auto diff_result = brep_difference(block, cylinder);

    std::cout << "Union: " << union_result.num_faces() << " faces\n";
    std::cout << "Intersection: " << isect_result.num_faces() << " faces\n";
    std::cout << "Difference: " << diff_result.num_faces() << " faces\n";

    return 0;
}
```

## STEP 导出 → CAM

STEP（AP214）是工业制造的标准交换格式，可直接导入 CAM 软件生成刀具路径：

```cpp
#include <vde/brep/modeling.h>
#include <vde/brep/step_export.h>

using namespace vde::brep;

int main() {
    auto part = make_box(80, 40, 20);
    part = fillet(part, 0, 3.0);
    part = shell(part, -1, 2.0);

    // 导出为 STEP AP214 文件
    export_step_file("flange.stp", {part});

    // 或以字符串形式获取 STEP 内容
    std::string step_str = export_step({part});
    std::cout << "STEP size: " << step_str.size() << " chars\n";

    std::cout << "STEP exported. Ready for:\n"
              << "  - Fusion 360 / SolidWorks / FreeCAD\n"
              << "  - CAM toolpath generation\n"
              << "  - CMM inspection\n";
    return 0;
}
```

## 完整示例：法兰零件

```cpp
/// 法兰零件：盒基 + 挤出环 → 倒角 → 钻孔阵列 → STEP/GLB 导出
#include <vde/brep/modeling.h>
#include <vde/brep/brep_boolean.h>
#include <vde/brep/step_export.h>
#include <vde/foundation/io_gltf.h>
#include <vde/core/point.h>

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cmath>

using namespace vde::brep;
using namespace vde::foundation;
using namespace vde::core;

int main() {
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(3);

    // ── 法兰本体 ──────────────────────────────────
    // 80×80×15 mm 的底座
    double W = 80.0, D = 80.0, H = 15.0;
    auto flange = make_box(W, D, H);
    std::cout << "Base block: " << W << "×" << D << "×" << H << " mm\n";

    // ── 中心凸台（挤出圆柱） ──────────────────────
    double boss_d = 40.0, boss_h = 25.0;
    auto boss = make_cylinder(boss_d / 2.0, boss_h, 64);
    // 定位：凸台在法兰顶面中心
    // （如需要偏移，可通过 brep_boolean 的变换参数定位）
    flange = brep_union(flange, boss);
    std::cout << "Added boss: Ø" << boss_d << "×" << boss_h << " mm\n";

    // ── 边缘圆角 ──────────────────────────────────
    flange = fillet(flange, 0, 3.0);
    std::cout << "Edge fillet: R3.0 applied\n";

    // ── 螺栓孔阵列（4 个 M8 通孔） ────────────────
    double hole_d = 8.5;  // M8 通孔直径
    double bolt_circle_r = 30.0;  // 螺栓孔分布圆半径

    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        double angle = i * M_PI / 2.0;  // 0°, 90°, 180°, 270°
        double cx = bolt_circle_r * std::cos(angle);
        double cy = bolt_circle_r * std::sin(angle);

        auto hole = make_cylinder(hole_d / 2.0, H + 5.0, 32);
        // 差集减孔（如需定位偏移，使用 brep_difference 的变换版本）
        flange = brep_difference(flange, hole);
    }
    std::cout << "Bolt holes: 4×Ø" << hole_d << " on Ø" << bolt_circle_r * 2 << " BCD\n";

    // ── 质量信息 ──────────────────────────────────
    std::cout << "\nFinal part:\n"
              << "  faces: " << flange.num_faces() << "\n"
              << "  edges: " << flange.num_edges() << "\n";

    // ── 导出 ──────────────────────────────────────
    // STEP（CAM 用）
    export_step_file("flange.stp", {flange});
    std::cout << "  → flange.stp (STEP AP214)\n";

    // GLB（预览用）
    if (write_brep_gltf("flange.glb", flange, 32)) {
        std::cout << "  → flange.glb (GLB visualization)\n";
    }

    // ── 交互式预览 ────────────────────────────────
    std::cout << "\nOpen viewer/index.html and drop flange.glb to inspect.\n";
    return 0;
}
```

编译运行：

```bash
g++ -std=c++17 -I../include flange_demo.cpp -L. -lvde -o flange_demo
./flange_demo
```

生成的 `flange.stp` 可导入 FreeCAD / Fusion 360 进行 CAM 刀具路径生成，
`flange.glb` 可在项目自带的 `viewer/index.html` 中预览。