茂之钳
192 lines
5.5 KiB
C++
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/**
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* @file boolean_mesh.h
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* @brief 三维网格布尔运算
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*
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* 基于半边的网格布尔操作：并集、交集、差集、对称差。
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* 通过面片重心内外判定 (ray-casting) 实现拓扑分类。
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*
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* @ingroup boolean
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*/
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#pragma once
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#include "vde/boolean/boolean_2d.h"
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#include "vde/core/polygon.h"
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#include "vde/mesh/halfedge_mesh.h"
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namespace vde::boolean {
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using core::Point2D;
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using core::Polygon2D;
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using mesh::HalfedgeMesh;
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// ── Core 3D mesh boolean operations ──────────────────────────────
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/**
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* @brief 网格并集 A ∪ B
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*
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* 保留网格 A 中重心在网格 B 外的面片，
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* 以及网格 B 中重心在网格 A 外的面片。
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* 合并后形成两个网格的并集体积。
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*
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* 原理：对每个面片计算重心坐标，用射线投射判断
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* 该点是否在对方网格内部，据此决定保留或剔除。
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*
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* @param a 网格 A
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* @param b 网格 B
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* @return A ∪ B 的合并网格
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*
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* @code{.cpp}
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* HalfedgeMesh result = mesh_union(cube, sphere);
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* @endcode
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*
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* @see mesh_intersection, mesh_difference, is_point_inside_mesh
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*/
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HalfedgeMesh mesh_union(const HalfedgeMesh& a, const HalfedgeMesh& b);
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/**
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* @brief 网格交集 A ∩ B
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*
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* 保留网格 A 中重心在网格 B 内的面片，
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* 以及网格 B 中重心在网格 A 内的面片。
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*
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* @param a 网格 A
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* @param b 网格 B
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* @return A ∩ B 的交集网格
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* @note 结果体积为两网格公共区域
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*
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* @see mesh_union, mesh_difference
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*/
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HalfedgeMesh mesh_intersection(const HalfedgeMesh& a, const HalfedgeMesh& b);
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/**
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* @brief 网格差集 A − B
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*
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* 保留网格 A 中重心在网格 B 外的面片，
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* 以及网格 B 中重心在网格 A 内的面片（翻转法线）。
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*
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* @param a 网格 A
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* @param b 网格 B
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* @return A − B 的差集网格
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*
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* @note 结果中来自 B 的面片会被翻转法线以保持内-外一致性
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*
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* @see mesh_union, mesh_intersection, mesh_sym_diff
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*/
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HalfedgeMesh mesh_difference(const HalfedgeMesh& a, const HalfedgeMesh& b);
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* @brief 网格对称差 (A − B) ∪ (B − A)
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*
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* 等价于：
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* @code{.cpp}
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* mesh_union(mesh_difference(a, b), mesh_difference(b, a))
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* @endcode
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*
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* @param a 网格 A
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* @param b 网格 B
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* @return 对称差网格
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*
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* @see mesh_difference, mesh_union
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*/
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HalfedgeMesh mesh_sym_diff(const HalfedgeMesh& a, const HalfedgeMesh& b);
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// ── Helpers ─────────────────────────────────────────────────────
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/**
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* @brief 用网格 B 裁剪网格 A
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* 保留网格 A 中位于 B 体外的面片。
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* 是 mesh_difference 的简化变体，仅输出来自 A 的面片。
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* @param a 待裁剪网格
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* @param b 裁剪体网格
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* @param invert_b 若为 true，将 B 的内外判定取反（裁剪外部）
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* @return 裁剪后的网格（仅包含 A 的面片）
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*
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* @code{.cpp}
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* // 裁剪 cube 外部的 sphere 面片
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* auto clipped = clip_mesh(sphere, cube, false // invert_b);
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* // 保留 cube 内部的 sphere 面片
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* auto inner = clip_mesh(sphere, cube, true // invert_b);
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* @endcode
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*
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* @see mesh_difference, is_point_inside_mesh
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*/
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HalfedgeMesh clip_mesh(const HalfedgeMesh& a, const HalfedgeMesh& b,
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bool invert_b = false);
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/**
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* @brief 翻转网格所有面片的法线方向
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*
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* 遍历所有面片，反转其顶点环绕顺序。
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* 常用于生成负体积（反向外壳）或差集操作中。
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*
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* @param m 原始网格
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* @return 法线翻转后的网格
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*
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* @see mesh_difference
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*/
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HalfedgeMesh invert_mesh(const HalfedgeMesh& m);
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/**
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* @brief 合并两个网格
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* 将两个网格的顶点和面片直接拼接，不做布尔操作。
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* 用于将分离的网格组件合并到单个数据结构中。
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*
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* @param a 网格 A
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* @param b 网格 B
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* @return 包含 A 和 B 全部顶点和面片的合并网格
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*
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* @note 不处理重叠区域；仅做纯几何拼接
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*
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* @see mesh_union（做布尔合并）
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*/
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HalfedgeMesh merge_meshes(const HalfedgeMesh& a, const HalfedgeMesh& b);
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* @brief 网格布尔运算统一接口
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*
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* 根据布尔操作类型分发到对应的具体函数。
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* @param a 网格 A
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* @param b 网格 B
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* @param op 布尔操作类型
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* @return 结果网格
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*
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* @code{.cpp}
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* auto result = mesh_boolean(cube, sphere, BooleanOp::Intersection);
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* @endcode
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*
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* @see BooleanOp, mesh_union, mesh_intersection, mesh_difference, mesh_sym_diff
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*/
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HalfedgeMesh mesh_boolean(const HalfedgeMesh& a, const HalfedgeMesh& b, BooleanOp op);
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// ── Point classification ────────────────────────────────────────
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* @brief 判断三维点是否在封闭网格内部
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* 使用射线投射法：从点 p 向任意方向射出射线，
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* 统计与网格面片的交点数量。
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* 奇数表示在内部，偶数表示在外部。
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* 算法：
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* 1. 构造从 p 出发沿 +x 方向的射线
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* 2. 遍历所有三角形进行射线-三角形求交
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* 3. 统计交点数量
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* 4. 返回奇偶性判定结果
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* @param p 待判定点
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* @param mesh 封闭网格
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* @return 点在网格内部返回 true
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* @note 网格必须是封闭（水密）的，否则结果不可靠。
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* 点恰好落在面上时行为未定义。
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*
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* @see clip_mesh, mesh_difference
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*/
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bool is_point_inside_mesh(const core::Point3D& p, const HalfedgeMesh& mesh);
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} // namespace vde::boolean
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