茂之钳
bb0029234f
M1 — Generative Surfaces: - sweep_surface: Explicit/Spine/TwoGuides modes - loft_surface: multi-section interpolation + guide + tangent constraints - net_surface: bidirectional curve grid → NURBS M3 — Curve Tools + Analysis: - curve_tools: project_curve, parallel_curve, connect_curve(G1-G3), helix, isoparametric - surface_analysis: inflection_lines, checker_mapping, surface_checker_report (A/B/C/D) - 14/14 tests passed Fixed: constraint_solver.h duplicate declaration, fea_mesh.h comment syntax Pending: M2 surface editing (retrying)
326 lines
13 KiB
C++
326 lines
13 KiB
C++
#pragma once
|
||
/**
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||
* @file surface_analysis.h
|
||
* @brief 曲面分析工具集 — 曲率映射、斑马纹、曲率梳、偏差分析、拔模角
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||
*
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||
* 提供 CAD 级曲面质量分析功能：
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* - 高斯/平均/主曲率网格
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* - 斑马纹反射模拟
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* - 曲率梳可视化数据
|
||
* - 曲面间偏差分析
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||
* - 拔模角计算（增强现有实现）
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||
*
|
||
* @ingroup curves
|
||
*/
|
||
|
||
#include "vde/curves/nurbs_curve.h"
|
||
#include "vde/curves/nurbs_surface.h"
|
||
#include "vde/core/point.h"
|
||
#include "vde/brep/brep.h"
|
||
#include <vector>
|
||
#include <array>
|
||
#include <utility>
|
||
#include <limits>
|
||
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||
namespace vde::curves {
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||
|
||
using core::Point3D;
|
||
using core::Vector3D;
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||
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
// Curvature Map Types
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
|
||
/// 单点的曲率数据
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||
struct CurvaturePoint {
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double gaussian = 0.0; ///< 高斯曲率 K = κ₁·κ₂
|
||
double mean = 0.0; ///< 平均曲率 H = (κ₁+κ₂)/2
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||
double k1 = 0.0; ///< 最大主曲率 κ₁
|
||
double k2 = 0.0; ///< 最小主曲率 κ₂
|
||
Vector3D d1; ///< 最大主方向
|
||
Vector3D d2; ///< 最小主方向
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||
};
|
||
|
||
/// 曲率网格（res_u+1 × res_v+1）
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||
struct CurvatureMap {
|
||
int res_u, res_v; ///< 网格分辨率
|
||
std::vector<std::vector<CurvaturePoint>> grid; ///< grid[i][j] 对应 (u_i, v_j)
|
||
|
||
/// 高斯曲率极值
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||
double min_gaussian = std::numeric_limits<double>::max();
|
||
double max_gaussian = -std::numeric_limits<double>::max();
|
||
|
||
/// 平均曲率极值
|
||
double min_mean = std::numeric_limits<double>::max();
|
||
double max_mean = -std::numeric_limits<double>::max();
|
||
|
||
/// 是否为可展曲面（高斯曲率 ≈ 0）
|
||
[[nodiscard]] bool is_developable(double tol = 1e-9) const;
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算 NURBS 曲面的曲率映射
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||
*
|
||
* 在参数域均匀采样，计算每个采样点的高斯曲率、平均曲率、
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||
* 主曲率及主方向。
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||
*
|
||
* @param surf NURBS 曲面
|
||
* @param res_u u 方向分辨率（单元格数）
|
||
* @param res_v v 方向分辨率（单元格数）
|
||
* @return CurvatureMap
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] CurvatureMap curvature_map(
|
||
const NurbsSurface& surf,
|
||
int res_u, int res_v);
|
||
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
// Zebra Stripe
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
|
||
/// 斑马纹反射数据
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||
struct ZebraStripeResult {
|
||
int res_u, res_v; ///< 网格分辨率
|
||
std::vector<std::vector<double>> intensity; ///< intensity[i][j] ∈ [0,1]
|
||
Vector3D light_direction; ///< 光照方向（归一化）
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算斑马纹反射数据（等照度线模拟）
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||
*
|
||
* 模拟等间距平行光源在曲面上的反射效果，用于检测曲面光顺性。
|
||
* 斑马纹的密度和均匀度反映曲面的曲率变化。
|
||
*
|
||
* @param surf NURBS 曲面
|
||
* @param light_dir 光照方向（自动归一化）
|
||
* @param res_u u 方向分辨率
|
||
* @param res_v v 方向分辨率
|
||
* @return 反射强度网格
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] ZebraStripeResult zebra_stripe(
|
||
const NurbsSurface& surf,
|
||
const Vector3D& light_dir,
|
||
int res_u, int res_v);
|
||
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
// Curvature Comb
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||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
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||
/// 曲率梳数据点
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||
struct CurvatureCombPoint {
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||
Point3D curve_point; ///< 曲线上的点
|
||
Vector3D curvature_vec; ///< 曲率向量（方向=主法线，长度∝曲率）
|
||
double curvature; ///< 曲率大小
|
||
};
|
||
|
||
/// 曲率梳完整数据
|
||
struct CurvatureComb {
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||
std::vector<CurvatureCombPoint> points;
|
||
double min_curvature = std::numeric_limits<double>::max();
|
||
double max_curvature = -std::numeric_limits<double>::max();
|
||
double scale = 1.0; ///< 缩放因子
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算曲线曲率梳数据
|
||
*
|
||
* 在曲线上均匀采样，计算各点的曲率向量。
|
||
* 曲率梳将曲率大小可视化为从曲线向外延伸的线段长度。
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||
*
|
||
* @param curve NURBS 曲线
|
||
* @param res 采样分辨率（点数）
|
||
* @param scale 曲率缩放因子（默认自动适配）
|
||
* @return 曲率梳数据
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] CurvatureComb curvature_comb(
|
||
const NurbsCurve& curve,
|
||
int res,
|
||
double scale = 0.0);
|
||
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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||
// Deviation Analysis
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||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
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||
/// 偏差分析结果
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||
struct DeviationResult {
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||
double max_positive = 0.0; ///< 最大正偏差（surf_b 在 surf_a 外侧）
|
||
double max_negative = 0.0; ///< 最大负偏差（surf_b 在 surf_a 内侧）
|
||
double rms = 0.0; ///< 均方根偏差
|
||
double mean_absolute = 0.0; ///< 平均绝对偏差
|
||
size_t sample_count = 0; ///< 采样点数量
|
||
std::vector<double> deviations; ///< 各采样点的有符号偏差
|
||
std::vector<Point3D> sample_points_a; ///< surf_a 上的采样点
|
||
std::vector<Point3D> sample_points_b; ///< surf_b 上对应的最近点
|
||
};
|
||
|
||
/**
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||
* @brief 计算两曲面的偏差分析
|
||
*
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||
* 在 surf_a 参数域均匀采样，对每个采样点寻找 surf_b 上的最近点，
|
||
* 沿 surf_a 法线方向计算有符号偏差。
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||
*
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* @param surf_a 基准曲面
|
||
* @param surf_b 对比曲面
|
||
* @param samples 采样点数量（总点数 = samples×samples）
|
||
* @return 偏差分析结果
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] DeviationResult deviation_analysis(
|
||
const NurbsSurface& surf_a,
|
||
const NurbsSurface& surf_b,
|
||
int samples);
|
||
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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||
// Draft Face Angle (Enhanced)
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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||
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||
/**
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||
* @brief 计算 NURBS 曲面上指定参数点的拔模角
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*
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||
* 拔模角 = angle between surface normal and pull direction minus 90°
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||
* 正值表示面沿拔模方向向外张开。
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*
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||
* @param surf NURBS 曲面
|
||
* @param u u 参数
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||
* @param v v 参数
|
||
* @param pull_dir 拔模方向（自动归一化）
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||
* @return 拔模角（弧度）
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||
*/
|
||
[[nodiscard]] double draft_face_angle(
|
||
const NurbsSurface& surf,
|
||
double u, double v,
|
||
const Vector3D& pull_dir);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算 B-Rep 面的拔模角（增强版）
|
||
*
|
||
* 在面的参数域中采样多个点，返回面积加权平均拔模角。
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||
*
|
||
* @param body B-Rep 模型
|
||
* @param face_id 面 ID
|
||
* @param pull_dir 拔模方向
|
||
* @param samples 每方向采样点数（默认 10）
|
||
* @return 面积加权平均拔模角（弧度），若面无效则返回 0
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] double draft_face_angle(
|
||
const brep::BrepModel& body,
|
||
int face_id,
|
||
const Vector3D& pull_dir,
|
||
int samples = 10);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算 B-Rep 面的拔模角分布
|
||
*
|
||
* 返回面上多个采样点的拔模角数据。
|
||
*/
|
||
struct DraftAngleDistribution {
|
||
double min_angle, max_angle; ///< 拔模角范围
|
||
double mean_angle; ///< 平均拔模角
|
||
double area_weighted_angle; ///< 面积加权平均
|
||
std::vector<double> sample_angles; ///< 各采样点拔模角
|
||
std::vector<std::pair<double,double>> sample_params; ///< 对应参数 (u,v)
|
||
};
|
||
|
||
[[nodiscard]] DraftAngleDistribution draft_face_angle_distribution(
|
||
const brep::BrepModel& body,
|
||
int face_id,
|
||
const Vector3D& pull_dir,
|
||
int samples = 15);
|
||
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
// Inflection Lines
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||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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||
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||
/// 曲率过零点线段
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||
struct InflectionSegment {
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||
Point3D start; ///< 线段起点
|
||
Point3D end; ///< 线段终点
|
||
};
|
||
|
||
/// 曲率过零分析结果
|
||
struct InflectionLinesResult {
|
||
std::vector<InflectionSegment> segments; ///< 高斯曲率过零点连线
|
||
int res_u, res_v; ///< 采样分辨率
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 提取曲面的曲率过零点连线（inflection lines）
|
||
*
|
||
* 在参数域密集采样高斯曲率，检测曲率符号变化点，连接相邻过零点
|
||
* 形成线段。用于检测曲面凹凸变化边界。
|
||
*
|
||
* @param surf NURBS 曲面
|
||
* @param res_u u 方向分辨率（默认 50）
|
||
* @param res_v v 方向分辨率（默认 50）
|
||
* @return 过零点线段集合
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] InflectionLinesResult inflection_lines(
|
||
const NurbsSurface& surf,
|
||
int res_u = 50, int res_v = 50);
|
||
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
// Checker Mapping
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
|
||
/// 棋盘格反射数据
|
||
struct CheckerMapResult {
|
||
int res_u, res_v; ///< 分辨率
|
||
std::vector<std::vector<double>> intensity; ///< intensity[i][j] ∈ [0,1]（棋盘格亮度）
|
||
Vector3D view_dir; ///< 视线方向（归一化）
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算棋盘格反射映射数据
|
||
*
|
||
* 模拟棋盘格图案在曲面上的反射效果。将参数域 (u,v) 映射为棋盘格
|
||
* 纹理坐标，结合曲面法线计算反射强度。用于评估曲面光顺性——
|
||
* 反射棋盘格的均匀度和连续性反映曲率连续性。
|
||
*
|
||
* @param surf NURBS 曲面
|
||
* @param view_dir 视线方向（自动归一化）
|
||
* @param res_u u 方向分辨率（默认 60）
|
||
* @param res_v v 方向分辨率（默认 60）
|
||
* @return 棋盘格反射数据
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] CheckerMapResult checker_mapping(
|
||
const NurbsSurface& surf,
|
||
const Vector3D& view_dir,
|
||
int res_u = 60, int res_v = 60);
|
||
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
// Surface Checker Report
|
||
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
|
||
|
||
/// 光顺性评估等级
|
||
enum class SmoothnessGrade {
|
||
A, ///< 优秀 — 反射条纹均匀、无突变、曲率连续
|
||
B, ///< 良好 — 轻微不均匀、局部小波动
|
||
C, ///< 一般 — 明显扭曲、局部不平滑
|
||
D ///< 差 — 严重扭曲、曲率突变
|
||
};
|
||
|
||
/// 曲面光顺性评估报告
|
||
struct SurfaceCheckerReport {
|
||
SmoothnessGrade grade; ///< 光顺性等级
|
||
double checker_uniformity; ///< 棋盘格均匀度 [0,1]，1 最佳
|
||
double curvature_continuity; ///< 曲率连续性指数 [0,1]
|
||
double gaussian_range; ///< 高斯曲率范围
|
||
double mean_range; ///< 平均曲率范围
|
||
int inflection_count; ///< 曲率过零点数量
|
||
std::string description; ///< 文字描述
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 生成曲面光顺性评估报告
|
||
*
|
||
* 综合曲率分析、棋盘格反射和过零点检测，对曲面光顺性进行量化评估。
|
||
* 返回等级、均匀度、连续性等综合指标。
|
||
*
|
||
* @param surf NURBS 曲面
|
||
* @param res 综合分析分辨率（默认 60）
|
||
* @return 光顺性评估报告
|
||
*/
|
||
[[nodiscard]] SurfaceCheckerReport surface_checker_report(
|
||
const NurbsSurface& surf,
|
||
int res = 60);
|
||
|
||
} // namespace vde::curves
|