茂之钳
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3.3 KiB
C++
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C++
#pragma once
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/**
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* @file sdf_to_mesh.h
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* @brief SDF 到三角网格的转换
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* 使用 Marching Cubes 算法将隐式曲面（SDF）转换为显式三角网格。
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* ## Marching Cubes 算法
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* 在指定的包围盒内以固定分辨率采样 SDF 场，通过查表确定每个体素内的等值面三角形配置。
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* **流程:**
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* 1. 在 `[bmin, bmax]` 范围内构建分辨率 `res³` 的三维规则网格
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* 2. 在每个网格点求值 SDF
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* 3. 利用 Marching Cubes 查找表在等值面处生成三角形
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* 4. 返回包含顶点和三角形索引的 MCMesh
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* ## 注意事项
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* - 分辨率越高网格越精细，但计算量按 O(res³) 增长
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* - 推荐分辨率 64~256，取决于几何复杂度
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* - 结果网格需在 Marching Cubes 模块中定义（vde::mesh::MCMesh）
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* @ingroup sdf
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*/
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#include "vde/sdf/sdf_tree.h"
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#include "vde/mesh/marching_cubes.h"
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#include <functional>
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namespace vde::sdf {
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/**
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* @brief 将 SDF 表达式树转换为三角网格
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* 使用 Marching Cubes 算法在 SDF 树的包围盒内采样并生成网格。
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* 包围盒由 estimate_bbox() 自动确定。
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* **算法步骤:**
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* 1. 调用 estimate_bbox(root) 确定采样范围
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* 2. 构建分辨率 `resolution³` 体素网格
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* 3. 在每个体素角点求值 SDF
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* 4. 用 Marching Cubes 提取 iso_level 等值面
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* @param root SDF 表达式树的根节点
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* @param resolution 每轴的网格分辨率（例如 64 表示 64³ 体素网格）
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* @param iso_level 等值面水平（0.0 = 隐式表面）
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* @return 包含顶点和三角形索引的 MCMesh
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* @note 分辨率推荐为 2 的幂（32, 64, 128, 256）以获得最佳缓存性能。
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* @note 对于大尺寸但细节少的几何体，使用较低的 resolution 即可获得光滑结果。
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* @code{.cpp}
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* auto root = SdfNode::sphere(2.0);
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* auto mesh = sdf_to_mesh(root, 128); // 128³ 体素网格
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* // mesh.vertices 和 mesh.indices 可直接用于渲染或导出
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* @endcode
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* @see sdf_to_mesh_lambda Lambda 版本的 SDF 转网格（Python 友好）
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* @see estimate_bbox 包围盒估算
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*/
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[[nodiscard]] mesh::MCMesh sdf_to_mesh(const SdfNodePtr& root,
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int resolution = 64,
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double iso_level = 0.0);
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/**
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* @brief 将 Lambda SDF 函数转换为三角网格
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* 接受 C++ lambda 或 std::function 作为 SDF 定义，适合 Python 绑定场景。
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* 与 sdf_to_mesh() 不同，本函数需要调用方显式提供包围盒。
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* @param f SDF 函数，签名为 double(double x, double y, double z) → 有符号距离
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* @param bmin 采样包围盒最小角点
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* @param bmax 采样包围盒最大角点
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* @param resolution 每轴分辨率
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* @param iso_level 等值面水平（默认 0.0）
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* @return MCMesh 三角网格
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* @code{.cpp}
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* // 球体 lambda
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* auto sphere_lambda = [](double x, double y, double z) {
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* return std::sqrt(x*x + y*y + z*z) - 1.0;
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* };
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* auto mesh = sdf_to_mesh_lambda(sphere_lambda,
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* Point3D(-1.5, -1.5, -1.5), Point3D(1.5, 1.5, 1.5), 64);
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* @endcode
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*
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* @see sdf_to_mesh 基于 SDF 树的网格转换
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*/
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[[nodiscard]] mesh::MCMesh sdf_to_mesh_lambda(
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const std::function<double(double, double, double)>& f,
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const Point3D& bmin, const Point3D& bmax,
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int resolution = 64, double iso_level = 0.0);
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} // namespace vde::sdf
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