ViewDesignEngine/README.md

ViewDesignEngine — 高性能 CAD 计算几何引擎

C++17 全栈计算几何引擎。从底层数学工具到 B-Rep 拓扑建模、SDF 隐式建模、可微分几何、工业格式互操作，一条龙覆盖。

快速开始

C++ 构建

# Docker 构建环境（推荐）
docker exec vde-builder bash -c "cd /ws/ViewDesignEngine && cmake -B build && cmake --build build -j\$(nproc)"

# 本地构建
cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build -j$(nproc)

# 运行测试
cd build && ctest --output-on-failure

# 运行示例
./build/examples/07_pipeline/pipeline_demo  # SDF → GLB 全流程

依赖: CMake ≥ 3.16, C++17, Eigen 3, GoogleTest（自动下载）

Python 安装

# 从源码安装（推荐）
pip install .

# 开发模式（可编辑安装）
pip install -e .

# 仅 CMake 构建（不安装到 site-packages）
cmake -B build_py -DVDE_BUILD_PYTHON=ON -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build_py -j$(nproc)

# 测试导入
PYTHONPATH=build_py/python python3 -c "import vde; print(vde.__version__)"

Python 依赖: CMake ≥ 3.16, C++17, Eigen 3（自动下载）, pybind11 ≥ 2.10

模块总览

模块	命名空间	关键能力
foundation	vde::foundation	数学类型、公差、精确谓词、STL/OBJ/PLY/GLTF(F/GLB) 读写
core	vde::core	多边形、Voronoi、凸包、ICP、距离计算
curves	vde::curves	Bézier / B-Spline / NURBS 曲线曲面、自适应细分
mesh	vde::mesh	半边网格、Delaunay 2D/3D、QEM 简化、平滑、Marching Cubes、测地线、网格布尔
spatial	vde::spatial	BVH (SAH)、Octree、KD-Tree、R-Tree (STR)
boolean	vde::boolean	2D Sutherland-Hodgman、3D 网格布尔、多边形偏移
collision	vde::collision	GJK/EPA、SAT、射线-三角形、三角交线
brep	vde::brep	边界表示 (B-Rep) 拓扑建模、布尔运算、验证
sdf	vde::sdf	15+ 隐式图元、CSG 树、自动微分、梯度优化、SDF → Mesh
sketch	vde::sketch	2D 草图约束求解器
capi	vde::capi	C API，跨语言互操作
plugin	vde::plugin	插件系统：动态加载、第三方扩展（v6.0+）

格式支持

格式	导入	导出	说明
STEP (AP203/214)	✅	✅	工业 CAD 交换标准
IGES (5.3)	✅	✅	传统制造业格式
glTF 2.0 / GLB	—	✅	实时 3D / Web 查看
STL	—	✅	3D 打印
OBJ	—	✅	通用网格
PLY	—	✅	点云/网格

特色功能

🔮 SDF 隐式建模

#include <vde/sdf/sdf_primitives.h>
#include <vde/sdf/sdf_operations.h>
#include <vde/sdf/sdf_tree.h>

// 光滑并集
auto shape = SdfNode::smooth_union(
    SdfNode::sphere(1.5),
    SdfNode::box(Point3D(1, 1, 1)),
    0.3
);
double d = evaluate(shape, Point3D(0, 0, 0));  // SDF 值

⚡ 可微分几何 + torch 集成

#include <vde/sdf/sdf_gradient.h>
#include <vde/sdf/sdf_optimize.h>

// 拟合 SDF 到点云
auto sphere = SdfNode::sphere(1.0);
auto result = fit_to_point_cloud(sphere, point_cloud, 0.01, 100);
// result.optimized_shape → 优化后的形状

🔧 B-Rep 工业建模

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

auto box = make_box(2, 2, 2);
auto shelled = shell(box, -1, 0.15);    // 抽壳
auto filleted = fillet(box, 0, 0.3);    // 倒圆
auto result = brep_union(a, b);          // 布尔并

代码示例

完整示例见 examples/：

• 01_hello_triangle — 基础几何
• 02_bezier — 曲线求值
• 03_mesh — 网格操作
• 04_delaunay — 三角剖分
• 05_boolean — 布尔运算
• 06_collision — 碰撞检测
• 07_pipeline — SDF → Mesh → GLB 完整管线

测试

类别	测试数	状态
核心 + 曲线 + 网格 + 空间 + 碰撞	~120	✅
B-Rep 建模 + 验证	~70	✅
STEP 导入/导出	31	✅
IGES 导入/导出	39	✅
SDF 隐式建模	189	✅
可微分几何	76	✅
GLTF/GLB 导出	6	✅
草图约束	—	✅
合计	~476	100%

工程指标

• 语言: C++17，零外部运行时依赖（仅 header-only Eigen + GTest）
• 测试: 500+ 用例，100% 通过
• 编译: GCC 11+ / Clang 16+，零错误零警告
• 格式支持: STEP、IGES、glTF/GLB、STL、OBJ、PLY

文档

• 开发者指南 — 架构/API/构建/测试/贡献/插件系统（v6.0+）
• 开发计划 — 版本规划 + Sprint 划分
• v3.1 计划 — 下一阶段路线图
• CHANGELOG — 版本历史
• 构建指南

v6.0 新功能（计划中） 🔌

插件系统 (vde::plugin)

#include <vde/plugin/plugin_system.h>

// 插件管理器：动态加载第三方扩展
vde::plugin::PluginManager mgr;
mgr.load_plugin_dir("/usr/lib/vde/plugins");

// 查找并使用插件
auto* exporter = mgr.get_plugin("io.export.gltf");
exporter->execute("export", {{"path", "output.glb"}}, &mesh, nullptr);

核心能力:

• 动态加载: 运行时 dlopen/LoadLibrary，无需重新编译 VDE
• 版本兼容: PluginManifest 声明约束，自动检查兼容性
• 插件隔离: 崩溃不影响主程序，独立 .so/.dylib/.dll
• 注册宏: VDE_REGISTER_PLUGIN(MyPlugin) 一行注册
• 清单文件: plugin.json 加速发现和验证

插件类型:

类型	说明	示例
IO_IMPORT	格式导入器	USDZ, FBX, 3DS
IO_EXPORT	格式导出器	USDZ, X3D, AMF
GEOMETRY_FILTER	几何过滤器	平滑、简化、重网格
CUSTOM_TOOL	自定义工具	应力分析、拓扑优化

详见: 插件系统设计 | 开发者指南

开发者生态

• 📘 开发者指南 — 7 篇完整文档覆盖架构/API/构建/测试/贡献/插件
• 🏗️ 插件 SDK — 头文件 + CMake 模板 + 注册宏，5 分钟上手
• 🔒 安全分级 — L0 内置 → L1 签名 → L2 社区 → L3 沙箱

许可证

Apache License 2.0 — 详见 LICENSE