ViewDesignEngine/include/vde/brep/sheet_metal.h

#pragma once
/**
 * @file sheet_metal.h
 * @brief 钣金设计模块 — 对标 Parasolid Sheet Metal
 *
 * 提供钣金件的展开、折弯扣除、法兰创建和 K-factor 计算功能。
 * 对标业界标准钣金设计工作流。
 *
 * ## 功能概览
 *
 * | 操作                    | 对标 Parasolid 功能                   |
 * |------------------------|---------------------------------------|
 * | unfold_sheet_metal     | Unbend / Flatten                      |
 * | bend_deduction_table   | Bend Allowance / Deduction Table      |
 * | create_flange          | Flange / Edge Flange                  |
 * | compute_k_factor       | K-Factor Calculation                  |
 *
 * ## 钣金术语
 *
 * - **K-Factor**: 中性轴位置比例 (0~1)，通常取 0.33~0.5
 *   - K = t_neutral_axis / t (t = 板厚)
 * - **Bend Allowance (BA)**: 折弯区展开长度
 *   - BA = (π × (R + K×T) × A) / 180
 * - **Bend Deduction (BD)**: 折弯扣除值
 *   - BD = 2 × OSSB - BA
 *   - OSSB = (R + T) × tan(A/2) (外侧退让量)
 *
 * @ingroup brep
 */
#include "vde/brep/brep.h"
#include "vde/brep/direct_modeling.h"
#include "vde/core/point.h"
#include "vde/core/transform.h"
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <cmath>

namespace vde::brep {

// ═══════════════════════════════════════════════════════════
//  材料与折弯表
// ═══════════════════════════════════════════════════════════

/**
 * @brief 钣金材料定义
 *
 * 包含材料的力学特性，用于 K-factor 计算和折弯扣除。
 */
struct SheetMetalMaterial {
    std::string name;                  ///< 材料名称（如 "Steel_A36", "Aluminum_6061"）
    double yield_strength_mpa = 250.0; ///< 屈服强度 (MPa)
    double tensile_strength_mpa = 400.0; ///< 抗拉强度 (MPa)
    double elastic_modulus_gpa = 200.0; ///< 弹性模量 (GPa)
    double poisson_ratio = 0.3;        ///< 泊松比
};

/**
 * @brief 折弯扣除表条目
 *
 * 记录特定材料/厚度/角度/半径组合下的折弯扣除值。
 */
struct BendDeductionEntry {
    double thickness = 1.0;       ///< 板厚 (mm)
    double bend_radius = 1.0;     ///< 折弯内半径 (mm)
    double bend_angle_deg = 90.0; ///< 折弯角度（度）
    double bend_deduction = 0.0;  ///< 折弯扣除值 (mm)
    double k_factor = 0.33;       ///< 使用的 K-factor
};

/**
 * @brief 折弯扣除表
 *
 * 材料/厚度 → 折弯扣除值的查找表。
 * 支持精确半径匹配和插值逼近。
 */
class BendDeductionTable {
public:
    /// 添加一条记录
    void add_entry(const BendDeductionEntry& entry);

    /// 通过精确匹配查找
    [[nodiscard]] BendDeductionEntry lookup(
        double thickness, double bend_radius, double bend_angle_deg) const;

    /// 通过插值查找（未找到精确匹配时）
    [[nodiscard]] BendDeductionEntry lookup_interpolated(
        double thickness, double bend_radius, double bend_angle_deg) const;

    /// 获取表大小
    [[nodiscard]] size_t size() const { return entries_.size(); }

    /// 获取所有条目
    [[nodiscard]] const std::vector<BendDeductionEntry>& entries() const {
        return entries_;
    }

private:
    std::vector<BendDeductionEntry> entries_;
};

// ═══════════════════════════════════════════════════════════
//  K-Factor 计算
// ═══════════════════════════════════════════════════════════

/**
 * @brief 计算 K-Factor
 *
 * K-Factor = 中性轴到内表面的距离 / 板厚
 *
 * 使用经验公式，基于材料屈服强度和板厚：
 * - 软材料 (低碳钢): K ≈ 0.33
 * - 中等材料: K ≈ 0.40
 * - 硬材料 (不锈钢): K ≈ 0.45~0.50
 *
 * 更精确的计算考虑 R/T 比率：
 *   - R/T < 1.0: K = 0.25 + 0.1 × (R/T)
 *   - 1.0 ≤ R/T < 3.0: K = 0.33 + 0.05 × (R/T)
 *   - R/T ≥ 3.0: K = 0.45 + 0.02 × (R/T), 上限 0.5
 *
 * @param material 材料属性
 * @param thickness 板厚 (mm)
 * @param bend_radius 折弯内半径 (mm)
 * @return K-factor 值 (0.0 ~ 0.5)
 */
[[nodiscard]] double compute_k_factor(
    const SheetMetalMaterial& material,
    double thickness,
    double bend_radius);

/**
 * @brief 快速 K-Factor 估算（材料无关）
 *
 * @param thickness 板厚 (mm)
 * @param bend_radius 折弯半径 (mm)
 * @return 估算的 K-factor
 */
[[nodiscard]] double compute_k_factor_simple(
    double thickness, double bend_radius);

// ═══════════════════════════════════════════════════════════
//  折弯计算
// ═══════════════════════════════════════════════════════════

/**
 * @brief 计算折弯余量 (Bend Allowance)
 *
 * BA = (π/180) × (R + K×T) × A
 *
 * @param bend_radius 折弯内半径
 * @param thickness 板厚
 * @param bend_angle_deg 折弯角度（度）
 * @param k_factor K-factor
 * @return 折弯余量长度 (mm)
 */
[[nodiscard]] double compute_bend_allowance(
    double bend_radius, double thickness,
    double bend_angle_deg, double k_factor);

/**
 * @brief 计算折弯扣除 (Bend Deduction)
 *
 * BD = 2 × OSSB - BA
 * OSSB = (R + T) × tan(A/2)
 *
 * @param bend_radius 折弯内半径
 * @param thickness 板厚
 * @param bend_angle_deg 折弯角度（度）
 * @param k_factor K-factor
 * @return 折弯扣除值 (mm)
 */
[[nodiscard]] double compute_bend_deduction(
    double bend_radius, double thickness,
    double bend_angle_deg, double k_factor);

// ═══════════════════════════════════════════════════════════
//  折弯扣除表生成
// ═══════════════════════════════════════════════════════════

/**
 * @brief 为指定材料和厚度范围生成折弯扣除表
 *
 * 自动计算 90° 折弯在不同板厚和内半径下的扣除值。
 * 使用该材料的 compute_k_factor 确定 K-factor。
 *
 * @param material 钣金材料
 * @param thickness 板厚 (mm)
 * @param radii 要计算的内半径列表
 * @return 生成的折弯扣除表
 */
[[nodiscard]] BendDeductionTable bend_deduction_table(
    const SheetMetalMaterial& material,
    double thickness,
    const std::vector<double>& radii = {0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0});

/**
 * @brief 为指定材料和折弯角生成折弯扣除表（多角度）
 *
 * @param material 钣金材料
 * @param thickness 板厚 (mm)
 * @param radius 折弯内半径 (mm)
 * @param angles_deg 角度列表
 * @return 生成的折弯扣除表
 */
[[nodiscard]] BendDeductionTable bend_deduction_table_angles(
    const SheetMetalMaterial& material,
    double thickness, double radius,
    const std::vector<double>& angles_deg = {30, 45, 60, 90, 120, 135, 150});

// ═══════════════════════════════════════════════════════════
//  钣金展开
// ═══════════════════════════════════════════════════════════

/**
 * @brief 钣金展开结果
 */
struct UnfoldResult {
    /** @brief 是否成功 */
    bool success = false;

    /** @brief 展开后的平面 B-Rep */
    BrepModel flattened_body;

    /** @brief 折弯面列表（展开前） */
    std::vector<int> bend_faces;

    /** @brief 各折弯的展开信息 */
    struct BendUnfoldInfo {
        int bend_face_id = -1;     ///< 折弯面 ID
        double bend_angle_deg = 0.0; ///< 折弯角度
        double bend_radius = 0.0;  ///< 折弯半径
        double unbend_length = 0.0; ///< 展开长度
    };
    std::vector<BendUnfoldInfo> bend_details;

    /** @brief 使用的 K-Factor */
    double k_factor_used = 0.33;

    /** @brief 错误/警告 */
    std::vector<std::string> errors;
    std::vector<std::string> warnings;
};

/**
 * @brief 钣金展开
 *
 * 对标 Parasolid Unbend/Flatten。
 * 将钣金件的折弯面展开为平面布局。
 *
 * 算法：
 * 1. 识别基准面（face_id 指定的面）
 * 2. BFS 遍历相邻面，识别折弯面（柱面或锥面）
 * 3. 对每个折弯面计算展开长度（使用 K-factor）
 * 4. 将折弯面映射到基准面所在平面
 * 5. 重建平坦拓扑
 *
 * @param body 钣金 B-Rep 模型
 * @param face_id 基准面索引（展开时的固定参考面）
 * @param material 钣金材料（用于 K-factor 计算）
 * @param thickness 板厚 (mm)，0 表示自动从模型估算
 * @return UnfoldResult 含展开后的平面模型
 */
[[nodiscard]] UnfoldResult unfold_sheet_metal(
    const BrepModel& body, int face_id,
    const SheetMetalMaterial& material = SheetMetalMaterial{},
    double thickness = 0.0);

// ═══════════════════════════════════════════════════════════
//  法兰创建
// ═══════════════════════════════════════════════════════════

/**
 * @brief 法兰创建结果
 */
struct FlangeResult {
    bool success = false;
    BrepModel body;                     ///< 含新法兰的结果体
    std::vector<int> new_face_ids;      ///< 新创建的面 ID 列表
    std::vector<int> new_edge_ids;      ///< 新创建的边 ID 列表
    std::vector<std::string> errors;
    std::vector<std::string> warnings;
};

/**
 * @brief 沿边创建法兰
 *
 * 对标 Parasolid Flange / Edge Flange。
 * 沿钣金件的一条边创建折弯法兰。
 *
 * 算法：
 * 1. 确定边所属的基面
 * 2. 计算折弯线（沿边的偏移）
 * 3. 生成折弯区的柱面
 * 4. 生成法兰面的平面曲面
 * 5. 通过布尔或拓扑编辑将法兰附加到模型
 *
 * @param body 输入钣金 B-Rep 模型
 * @param edge_id 附着边索引
 * @param angle_deg 法兰折弯角度（度），90=标准法兰
 * @param length 法兰长度（从折弯线到法兰自由边的距离）
 * @param material 钣金材料
 * @param thickness 板厚 (mm)，0 表示自动估算
 * @return FlangeResult 含新模型
 */
[[nodiscard]] FlangeResult create_flange(
    const BrepModel& body, int edge_id,
    double angle_deg, double length,
    const SheetMetalMaterial& material = SheetMetalMaterial{},
    double thickness = 0.0);

}  // namespace vde::brep