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ViewDesignEngine/docs/25-v4.6-开发计划.md
T
茂之钳 cf38d76fd0
CI / Build & Test (push) Failing after 16m56s
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CI / Release Build (push) Failing after 24s
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Build & Test / build-and-test (push) Has been cancelled
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Build & Test / python-bindings (push) Has been cancelled
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feat(v4.6): memory pool + parallel boolean/MC/intersection + GMP exact predicates 
M1 — Memory Pool (内存池):
- ObjectPool<T>: O(1) acquire/release with free-list, chunk-based expansion
- ThreadSafeObjectPool<T>: per-thread local pools with global fallback
- CowPtr<T>: copy-on-write smart pointer with shallow/deep copy
- 10 tests: single/multi-thread, CoW detach, reuse rate

M2 — Parallel Boolean (并行布尔):
- parallel_face_face_intersection(): OpenMP face-pair dispatch with AABB culling
- parallel_classify_faces(): thread-safe ray casting classification
- parallel_mesh_union/intersection/difference + B-Rep variants
- Thread count management API
- 12 tests: coverage, empty cases, identity operations

M3 — Parallel Marching Cubes (并行MC):
- parallel_marching_cubes(): Z-slice parallel voxel processing
- parallel_adaptive_mc(): octree-based adaptive resolution
- Complete 256-entry edge table + Möller-Trumbore interpolation
- 5 tests: sphere basic/high-res/empty/adaptive/threaded

M4 — Parallel Surface Intersection (并行求交):
- parallel_curve_intersections(): per-pair parallel dispatch
- parallel_surface_intersection(): recursive subdivision + Newton refinement
- AABB broad-phase culling before narrow-phase
- 4 tests: curve pairs, surface batch

M5 — GMP Exact Predicates (精确谓词):
- exact_orient2d/3d: adaptive precision (double → GMP fallback)
- exact_in_sphere: circumsphere test with degenerate handling
- exact_point_in_polygon/polyhedron: robust ray casting
- PrecisionMode: Fast/Adaptive/Exact with global toggle
- 12 tests: all orientations, boundary cases, mode switching

21 files, +2263 lines
2026-07-26 17:28:15 +08:00

4.6 KiB
Raw Blame History

ViewDesignEngine v4.6 — 性能基建

制定: 2026-07-26 | 状态: 🚧 执行中

进度: 🚧 M1 内存池 | ⬜ M2 并行布尔 | ⬜ M3 并行MC | ⬜ M4 并行求交 | ⬜ M5 GMP精确算术

继 v4.5 实用增强后，v4.6 回归引擎底层，补齐性能短板。

1. 🧠 内存池 (Memory Pool)

CAD 引擎频繁创建/销毁小对象（顶点、边、面、三角形），malloc/free 成为瓶颈。

1.1 ObjectPool

  • ObjectPool<T> — 模板化对象池，chunk 分配 + free-list 回收
  • acquire() / release() — O(1) 获取/归还
  • 线程安全版本 ThreadSafeObjectPool<T>（per-thread pool + global fallback）
  • 统计：allocations / reuses / waste %

1.2 Copy-on-Write

  • Cow<T> — 写时复制包装器，引用计数 + 修改时深拷贝
  • CowPtr<T> — shared_ptr 风格的 CoW 指针
  • 用于 NurbsSurface、HalfedgeMesh 等大对象

测试 — ~15 项

  • 单线程 acquire/release 正确性
  • 多线程并发分配/回收
  • CoW 浅拷贝验证
  • CoW 修改触发深拷贝
  • 引用计数正确性

2. ⚡ 并行布尔运算

v3.x 布尔运算为单线程，面-面求交和分类是主要瓶颈。

2.1 并行面-面求交

  • parallel_face_face_intersection() — OpenMP 并行
  • 工作窃取队列：大面分解为子任务
  • 线程安全交线收集

2.2 并行分类

  • parallel_classify_faces() — 射线投射分类并行化
  • 每线程独立 AABB 缓存
  • 合并阶段去重

2.3 性能对比

  • 基准：单线程 vs 多线程
  • 扩展性：2/4/8 线程加速比

测试 — ~8 项

  • 并行结果与串行一致
  • 线程安全性（TSan 通过）
  • 加速比验证

3. 🔳 并行 Marching Cubes

SDF → Mesh 转换是 SDF 建模管线瓶颈。

3.1 并行体素处理

  • parallel_marching_cubes() — 分块并行
  • 每线程独立三角形缓冲区
  • 合并去重（边界顶点索引重映射）

3.2 自适应分辨率

  • 八叉树自适应 MC，平坦区域用大格子

测试 — ~6 项

  • 并行结果与串行一致
  • 多分辨率输出正确
  • 加速比验证

4. 📐 并行曲面求交

NURBS 曲面-曲面求交是 B-Rep 布尔的核心。

4.1 并行边界盒预筛选

  • parallel_surface_intersection() — 候选面对并行求交
  • 每线程独立牛顿精化

4.2 曲线-曲线并行

  • parallel_curve_intersection() — 批量曲线对并行

测试 — ~6 项

  • 并行结果与串行一致
  • 退化情况处理

5. 🔢 GMP 精确算术集成

布尔运算关键路径使用精确算术消除浮点误差。

5.1 精确谓词

  • exact_orient3d() — GMP/MPFR 精确三点定向
  • exact_in_sphere() — 精确球内测试
  • exact_point_in_polyhedron() — 精确点在体内

5.2 混合精度

  • 自适应精度：先用 double，检测到不确定性 → 升级到 GMP
  • ExactPredicate 包装器统一接口

测试 — ~10 项

  • 退化情况下 double 失败但 GMP 正确
  • 共面/共线/共球边界情况
  • 混合精度自动升级

里程碑

里程碑 内容 预计
M1: 内存池 ObjectPool + ThreadSafePool + CoW —
M2: 并行布尔 并行面-面求交 + 并行分类 —
M3: 并行MC 并行体素 + 自适应分辨率 —
M4: 并行求交 并行曲面/曲线求交 —
M5: GMP 精确谓词 + 混合精度 —

修改文件汇总

文件 操作 说明
include/vde/core/object_pool.h 新建 对象池 + CoW
src/core/object_pool.cpp 新建 模板实例化
tests/core/test_object_pool.cpp 新建 对象池测试
include/vde/brep/parallel_boolean.h 新建 并行布尔
src/brep/parallel_boolean.cpp 新建 并行布尔实现
tests/brep/test_parallel_boolean.cpp 新建 并行布尔测试
include/vde/mesh/parallel_mc.h 新建 并行MC
src/mesh/parallel_mc.cpp 新建 并行MC实现
tests/mesh/test_parallel_mc.cpp 新建 并行MC测试
include/vde/curves/parallel_intersection.h 新建 并行求交
src/curves/parallel_intersection.cpp 新建 并行求交实现
tests/curves/test_parallel_intersection.cpp 新建 并行求交测试
include/vde/core/exact_predicates.h 新建 精确谓词
src/core/exact_predicates.cpp 新建 精确谓词实现
tests/core/test_exact_predicates.cpp 新建 精确谓词测试
docs/25-v4.6-开发计划.md 新建 开发计划
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