ViewDesignEngine/docs/28-v5.0-补齐计划.md

ViewDesignEngine v5 — 补齐差距，对标工业级

制定: 2026-07-26 | 基于: docs/27-竞品分析.md

目标: 一个版本内补齐核心缺失，达到 OCCT 85%+ 能力覆盖，部分维度超越

---

版本策略

v5 是一个大型版本，按 4 个里程碑 (M1-M4) 分阶段交付。每个里程碑聚焦一个维度。

v4.6(当前) ──→ M1: 地基加固 ──→ M2: 高级曲面 ──→ M3: 装配+制造 ──→ M4: 生态+格式
                 2周              2周              2周              1周

---

M1 — 🏗️ 地基加固（B-Rep 达到工业级）

对标: Parasolid 的核心健壮性

1.1 TrimmedSurface 深度集成 🔴 P0

现状: 头文件存在，实现为 stub，Face 仍用完整 NurbsSurface
目标: Face 的几何定义从 NurbsSurface 切换到 TrimmedSurface

• TrimmedSurface 完整实现：基曲面 + p-curve 裁剪环列表
• evaluate(u,v) — 先判断 (u,v) 是否在裁剪区域内
• BrepModel::Face 重构使用 TrimmedSurface 作为几何
• to_mesh() — 裁剪曲面 tessellation（带边界的三角化）
• 重构 modeling.cpp 中所有 make_* 函数适配新 Face
• 测试：矩形裁剪球面 → 球面片、圆柱面 + 孔

1.2 鲁棒 SSI 基布尔 🔴 P0

现状: centroid 分类 + 面分割，退化情况不可靠
目标: 全 SSI (Surface-Surface Intersection) 管线

• Step 1: 对每个面对，计算曲面交线 (SSI) — 复用递归细分 + 牛顿精化
• Step 2: 用交线分割两个面（生成 TrimmedSurface）
• Step 3: 对分割后的面片段分类 IN/OUT（射线投射 + 精确谓词）
• Step 4: 缝合保留的面片段
• 集成 GMP 精确谓词到分类关键路径
• 性能：Union_BoxAndCylinder 从 ~1.8s → 目标 ~0.3s
• 测试：分离/接触/重叠/包含四种场景 × union/intersect/diff

1.3 拓扑修复增强 🟡 P1

• heal_gaps — 合并距离 < tolerance 的顶点/边
• heal_slivers — 移除零面积/退化面
• heal_orientation — 统一面方向（已被包围面法线朝外）
• heal_topology — 一站式修复流水线
• STEP 导入后自动调用 heal
• 测试：修复后的 body 通过 validate()

1.4 容差系统完善 🟡 P1

• 全局 + 局部两级容差：ToleranceConfig::global() + per_face_tolerance
• fuzzy 比较替代所有硬编码 1e-6/1e-9
• 自适应容差：大模型自动放宽
• 测试：不同尺度模型的容差行为

M1 交付物

模块	新增文件	预估行数	测试
TrimmedSurface 重构	修改 8 个现有文件	~800	~20
SSI 布尔	rewrite brep_boolean.cpp	~1200	~25
拓扑修复	rewrite brep_heal.cpp	~600	~15
容差系统	rewrite tolerance.cpp	~400	~10

---

M2 — 🎨 高级曲面（对标 CGM）

对标: CATIA CGM 的 A 级曲面能力

2.1 G2/G3 连续性分析 🔴 P1

• continuity_type(curve_a, curve_b, point) → G0/G1/G2/G3
• surface_continuity(surf_a, surf_b, edge) → 沿公共边的连续性
• 曲率梳 (curvature comb) 数据生成
• 斑马纹 (zebra stripe) 数据生成 — 等参线反射
• 测试：G0/G1/G2/G3 连续体正确分类

2.2 曲面延伸 + N边填充 🟡 P2

• extend_surface(surface, edge_id, distance, continuity) — 沿边界延伸
• n_sided_fill(boundary_curves, continuity) — N 边孔洞填充
• blend_surfaces(surf_a, surf_b, radius) — 两面过渡
• 测试：延伸后连续性验证

2.3 变半径 + 多面过渡 🟡 P2

• variable_radius_blend(edge, r_start, r_end) — 实现（替换 stub）
• multi_face_blend(faces, radius) — 多面同时过渡
• 滚动球算法实现（脊线追踪 + 自交检测）
• 三面交角处理

2.4 曲面分析工具集

• curvature_map(surface) → 高斯/平均/主曲率
• draft_analysis — 拔模面生成（替换 stub）
• deviation_analysis(surf_a, surf_b) — 两面偏差
• 测试：分析结果与解析曲面对比

M2 交付物

模块	新增文件	预估行数	测试
G2/G3 连续性	surface_continuity.h/.cpp	~500	~12
曲面延伸+N边	surface_extension.h/.cpp	~700	~15
高级过渡	rewrite advanced_blend.cpp	~800	~12
曲面分析	surface_analysis.h/.cpp	~600	~10

---

M3 — 🔗 装配 + 🏭 制造

对标: Parasolid 大装配 + Mastercam CAM

3.1 大装配 LOD 实现 🟡 P1

• AssemblyLOD — 三级 LOD：完整 / 简化 / 包围盒
• 视距驱动自动切换
• InstanceCache 集成 — 共享几何去重
• SpatialIndex 加速装配遍历（BVH/R-Tree）
• 性能测试：10K 零件 < 100ms 遍历

3.2 装配约束求解器 🟡 P1

• 3D 约束图构建（coincident/concentric/tangent/distance/angle/parallel）
• 约束求解：自由度分析 + Newton 迭代
• 联动求解：修改一个约束 → 传播更新
• 过度约束检测 + 报告

3.3 完整 CAM 策略 🟡 P2

• roughing_toolpath — 层切粗加工
• finishing_toolpath — 平行/环绕精加工
• drilling_toolpath — 钻孔循环
• 刀库 (Tool Library) — 平底刀/球头刀/钻头
• 后处理框架 — Fanuc/Siemens/Heidenhain
• 加工仿真 — 材料去除可视化数据

3.4 直接建模操作 🔴 P2

• tweak_face(body, face_id, delta) — 面偏移
• move_face(body, face_id, transform) — 面移动
• replace_face(body, face_id, new_surface) — 面替换
• push_pull(body, face_id, distance) — 推拉
• 邻面自动延伸/裁剪以保持水密

M3 交付物

模块	新增文件	预估行数	测试
大装配 LOD	assembly_lod.h/.cpp	~500	~10
约束求解器	rewrite constraint_solver.cpp	~800	~15
完整 CAM	cam_strategies.h/.cpp	~1200	~20
直接建模	direct_modeling.h/.cpp	~900	~18

---

M4 — 🌐 生态 + 格式

对标: Parasolid/ACIS 的互操作生态

4.1 工业格式实现 🔴 P1

• JT 导入导出 — ISO 14306，Siemens 主导的轻量化格式
• Parasolid XT 导入 — 读写 Siemens 原生格式
• ACIS SAT 导入 — 读写 Dassault 原生格式
• IFC 导入 — BIM 标准格式（建筑信息模型）
• STEP AP242 — 扩展 AP203/214，支持 PMI

4.2 GPU 加速实现 🟡 P1

• gpu_marching_cubes — CUDA 体素并行（替换 stub）
• gpu_mesh_simplify — GPU QEM 简化
• gpu_rendering — 基于 OpenGL 的实时预览（可选）

4.3 Python 绑定扩展 🟡 P2

• vde.brep — B-Rep 建模模块绑定
• vde.sdf — SDF 建模 + 优化绑定
• vde.cam — CAM 刀路绑定
• vde.assembly — 装配体绑定
• pip 包自动构建（CI/CD）

4.4 文档 + 测试 🟡 P2

• 开发者指南 (docs/dev-guide/)
• 架构文档 — 模块依赖图、数据流
• API 参考手册更新到 v5
• 回归测试套件从 987 → 目标 1500+
• 模糊测试框架增强
• CI/CD 流水线（Linux + Windows + macOS）

M4 交付物

模块	新增文件	预估行数	测试
工业格式	5 个实现文件	~2000	~30
GPU 加速	rewrite gpu_acceleration.cpp	~600	~8
Python 绑定	4 个绑定模块	~800	~15
文档+测试	5 个文档 + 测试增强	—	+~300

---

📊 v5 总览

模块统计

里程碑	模块数	新增文件	预估代码行数	新增测试
M1 — 地基	4	~8 修改	~3,000	~70
M2 — 曲面	4	~4 新	~2,600	~49
M3 — 装配制造	4	~4 新	~3,400	~63
M4 — 生态	4	~9 新	~3,400	~353
合计	16	~25	~12,400	~535

完成后规模预估

指标	v4.6 当前	v5 完成后	增长
源文件	50	~75	+25
头文件	50	~58	+8
代码行数	~15K	~27K	+80%
测试用例	987	~1520	+54%

完成后能力对标

维度	v4.6	v5 目标	对标
B-Rep 核心	80%	90%	OCCT 同级
曲面建模	60%	75%	超越 OCCT
装配体	50%	75%	接近 Parasolid
工程图	60%	60%	保持
数据交换	70%	85%	超越 OCCT
制造 CAM	30%	65%	基础可用
性能	40%	60%	GPU 可用
生态	20%	35%	Python+文档完善
综合	55%	72%	✅ 超越 OCCT

---

🗺️ 执行路线

Week 1-2:  M1 地基加固
           ├─ TrimmedSurface 深度集成
           ├─ SSI 布尔重写
           ├─ 拓扑修复增强
           └─ 容差系统完善

Week 3-4:  M2 高级曲面
           ├─ G2/G3 连续性 + 分析
           ├─ 曲面延伸 + N边填充
           ├─ 高级过渡曲面
           └─ 曲面分析工具集

Week 5-6:  M3 装配 + 制造
           ├─ 大装配 LOD
           ├─ 约束求解器
           ├─ 完整 CAM 策略
           └─ 直接建模

Week 7:    M4 生态 + 格式
           ├─ 工业格式 (JT/XT/SAT/IFC/AP242)
           ├─ GPU 加速实现
           ├─ Python 绑定扩展
           └─ 文档 + 测试增强

Week 8:    集成测试 + 发布
           ├─ 全量回归 (目标 1500+ 0 failures)
           ├─ 性能基准刷新
           ├─ Changelog + Release Notes
           └─ Git tag v5.0.0

---

⚡ 风险与缓解

风险	概率	缓解
SSI 布尔耗时超预期	中	先完成核心场景，边界 case 逐步覆盖
TrimmedSurface 重构影响面大	中	逐个 make_* 迁移，保持旧接口兼容
GPU 开发环境受限	低	CUDA 和纯 CPU fallback 双路径
工业格式逆向工程	高	JT/XT/SAT 先实现子集，逐步扩展