茂之钳
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M2.1 — G2/G3 连续性分析 (Agent #0): - surface_continuity.h/.cpp: G0/G1/G2/G3 curve/surface detection - Weingarten equation for curvature, Frénet frame, zebra stripe - surface_analysis.h/.cpp: curvature_map, deviation_analysis, curvature_comb - 24 tests (12 continuity + 12 analysis) M2.2 — 曲面延伸 + N边填充 (Agent #1): - surface_extension.h/.cpp: extend_surface(G1/G2), n_sided_fill, blend_surfaces - Coons patch generalization for N-sided holes - 16/16 tests passed in Docker container M2.3 — 高级过渡曲面 (Agent #2): - advanced_blend.h/.cpp: real implementations replacing stubs - variable_radius_blend, multi_face_blend, rolling_ball_blend, face_face_blend - Ball-rolling envelope + corner sphere filling - 15+ tests with validate() verification
229 lines
8.5 KiB
C++
229 lines
8.5 KiB
C++
#pragma once
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/**
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* @file surface_analysis.h
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* @brief 曲面分析工具集 — 曲率映射、斑马纹、曲率梳、偏差分析、拔模角
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*
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* 提供 CAD 级曲面质量分析功能：
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* - 高斯/平均/主曲率网格
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* - 斑马纹反射模拟
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* - 曲率梳可视化数据
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* - 曲面间偏差分析
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* - 拔模角计算（增强现有实现）
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*
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* @ingroup curves
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*/
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#include "vde/curves/nurbs_curve.h"
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#include "vde/curves/nurbs_surface.h"
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#include "vde/core/point.h"
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#include "vde/brep/brep.h"
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#include <vector>
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#include <array>
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#include <utility>
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#include <limits>
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namespace vde::curves {
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using core::Point3D;
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using core::Vector3D;
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// Curvature Map Types
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/// 单点的曲率数据
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struct CurvaturePoint {
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double gaussian = 0.0; ///< 高斯曲率 K = κ₁·κ₂
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double mean = 0.0; ///< 平均曲率 H = (κ₁+κ₂)/2
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double k1 = 0.0; ///< 最大主曲率 κ₁
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||
double k2 = 0.0; ///< 最小主曲率 κ₂
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Vector3D d1; ///< 最大主方向
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Vector3D d2; ///< 最小主方向
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};
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/// 曲率网格（res_u+1 × res_v+1）
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struct CurvatureMap {
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int res_u, res_v; ///< 网格分辨率
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std::vector<std::vector<CurvaturePoint>> grid; ///< grid[i][j] 对应 (u_i, v_j)
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||
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/// 高斯曲率极值
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double min_gaussian = std::numeric_limits<double>::max();
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double max_gaussian = -std::numeric_limits<double>::max();
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/// 平均曲率极值
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||
double min_mean = std::numeric_limits<double>::max();
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||
double max_mean = -std::numeric_limits<double>::max();
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||
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||
/// 是否为可展曲面（高斯曲率 ≈ 0）
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[[nodiscard]] bool is_developable(double tol = 1e-9) const;
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};
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/**
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* @brief 计算 NURBS 曲面的曲率映射
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*
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* 在参数域均匀采样，计算每个采样点的高斯曲率、平均曲率、
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* 主曲率及主方向。
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*
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* @param surf NURBS 曲面
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* @param res_u u 方向分辨率（单元格数）
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* @param res_v v 方向分辨率（单元格数）
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||
* @return CurvatureMap
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*/
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[[nodiscard]] CurvatureMap curvature_map(
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const NurbsSurface& surf,
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int res_u, int res_v);
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// Zebra Stripe
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/// 斑马纹反射数据
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struct ZebraStripeResult {
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int res_u, res_v; ///< 网格分辨率
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std::vector<std::vector<double>> intensity; ///< intensity[i][j] ∈ [0,1]
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||
Vector3D light_direction; ///< 光照方向（归一化）
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||
};
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/**
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* @brief 计算斑马纹反射数据（等照度线模拟）
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*
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* 模拟等间距平行光源在曲面上的反射效果，用于检测曲面光顺性。
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* 斑马纹的密度和均匀度反映曲面的曲率变化。
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*
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* @param surf NURBS 曲面
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* @param light_dir 光照方向（自动归一化）
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* @param res_u u 方向分辨率
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* @param res_v v 方向分辨率
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* @return 反射强度网格
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*/
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[[nodiscard]] ZebraStripeResult zebra_stripe(
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const NurbsSurface& surf,
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const Vector3D& light_dir,
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||
int res_u, int res_v);
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// Curvature Comb
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/// 曲率梳数据点
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struct CurvatureCombPoint {
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Point3D curve_point; ///< 曲线上的点
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Vector3D curvature_vec; ///< 曲率向量（方向=主法线，长度∝曲率）
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double curvature; ///< 曲率大小
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};
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/// 曲率梳完整数据
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struct CurvatureComb {
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std::vector<CurvatureCombPoint> points;
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double min_curvature = std::numeric_limits<double>::max();
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double max_curvature = -std::numeric_limits<double>::max();
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double scale = 1.0; ///< 缩放因子
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||
};
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/**
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* @brief 计算曲线曲率梳数据
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*
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* 在曲线上均匀采样，计算各点的曲率向量。
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* 曲率梳将曲率大小可视化为从曲线向外延伸的线段长度。
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*
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* @param curve NURBS 曲线
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* @param res 采样分辨率（点数）
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* @param scale 曲率缩放因子（默认自动适配）
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* @return 曲率梳数据
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*/
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[[nodiscard]] CurvatureComb curvature_comb(
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const NurbsCurve& curve,
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int res,
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double scale = 0.0);
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// Deviation Analysis
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/// 偏差分析结果
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struct DeviationResult {
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double max_positive = 0.0; ///< 最大正偏差（surf_b 在 surf_a 外侧）
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double max_negative = 0.0; ///< 最大负偏差（surf_b 在 surf_a 内侧）
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||
double rms = 0.0; ///< 均方根偏差
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double mean_absolute = 0.0; ///< 平均绝对偏差
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size_t sample_count = 0; ///< 采样点数量
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||
std::vector<double> deviations; ///< 各采样点的有符号偏差
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std::vector<Point3D> sample_points_a; ///< surf_a 上的采样点
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std::vector<Point3D> sample_points_b; ///< surf_b 上对应的最近点
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};
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/**
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* @brief 计算两曲面的偏差分析
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*
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* 在 surf_a 参数域均匀采样，对每个采样点寻找 surf_b 上的最近点，
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* 沿 surf_a 法线方向计算有符号偏差。
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*
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* @param surf_a 基准曲面
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* @param surf_b 对比曲面
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* @param samples 采样点数量（总点数 = samples×samples）
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* @return 偏差分析结果
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*/
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[[nodiscard]] DeviationResult deviation_analysis(
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const NurbsSurface& surf_a,
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const NurbsSurface& surf_b,
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int samples);
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// Draft Face Angle (Enhanced)
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/**
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* @brief 计算 NURBS 曲面上指定参数点的拔模角
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*
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* 拔模角 = angle between surface normal and pull direction minus 90°
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* 正值表示面沿拔模方向向外张开。
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*
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* @param surf NURBS 曲面
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* @param u u 参数
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* @param v v 参数
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* @param pull_dir 拔模方向（自动归一化）
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* @return 拔模角（弧度）
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*/
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[[nodiscard]] double draft_face_angle(
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const NurbsSurface& surf,
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double u, double v,
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const Vector3D& pull_dir);
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/**
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* @brief 计算 B-Rep 面的拔模角（增强版）
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*
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* 在面的参数域中采样多个点，返回面积加权平均拔模角。
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*
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* @param body B-Rep 模型
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* @param face_id 面 ID
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* @param pull_dir 拔模方向
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* @param samples 每方向采样点数（默认 10）
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* @return 面积加权平均拔模角（弧度），若面无效则返回 0
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*/
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[[nodiscard]] double draft_face_angle(
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const brep::BrepModel& body,
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int face_id,
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const Vector3D& pull_dir,
|
||
int samples = 10);
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/**
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* @brief 计算 B-Rep 面的拔模角分布
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*
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||
* 返回面上多个采样点的拔模角数据。
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*/
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struct DraftAngleDistribution {
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double min_angle, max_angle; ///< 拔模角范围
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double mean_angle; ///< 平均拔模角
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||
double area_weighted_angle; ///< 面积加权平均
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||
std::vector<double> sample_angles; ///< 各采样点拔模角
|
||
std::vector<std::pair<double,double>> sample_params; ///< 对应参数 (u,v)
|
||
};
|
||
|
||
[[nodiscard]] DraftAngleDistribution draft_face_angle_distribution(
|
||
const brep::BrepModel& body,
|
||
int face_id,
|
||
const Vector3D& pull_dir,
|
||
int samples = 15);
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|
||
} // namespace vde::curves
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