茂之钳
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v6.1.1 — 5-Axis CAM: - cam_5axis.h/.cpp: swarf_machining, multi_axis_roughing/finishing - 4 tool axis strategies, AC/BC/AB machine configs - inverse_kinematics, collision detection (holder+shank) - 30 tests, compilation passes v6.1.2 — Reverse Engineering: - point_cloud.h/.cpp: PointCloud class, PLY/E57/PTX loading - voxel_downsample, statistical_outlier_removal, kNN normal estimation - reverse_engineering.h/.cpp: Poisson surface reconstruction - mesh_to_nurbs_surface (quad remesh + LSQ fitting) - fit_plane (SVD), hole_filling, curvature-aware sampling - 19 tests v6.1.3 — FEA Mesh Generation: - fea_mesh.h/.cpp: tetrahedral (Delaunay 3D), boundary layer (prism) - hexahedral (sweep/extrude), adaptive refinement - MeshQuality: skewness, aspect_ratio, Jacobian, orthogonality - export_abaqus/ansys/nastran formats - 15 tests, 7/8 quality metrics verified
236 lines
8.4 KiB
C++
236 lines
8.4 KiB
C++
#pragma once
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#include "vde/mesh/halfedge_mesh.h"
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#include "vde/mesh/point_cloud.h"
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#include "vde/curves/nurbs_surface.h"
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#include <vector>
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#include <functional>
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namespace vde::mesh {
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using core::Point3D;
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using core::Vector3D;
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using core::AABB3D;
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using curves::NurbsSurface;
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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// 参数结构体
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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/**
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* @brief Poisson 曲面重建参数
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* @ingroup mesh
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*/
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struct PoissonReconParams {
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int max_depth = 8; ///< 八叉树最大深度（越高越精细）
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int min_depth = 3; ///< 八叉树最小深度
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double point_weight = 4.0; ///< 插值点权重（越高越贴近输入点）
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int solver_divide = 8; ///< 求解器分块大小
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int iso_divide = 8; ///< 等值面提取分块大小
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double samples_per_node = 1.5; ///< 每节点采样数
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||
bool scale_fit = true; ///< 是否缩放到单位立方体
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double confidence = 0.0; ///< 点置信度（0=均匀权重）
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};
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/**
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* @brief 四边形重网格化参数
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* @ingroup mesh
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||
*/
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struct QuadRemeshParams {
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int target_quads = 400; ///< 目标四边形数量
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double edge_length = 0.0; ///< 目标边长（0=自动）
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double regularity = 0.5; ///< 规则性权重 [0,1]
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double sharpness = 0.5; ///< 特征保持权重 [0,1]
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||
int iterations = 10; ///< 迭代次数
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||
bool adaptive_size = false; ///< 自适应边长（曲率区域更密）
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||
};
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||
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/**
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||
* @brief NURBS 拟合参数
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||
* @ingroup mesh
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||
*/
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struct NURBSFitParams {
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||
int degree_u = 3; ///< u 向阶次
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||
int degree_v = 3; ///< v 向阶次
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||
int num_cp_u = 8; ///< u 向控制点数（≥ degree_u+1）
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||
int num_cp_v = 8; ///< v 向控制点数（≥ degree_v+1）
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||
double smoothness = 0.001; ///< 平滑项权重（Tikhonov 正则化）
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||
int max_iterations = 50; ///< 最小二乘迭代上限
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||
double tolerance = 1e-6; ///< 收敛容差
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||
bool use_weights = true; ///< 是否使用有理权重拟合（NURBS vs B-spline）
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};
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/**
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* @brief 点云→网格综合参数
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||
* @ingroup mesh
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||
*/
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struct PointCloudToMeshParams {
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||
int knn = 10; ///< 法线估计 kNN
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double voxel_size = 0.0; ///< 预降采样体素尺寸（0=跳过）
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bool remove_outliers = true; ///< 是否先剔除统计离群点
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||
PoissonReconParams poisson; ///< Poisson 重建参数
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};
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||
/**
|
||
* @brief 网格→NURBS 综合参数
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||
* @ingroup mesh
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||
*/
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struct MeshToNURBSParams {
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||
QuadRemeshParams quad; ///< 四边形重网格化参数
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||
NURBSFitParams nurbs; ///< NURBS 拟合参数
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||
bool smooth_before_remesh = false; ///< 重网格化前是否平滑
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||
};
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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// 拟合结果
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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/// 平面拟合结果
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struct PlaneFitResult {
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Point3D origin; ///< 平面上一点（点云质心）
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Vector3D normal; ///< 平面法向量（单位向量）
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||
double rms_error; ///< RMS 拟合误差
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||
bool valid; ///< 拟合是否有效
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||
};
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||
/// 曲面片拟合结果
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struct PatchFitResult {
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||
NurbsSurface surface; ///< 拟合的 NURBS 曲面
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||
double rms_error; ///< RMS 拟合误差
|
||
double max_error; ///< 最大偏差
|
||
bool valid; ///< 拟合是否有效
|
||
};
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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// 核心函数声明
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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/**
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* @brief 点云 → 三角网格（Poisson 曲面重建）
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*
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* 完整流水线：法线估计 → Poisson 隐式曲面重建 → 等值面提取。
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*
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* @param cloud 输入点云（可无法线，内部自动估计）
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* @param params 控制参数
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* @return 重建的三角网格
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*
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* @code{.cpp}
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* PointCloudToMeshParams p;
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* p.knn = 10; p.voxel_size = 0.02;
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* auto mesh = point_cloud_to_mesh(cloud, p);
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||
* @endcode
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||
* @ingroup mesh
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||
*/
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HalfedgeMesh point_cloud_to_mesh(const PointCloud& cloud,
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const PointCloudToMeshParams& params = {});
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/**
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* @brief 网格 → NURBS 曲面
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*
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* 流水线：四边形重网格化 → 参数化 → 控制点最小二乘拟合。
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*
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* @param mesh 输入三角网格
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* @param params 控制参数
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* @return 拟合的 NURBS 曲面
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*
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* @code{.cpp}
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||
* MeshToNURBSParams p;
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||
* p.quad.target_quads = 200;
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||
* p.nurbs.num_cp_u = 6; p.nurbs.num_cp_v = 6;
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||
* auto surf = mesh_to_nurbs_surface(mesh, p);
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||
* @endcode
|
||
* @ingroup mesh
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||
*/
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||
NurbsSurface mesh_to_nurbs_surface(const HalfedgeMesh& mesh,
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||
const MeshToNURBSParams& params = {});
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/**
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||
* @brief 点云平面拟合（SVD 最小二乘）
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*
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* @param points 输入点列表
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* @return 平面拟合结果（origin, normal, rms_error）
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*
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||
* @code{.cpp}
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||
* auto plane = fit_plane(points);
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||
* // plane.normal 是单位法向量，plane.origin 是质心
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||
* @endcode
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||
* @ingroup mesh
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*/
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PlaneFitResult fit_plane(const std::vector<Point3D>& points);
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/**
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* @brief 点云曲面片 NURBS 拟合
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*
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* 将点云拟合为指定阶次的 NURBS 曲面片：先将点投影到拟合平面上，
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* 在参数域中均匀采样构造控制网格，再用最小二乘优化控制点位置。
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*
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||
* @param points 输入点列表
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||
* @param degree_u u 向阶次
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||
* @param degree_v v 向阶次
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||
* @param num_cp_u u 向控制点数
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* @param num_cp_v v 向控制点数
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* @return 拟合结果（NURBS 曲面 + 误差）
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*
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||
* @ingroup mesh
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*/
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PatchFitResult fit_patch(const std::vector<Point3D>& points,
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||
int degree_u = 3, int degree_v = 3,
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||
int num_cp_u = 8, int num_cp_v = 8);
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/**
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||
* @brief 点云曲率感知采样
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*
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||
* 计算局部曲率近似，高曲率区域保留更多点，低曲率区域用较少点表示。
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*
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* @param points 输入点列表
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||
* @param target_count 目标保留点数
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* @return 采样后的点索引数组
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*
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* @ingroup mesh
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*/
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std::vector<size_t> curvature_aware_sampling(const std::vector<Point3D>& points,
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size_t target_count);
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/**
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* @brief 网格孔洞填充
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*
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* 检测边界环，对每个孔洞用 fan 三角化（或最小面积三角化）填充。
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*
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* @param mesh 输入网格
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* @param max_hole_edges 最大孔洞边界边数（超过此数的孔洞不填充，0=无限制）
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||
* @return 填充后的网格
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*
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* @ingroup mesh
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*/
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HalfedgeMesh hole_filling(const HalfedgeMesh& mesh, int max_hole_edges = 0);
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/**
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* @brief 点云平滑滤波
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*
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* 对点云位置进行各向同性拉普拉斯 + 双边滤波去噪。
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*
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* @param points 输入点列表
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* @param sigma 高斯核 σ（控制平滑强度）
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* @param iterations 迭代次数
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* @return 平滑后的点列表
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*
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* @ingroup mesh
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*/
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std::vector<Point3D> smoothing_filter(const std::vector<Point3D>& points,
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double sigma = 0.5, int iterations = 3);
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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// 法线估计（独立函数）
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// ───────────────────────────────────────────────────────────
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/**
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* @brief 点云法线估计（kNN + PCA）
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*
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||
* @param points 输入点列表
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* @param k 最近邻点数
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||
* @return 估计的法线向量列表
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*
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* @ingroup mesh
|
||
*/
|
||
std::vector<Vector3D> estimate_normals(const std::vector<Point3D>& points, int k = 10);
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} // namespace vde::mesh
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