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OCCT几何形状修复

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Shape Healing 工具箱提供了一组工具来处理 Open CASCADE Technology (OCCT) 形状的几何和拓扑、完成形状修复与调整任务，使它们尽可能适合 Open CASCADE 技术使用。

1、Shape Healing包用例

以下是一些典型问题的示例，并附有 Shape Healing 如何处理这些问题的说明：

  • 缺少接缝边缘的面

问题：周期性表面（surface）上的面（face）由线框（wire）限定， 这些线在 3d 中闭合但在表面的参数空间中不闭合。 这在 Open CASCADE 中无效。

解决方案：Shape Healing包通过插入结合两条开放线的接缝边缘修复此面，从而闭合参数空间。 请注意，内部线框已正确处理。

  • 线框方向错误

问题：面的线框方向不正确，导致面的内部和外部混合在一起。

解决方案：Shape Healing包可恢复线框的正确方向。

  • 自相交线框

问题：面无效，因为它的边界线框有自相交（在两个相邻边上）。

解决方案：Shape Healing包在交点处切割相交边，从而使边界有效。

  • 缺边

问题：线框中两条边（edge）之间有缝隙，导致线框没有闭合。

解决方案：Shape Healing包通过插入缺失的边来缩小间隙。

2、 Shape Healing包结构

Shape Healing 目前包括几个旨在帮助：

  • 分析形状特征，特别是识别不符合 Open CASCADE 技术有效性规则的形状；
  • 修复形状可能存在的一些问题；
  • 可根据用户需求升级形状特征，如C0支撑表面可升级为C1连续。

下图显示了 API 包的依赖关系：

每个子域都有自己的功能范围：

  • 分析（analysis）—探索形状属性，计算形状特征，检测是否违反 OCCT 要求（形状本身未被修改）；
  • 修复（fixing）— 修复形状以满足OCCT要求（形状可能会改变其原始形式：修改、移除、构建子形状等）；
  • 升级（upgrade）—形状改进，以提高 Open CASCADE 技术或其他算法的可用性（形状被新形状替换，但几何形状相同）；
  • 定制（custom）——修改形状表示以满足特定需求（形状未修改，仅修改其表示形式）；
  • 处理（processing）——通过用户可编辑的资源文件管理形状修改的机制。

消息管理用于创建消息，用各种参数填充它们并将它们存储在跟踪文件中。 此工具提供将消息附加到形状的功能，以便对各种运行时事件进行延迟分析。 在本文档中，将仅描述使用形状修复的一般原则。 有关更多详细信息，请参阅相应的头文件。

负责分析、修复和升级形状的工具可以提供有关如何执行这些操作的信息。 用户可以借助状态查询机制获得这些信息。

3、查询工具状态

每个修复和升级工具都有自己的状态，当它们的方法被调用时会被重置。 状态可以包含多个标志，这些标志提供有关如何执行该方法的信息。 为了探索状态，提供了一组名为 StatusXXX() 的方法，例如  ShapeFix_Wire::StatusReorder()。 这些方法接受枚举 ShapeExtend_Status，如果状态设置了相应的标志，则返回 True。 每种方法的标志的含义如下所述。

状态可能包含一组布尔标志（内部由位表示）。 标志由枚举 ShapeExtend_Status 编码。 此枚举提供以下状态系列：

  • ShapeExtend_OK – 情况正常，不需要任何操作，也没有执行。
  • ShapeExtend_DONE – 操作已成功执行。
  • ShapeExtend_FAIL – 操作期间发生错误。

可以使用类提供的 StatusXXX() 方法来测试某些标志是否存在的状态：

if (object.StatusXXX (ShapeExtend_DONE))
{
  // something was done
}

定义了 8 个“DONE”和 8 个“FAIL”标志，名为 ShapeExtend_DONE1 ... ShapeExtend_FAIL8，用于对遇到的情况进行详细分析。 每个方法都为每个标志分配自己的含义，记录在该方法的标头中。 还有三个枚举值用于一次测试多个标志：

  • ShapeExtend_OK——如果没有设置标志；
  • ShapeExtend_DONE——如果至少设置了一个 ShapeExtend_DONEi；
  • ShapeExtend_FAIL——如果至少设置了一个 ShapeExtend_FAILi。

4、修复算法

修复有问题（违反 OCCT 要求）几何形状的算法位于包 ShapeFix 中。

ShapeFix 包的每一类都处理一种特定类型的形状或一些问题。

在使用 ShapeFix 之前，没有必要检测问题，因为 ShapeFix 包的所有组件都会在使用 ShapeAnalysis 包中的相应工具修复现有问题之前对存在的问题进行分析，然后修复发现的问题。

ShapeFix 包当前包括以下功能：

  • 在缺少的地方添加 2D 曲线或 3D 曲线，
  • 当 2D 曲线与 3D 曲线的偏差超过给定的公差值时，纠正该偏差，
  • 将形状的公差值限制在给定范围内，
  • 为形状设置给定的公差值，
  • 修复导线相邻边缘之间的连接，
  • 正确的自相交线，
  • 添加接缝边
  • 修正 3D 和 2D 曲线之间的间隙，
  • 合并并删除小的边
  • 修正壳和实体的方向。

5、Shap Healing快速上手

修复几何形状的最简单方法是在具有默认参数的整个形状上使用类 ShapeFix_Shape 和 ShapeFix_Wireframe。 这些工具的组合可以解决形状可能存在的大部分问题。 动作顺序如下：

  1. 创建工具 ShapeFix_Shape 并按形状对其进行初始化：
Handle(ShapeFix_Shape) aFixShape = new ShapeFix_Shape();
aFixShape->Init(theShape);

2. 设置基本精度、最大/最小允许公差：

aFixShape->SetPrecision (thePrec);
aFixShape->SetMaxTolerance (theMaxTol);
aFixShape->SetMinTolerance (theMintol);

其中：

  • thePrec—基本精度。
  • theMaxTol – 最大允许公差。 当无效维度大于基本精度或检测到该问题的子形状公差时，将检测所有问题。 最大公差值限制了解决问题的增加公差，例如修复未连接和自相交的电线。 如果纠正检测到的问题需要大于最大允许公差的值，则无法修复该问题。 在计算 ShapeFix_SameParameter() 方法和 ShapeFix_Edge::FixVertexTolerance() 方法中的边公差时，不考虑最大公差。 有关详细信息，请参见边缘修复工具。
  • theMintol – 最小允许公差。 它定义了边的最小允许长度。 如果线修复工具中的 ModifyTopologyMode 设置为 true，检测到的长度小于指定最小公差的边将被删除。 详见电线维修工具。

3. 启动修复

aFixShape->Perform();

4. 得到结果

TopoDS_Shape aResult = aFixShape->Shape();

在某些情况下，仅使用 ShapeFix_Shape 可能是不够的。 可以使用工具合并和移除小边以及修复 2D 和 3D 曲线之间的间隙。

5. 创建 ShapeFix_Wireframe 工具并按形状对其进行初始化

Handle(ShapeFix_Wireframe) aFixWire = new ShapeFix_Wireframe (theShape);

或者：

Handle(ShapeFix_Wireframe) aFixWire = new ShapeFix_Wireframe();
aFixWire->Load (theShape);

6. 设置基本精度和最大允许公差：

aFixWire->SetPrecision (thePrec);
aFixWire->SetMaxTolerance (theMaxTol);

请参阅上面的 thePrec 和 theMaxTol 的描述。
7. 合并和移除小边

aFixWire->DropSmallEdgesMode() = true;
aFixWire->FixSmallEdges();

注意：默认模式下不会移除小边，但在许多情况下移除小边对于修复形状非常有用。
8. 修复 2D 和 3D 曲线的间隙

aFixWire->FixWireGaps();

9. 得到结果

TopoDS_Shape aResult = aFixWire->Shape();

原文链接：OpenCascade Shape Healing Toolkit

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