从vtkPolyData中生成一个open cascade 中的TopoDS_Solid(实体对象)

2022年3月22日 4472点热度 1人点赞 0条评论

之前使用一篇博文记录了如何利用vtk的轮廓提取技术生成一个函数模型，里面提到使用vtk生成的模型数据，需要转换为OCC数据类型用于CAD建模使用。

查询了许多资料，IVTK是可以做到将OCC的数据直接转换为VTK的数据，但是似乎没有反向转换的途径，最后只能自己动手，丰衣足食。

整个数据转换流程大概是这样。

获取vtkPolyData中的点集与面集

vtkDataSet 提供了GetPoint()和GetCell()两个函数获取点与单元，只要传入单元的ID即可。

生成TopoDS_ComPound

这里需要用到BRep_Builder，这个类用于构建一些OCC的拓扑数据结构。

void 	MakeWire (TopoDS_Wire &W) const;
void 	MakeShell (TopoDS_Shell &S) const;
void 	MakeSolid (TopoDS_Solid &S) const;
void 	MakeCompSolid (TopoDS_CompSolid &C) const;
void 	MakeCompound (TopoDS_Compound &C) const ;
void 	Add (TopoDS_Shape &S, const TopoDS_Shape &C) const;
void 	Remove (TopoDS_Shape &S, const TopoDS_Shape &C) const;

为此提供了以上函数，MakeXXX函数需要传入一个数据对象作为构建对象，然后Add和Remove函数则是为数据对象中添加和删除数据。

需要注意的是，当Make的类型不同的时候，Add参数中的数据类型也有着严格的限制。

Add() 参数限制

任何 shape 类型都可以添加到 Compound。
只有solid类型可以添加到compSolid类型里。
只有shell、edge、vertex可以添加到solid。
只有face可以添加到shell中。
只有wire、vertex可以添加到face中
只有edge可以添加到wire中
只有vertex可以添加到edge中
任何数据不能添加到vertex中.

在帮助文档上看到这些信息时，我的第一个想法是通过添加shell和vertex直接生成solid，但是尝试之后发现shell也要使用这个方法生成，再次尝试后发现这样生成的solid不能正常的参加布尔运算（也许是过程中出现纰漏），我怀疑是在添加数据时，生成shell的面之间没有关联，vtkPolyData的面之间会共用一个点集，通过这些点的ID来访问，OCC中的数据对象似乎不是这样，Face对象所用的到点都是独立的三个Double类型，众所周知Double类型不能判等，所以我推断添加到shell中的面彼此对立，没有共同点和共同边，所以生成的solid会有这样的问题。

于是有了目前这个思路，先使用Make_ComPound生成一个Compound对象，然后使用缝合算法，解决上面说道的面与面之间相互独立的问题。

TopoDS_Compound aComp;
BRep_Builder BuildTool;
BuildTool.MakeCompound(aComp);
double p[3];
for (int i = 0; i < faceCount; i++) {

    auto idlist = polydata->GetCell(i)->GetPointIds();

    pointData->GetPoint(idlist->GetId(0), p);
    p1.SetCoord(p[0], p[1], p[2]);
    pointData->GetPoint(idlist->GetId(1), p);
    p2.SetCoord(p[0], p[1], p[2]);
    pointData->GetPoint(idlist->GetId(2), p);
    p3.SetCoord(p[0], p[1], p[2]);

    if ((!(p1.IsEqual(p2, 0.0))) && (!(p1.IsEqual(p3, 0.0)))) {
        Vertex1 = BRepBuilderAPI_MakeVertex(p1);
        Vertex2 = BRepBuilderAPI_MakeVertex(p2);
        Vertex3 = BRepBuilderAPI_MakeVertex(p3);

        newWire = BRepBuilderAPI_MakePolygon(Vertex1, Vertex2, Vertex3, Standard_True);
        if (!newWire.IsNull()) {
            newFace = BRepBuilderAPI_MakeFace(newWire);
            if (!newFace.IsNull())
                BuildTool.Add(aComp, newFace);
        }
    }
}

以上代码就是生成Compound的全过程。

缝合三角面

BRepBuilderAPI_Sewingshi是OCC提供的一个面缝合工具，他可以将相邻的面缝合在一起，建立面与面之间的关系。

使用步骤：

创建一个BRepBuilderAPI_Sewingshi 对象。
调用init()初始化设置,参数分别为公差（默认1.E-06）、面分析（默认开启），缝合操作（默认开启），是否切割（默认开启），所有参数均有默认值，可以直接调用。
add() 或者load()要缝合的数据，暂时不清楚两者之间的区别。
调用Perfom()执行缝合。
输出对象

BRepBuilderAPI_Sewing aSewingTool;
aSewingTool.Init();

aSewingTool.Load(aComp);
aSewingTool.Perform();

auto shape = aSewingTool.SewedShape();

生成solid

TopExp_Explorer 可以设定一个搜索条件，然后遍历一个shape中所有满足条件的topo对象。

TopExp_Explorer (const TopoDS_Shape &S, const TopAbs_ShapeEnum ToFind, const TopAbs_ShapeEnum ToAvoid=TopAbs_SHAPE)

这是它的构造函数，可以传入两个参数，第一个是查找类型，第二个是防止查找到的类型。

TopAbs_ShapeEnum

TopAbs_COMPOUND

TopAbs_COMPSOLID

TopAbs_SOLID

TopAbs_SHELL

TopAbs_FACE

TopAbs_WIRE

TopAbs_EDGE

TopAbs_VERTEX

TopAbs_SHAPE

然后是BRepBuilderAPI_MakeSolid 这个是一个生成solid类型的工具，它需要传入一个shell类型数据，所以只用使用TopExp_Explorer 找到shape中的shell数据，就能构造出solid了。

TopoDS_Solid FS::FunctionShape::shapeToSolid(TopoDS_Shape shape)
{
    TopExp_Explorer anExp(shape, TopAbs_SHELL);
    BRepBuilderAPI_MakeSolid mkSolid;

    int count = 0;
    for (; anExp.More(); anExp.Next()) {
        ++count;
        mkSolid.Add(TopoDS::Shell(anExp.Current()));
    }

    TopoDS_Solid solid = mkSolid.Solid();
    BRepLib::OrientClosedSolid(solid);

    return solid;
}

BRepLib::OrientClosedSolid() 是为了给solid计算实体的方向，如果solid不连续或者不封闭都会返回false。