BRep Shapes Based on Tessellated Geometry

eryar@163.com

Key Words. BRep Shape, Tessellated Geometry, Mesh, STL

1. Introduction

OCCT的TopoDS允許定義只包含顯示數(shù)據(jù)的BRep體，如只包含邊的顯示數(shù)據(jù)：多段線；面的顯示數(shù)據(jù)：網(wǎng)格，而不包含幾何曲線和曲面。只包含顯示數(shù)據(jù)的BRep體有時(shí)候很有用，如只需要顯示一下而不對(duì)其做任何修改。但是OCC7.3.0版本之前是不支持這些顯示數(shù)據(jù)的。這里說(shuō)的不支持的意思是不支持顯示數(shù)據(jù)的功能，如不能顯示只包含顯示數(shù)據(jù)的BRep體等等。

OCC7.3.0版本之后陸續(xù)想添加對(duì)只包含顯示數(shù)據(jù)的BRep的支持，包括如下功能：

l 計(jì)算包圍盒；

l 計(jì)算網(wǎng)格面積；

l 計(jì)算兩個(gè)BRep之間的距離；

l 計(jì)算HLR（隱藏線消除）；

相關(guān)的內(nèi)容在其官網(wǎng)上，網(wǎng)址： https://tracker.dev.opencascade.org/view.php?id=28125

2. Display Mesh

OCC中支持的網(wǎng)格文件只有STL文件，在Draw Test Harness中提供了讀取STL文件的命令readstl，命令參數(shù)如下圖所示：

Figure 1. Draw readstl command

第一個(gè)參數(shù)shape是讀取STL生成的BRep名稱；

第二個(gè)參數(shù)file是STL文件名；

第三個(gè)參數(shù)triangulation是可選參數(shù)，如果輸入triangulation，則采用新的方式即直接生成網(wǎng)格；否則采用原來(lái)的方式，即將網(wǎng)格的每個(gè)三角形生成一個(gè)TopoDS_Face；

下面將這些命令寫在一個(gè)Tcl腳本文件中，把OCC數(shù)據(jù)data文件夾中的STL文件進(jìn)行顯示， 

pload ALL
readstl s [pwd]/data/stl/bearing.stl triangulation
vdisplay s

下面對(duì)上述腳本進(jìn)行解釋。

第一行pload ALL是加載OCC所有的腳本命令；

第二行使用readstl命令，且設(shè)置成triangulation讀取模式；

第三行是在三維視圖窗口中顯示讀取的STL模型；

直接在Draw Test Harness中輸入上述命令也可以，反正只有幾行。或者把這幾行命令保存成一個(gè)文件，再使用source命令來(lái)加載也可以。下面是在3D Viewer中顯示讀取的STL模型：

Figure 2. Shaded STL model in 3D Viewer

使用快捷鍵S/W來(lái)切換顯示模式，S表示Shaded，是著色渲染模式；W表示Wireframe，是線框顯示模式。下圖為切換到線框顯示模式的效果：

Figure 3. Wireframe STL model in 3D Viewer

從上圖可知，采用直接顯示網(wǎng)格的方式顯示的STL模型在線框模式的時(shí)候，效果不是很理想。一般的三維軟件對(duì)于這種網(wǎng)格的線框模式就是直接顯示每個(gè)三角形。如下圖所示：

Figure 4. Wireframe of the STL model

所以，如果有需要在OCC中顯示STL模型的線框，則需要自己再作處理，可以選擇一些邊加到BRep體中，不一定像上圖所示那樣顯示每一個(gè)網(wǎng)格三角形。

3. Source Code

根據(jù)原來(lái)介紹的通過(guò)Draw的命令查找其源實(shí)現(xiàn)的方法，找到readstl命令的源碼在文件XSDRAWSTLVRML.cxx中，源碼如下所示：

//=============================================================================
//function : readstl
//purpose  : Reads stl file
//=============================================================================
static Standard_Integer readstl(Draw_Interpretor& theDI,
                                Standard_Integer theArgc,
                                const char** theArgv)
{
  if (theArgc < 3)
  {
    theDI << "wrong number of parameters" << "\n";
    return 1;
  }
  else
  {
    if (theArgc == 4 &&
        strcmp("triangulation", theArgv[3]) == 0)
    {
      // Read STL file to the triangulation.
      Handle(Draw_ProgressIndicator) aProgress = new Draw_ProgressIndicator (theDI, 1);
      Handle(Poly_Triangulation) aTriangulation = RWStl::ReadFile (theArgv[2], aProgress);
      TopoDS_Face aFace;
      BRep_Builder aB;
      aB.MakeFace(aFace);
      aB.UpdateFace(aFace, aTriangulation);
      DBRep::Set(theArgv[1], aFace);
    }
    else
    {
      TopoDS_Shape aShape;
      Standard_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
      StlAPI::Read(aShape, theArgv[2]);
      Standard_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
      DBRep::Set(theArgv[1], aShape);
    }
  }
  return 0;
}

當(dāng)使用選項(xiàng)triangulation時(shí)，采用新的讀取STL函數(shù)得到網(wǎng)格數(shù)據(jù)，再用BRep體的底層函數(shù)生成一個(gè)TopoDS_Face，直接將網(wǎng)格數(shù)據(jù)aTriangulation設(shè)置在Face中。

當(dāng)不使用選項(xiàng)triangulation時(shí)，還是采用老的方式來(lái)讀取STL模型。老的方式讀取速度慢，且將網(wǎng)格中每個(gè)三角形生成一個(gè)TopoDS_Face，占用大量?jī)?nèi)存，是效率不高的方式，所以標(biāo)記為作廢狀態(tài)。開(kāi)發(fā)者應(yīng)盡量采用新的方式。

4. Conclusion

從OCC7.3版本開(kāi)始支持只包含顯示數(shù)據(jù)的BRep體，這樣只包含顯示數(shù)據(jù)的BRep體可以直接顯示，與原來(lái)的將網(wǎng)格數(shù)據(jù)中的每個(gè)三角形都生成TopoDS_Face的方式相比，將會(huì)大大提高顯示效率。

因?yàn)榫W(wǎng)格數(shù)據(jù)中沒(méi)有包含線框的信息，所以直接顯示的網(wǎng)格模型切換到線框模式的效果不好，有時(shí)甚至不顯示線框。

Figure 5 Propeller STL model

上圖所示的STL螺旋槳模型切換到線線框模式后，就沒(méi)有了。這時(shí)OCC的選擇功能也不能使用，即選不中這個(gè)模型了。

如果要顯示網(wǎng)格模型的線框，需要自己根據(jù)實(shí)際情況添加一些Edge以達(dá)到理想效果。

5. References

1. https://tracker.dev.opencascade.org/view.php?id=28125

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