HalfedgeMesh类 参考

半边网格整体。 更多...

#include <halfedge.h>

类
struct	EdgeRecord
	在曲面简化算法中用到的工具类。 更多...

Public 成员函数
	HalfedgeMesh (Object &object)
	HalfedgeMesh (HalfedgeMesh &other)=delete
	~HalfedgeMesh ()
void	sync ()
void	render (const Shader &shader)
std::optional< Edge * >	flip_edge (Edge *e)
	翻转一条边。
std::optional< Vertex * >	split_edge (Edge *e)
	分裂一条边。
std::optional< Vertex * >	collapse_edge (Edge *e)
	坍缩一条边。
void	loop_subdivide ()
	执行一次 Loop 曲面细分。
void	simplify ()
	执行一次曲面简化。
void	isotropic_remesh ()
	执行一次重网格化。

静态 Public 成员函数
static std::tuple< Eigen::Vector3f, Eigen::Vector3f >	halfedge_arrow_endpoints (const Halfedge *h)

Public 属性
LinkedList< Halfedge >	halfedges
LinkedList< Vertex >	vertices
LinkedList< Edge >	edges
LinkedList< Face >	faces
std::vector< Vertex * >	v_pointers
std::variant< std::monostate, Vertex *, Edge *, Face * >	inconsistent_element
	当前处于不一致状态的几何基本元素。
bool	global_inconsistent
std::optional< HalfedgeMeshFailure >	error_info

Private 成员函数
Halfedge *	new_halfedge ()
Vertex *	new_vertex ()
Edge *	new_edge ()
Face *	new_face (bool is_boundary=false)
void	regenerate_halfedge_arrows ()
void	erase (Halfedge *h)
void	erase (Vertex *v)
void	erase (Edge *e)
void	erase (Face *f)
void	clear_erasure_records ()
	释放内存并清除已删除元素的记录。
std::optional< HalfedgeMeshFailure >	validate ()
	检查半边网格的状态。

Private 属性
Object &	object
GL::Mesh &	mesh
std::unordered_map< size_t, Halfedge * >	erased_halfedges
std::unordered_map< size_t, Vertex * >	erased_vertices
std::unordered_map< size_t, Edge * >	erased_edges
std::unordered_map< size_t, Face * >	erased_faces
std::unordered_map< const Vertex *, size_t >	v_indices
std::unordered_map< const Halfedge *, size_t >	h_indices
GL::LineSet	halfedge_arrows
std::shared_ptr< spdlog::logger >	logger

静态 Private 属性
static std::size_t	next_available_id = 0

友元
bool	operator< (const EdgeRecord &a, const EdgeRecord &b)

详细描述

半边网格整体。

当 Dandelion 进入建模模式时，Scene 对象将用选中的 mesh 构造一个半边网格， 从而支持各种基于半边网格的几何算法。当几何操作完成后，需要将半边网格的几何信息 （坐标、连接关系等）同步到原先的 mesh，这样才能显示操作带来的变化。

各种全局操作往往需要频繁增删几何元素，为了保证 \(O(1)\) 的增删效率， 所有的几何元素都存储于双向链表 (LinkedList) 中。

构造及析构函数说明

HalfedgeMesh() [1/2]

HalfedgeMesh::HalfedgeMesh

(

Object &

object

)

指定一个 GL::Mesh 作为参照，构造半边网格。

HalfedgeMesh() [2/2]

HalfedgeMesh::HalfedgeMesh ( HalfedgeMesh & other )

delete

全局只有一个半边网格实例，因此不允许复制构造。

~HalfedgeMesh()

HalfedgeMesh::~HalfedgeMesh

(

)

析构时会调用 clear_erasure_records 释放所有已删除元素占据的内存。

成员函数说明

clear_erasure_records()

void HalfedgeMesh::clear_erasure_records ( )

private

释放内存并清除已删除元素的记录。

这个函数执行 delete 释放内存，并清空各 erased_[elements] 容器中存储的删除记录。

collapse_edge()

optional< Vertex * > HalfedgeMesh::collapse_edge

(

Edge *

e

)

坍缩一条边。

将传入的边坍缩成一个顶点，原先连接到两个端点上的其他边全部连接到这个顶点； 如果这条边的某个邻接面是三角形面，这个邻接面会被坍缩成一条边。

不加检查地坍缩一条边有可能破坏 mesh 的流形性质。假设边端点分别为 \(v_1,v_2\)， 此函数仅当

\[ \mathcal{N}_1(v_1)\cap\mathcal{N}_1(v_2) = 2 \]

时才执行坍缩，以免破坏流行性质。

返回

如果坍缩成功，返回坍缩后的顶点；反之返回 std::nullopt 。

erase() [1/4]

void HalfedgeMesh::erase ( Edge * e )

private

删除一条边。

erase() [2/4]

void HalfedgeMesh::erase ( Face * f )

private

删除一个面。

erase() [3/4]

void HalfedgeMesh::erase ( Halfedge * h )

private

删除一条半边。

erase() [4/4]

void HalfedgeMesh::erase ( Vertex * v )

private

删除一个顶点。

flip_edge()

optional< Edge * > HalfedgeMesh::flip_edge

(

Edge *

e

)

翻转一条边。

由于翻转边的过程中所有几何基本元素数量不变，可以在不增删元素的前提下实现这个函数。 在此情况下，返回的就是被传入的边。如果实现过程中删除了原有的边， 返回的指针可能与传入的不同。

但无论采用哪种实现方法，都不应该翻转 mesh 边界上的边。

返回

如果翻转成功，返回被翻转的边；反之返回 std::nullopt 。

halfedge_arrow_endpoints()

tuple< Vector3f, Vector3f > HalfedgeMesh::halfedge_arrow_endpoints ( const Halfedge * h )

static

返回绘制半边时的起点和终点坐标。

isotropic_remesh()

void HalfedgeMesh::isotropic_remesh

(

)

执行一次重网格化。

该函数采用各向同性重网格化策略调整 mesh 的边，尽可能让每个顶点的度都接近 6、 每个面片都接近正三角形。调整时它重复以下过程：

1. 分裂过长的边
2. 坍缩过短的边
3. 通过翻转边让顶点的度数更平均
4. 将顶点位置向它的 \(\mathcal{N}_1\) 邻域平均值移动

各向同性重网格化只能应用于三角形网格。

loop_subdivide()

void HalfedgeMesh::loop_subdivide

(

)

执行一次 Loop 曲面细分。

该函数使用 flip_edge 和 split_edge 完成一次 Loop 曲面细分。注意，Loop 曲面细分只能细分三角网格。细分过程使用 is_boundary 和 on_boundary 等 API 来判断 mesh 边界并进行处理。

new_edge()

Edge * HalfedgeMesh::new_edge ( )

private

创建一条边。

new_face()

Face * HalfedgeMesh::new_face ( bool is_boundary = false )

private

创建一个面片，可以是真实存在的面片也可以是代表边界的虚拟面片。

new_halfedge()

Halfedge * HalfedgeMesh::new_halfedge ( )

private

创建一条半边。

new_vertex()

Vertex * HalfedgeMesh::new_vertex ( )

private

创建一个顶点。

regenerate_halfedge_arrows()

void HalfedgeMesh::regenerate_halfedge_arrows ( )

private

重新生成所有半边对应的箭头，在更新绘制数据时使用。

render()

void HalfedgeMesh::render

(

const Shader &

shader

)

渲染所有的半边（不负责渲染顶点、边和面片）。

simplify()

void HalfedgeMesh::simplify

(

)

执行一次曲面简化。

该函数根据二次误差度量 (Quadric Error Metric, QEM) 确定损失最小的边， 再用 collapse_edge 坍缩它从而减少面数，直至面数减为简化前的 1/4 或找不到可以坍缩的边为止。

split_edge()

optional< Vertex * > HalfedgeMesh::split_edge

(

Edge *

e

)

分裂一条边。

将传入的边分裂成两条边，分裂处新增一个顶点，并将此顶点与相对位置的两个顶点连接。 分裂操作要求指定边的两个邻接面都是三角形面。

返回

如果分裂成功，返回新增顶点；反之返回 std::nullopt 。

sync()

void HalfedgeMesh::sync

(

)

将当前半边网格的几何结构同步到数据源 mesh。

validate()

optional< HalfedgeMeshFailure > HalfedgeMesh::validate ( )

private

检查半边网格的状态。

这个函数可以检查半边网格中的连接关系是否正确、指针是否悬垂，有助于及时发现错误。 错误信息会被输出到日志，并返回一个错误枚举值（参考 HalfedgeMeshFailure 类的说明）。

返回

如果发现错误，返回相应的错误枚举值；反之为 std::nullopt

友元及相关符号说明

operator<

bool operator< ( const EdgeRecord & a, const EdgeRecord & b )

friend

排序 EdgeRecord 所需的比较运算符重载。

类成员变量说明

edges

LinkedList<Edge> HalfedgeMesh::edges

所有边。

erased_edges

std::unordered_map<size_t, Edge*> HalfedgeMesh::erased_edges

private

已删除的边。

erased_faces

std::unordered_map<size_t, Face*> HalfedgeMesh::erased_faces

private

已删除的面。

erased_halfedges

std::unordered_map<size_t, Halfedge*> HalfedgeMesh::erased_halfedges

private

已删除的半边。

erased_vertices

std::unordered_map<size_t, Vertex*> HalfedgeMesh::erased_vertices

private

已删除的顶点。

error_info

std::optional<HalfedgeMeshFailure> HalfedgeMesh::error_info

在创建半边网格时设置，如果创建正常则为 std::nullopt。

faces

LinkedList<Face> HalfedgeMesh::faces

所有面片。

global_inconsistent

bool HalfedgeMesh::global_inconsistent

全局一致性。成功完成一次全局操作后，此变量将置为真，表示需要同步到参照 mesh。

h_indices

std::unordered_map<const Halfedge*, size_t> HalfedgeMesh::h_indices

private

将半边网格的半边指针映射为 GL::LineSet 中的箭头索引。

halfedge_arrows

GL::LineSet HalfedgeMesh::halfedge_arrows

private

用于渲染半边的 LineSet 对象。

halfedges

LinkedList<Halfedge> HalfedgeMesh::halfedges

所有半边。

inconsistent_element

std::variant<std::monostate, Vertex*, Edge*, Face*> HalfedgeMesh::inconsistent_element

当前处于不一致状态的几何基本元素。

在 GUI 上选中了半边网格中的某个元素后，控制器将设置该属性，sync 函数根据该属性的值在每一帧更新数据源 mesh 中的顶点坐标，让建模模式下可以实时预览形变效果。

logger

std::shared_ptr<spdlog::logger> HalfedgeMesh::logger

private

日志记录器。

mesh

GL::Mesh& HalfedgeMesh::mesh

private

数据源 mesh，用于构造半边网格，需要同步修改。

next_available_id

size_t HalfedgeMesh::next_available_id = 0

staticprivate

用于构造半边网格几何元素时分配新的唯一 ID。

object

Object& HalfedgeMesh::object

private

数据源 mesh 对应的物体。

v_indices

std::unordered_map<const Vertex*, size_t> HalfedgeMesh::v_indices

private

将半边网格中的顶点指针映射为 GL::Mesh 使用的顶点索引。

v_pointers

std::vector<Vertex*> HalfedgeMesh::v_pointers

将 GL::Mesh 使用的顶点索引映射为半边网格中的顶点指针。

vertices

LinkedList<Vertex> HalfedgeMesh::vertices

所有顶点。

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该类的文档由以下文件生成:

• halfedge.h
• halfedge_mesh.cpp
• meshedit.cpp