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[occt.git] / src / BRepBndLib / BRepBndLib_1.cxx
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2 //
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10 //
11 // Alternatively, this file may be used under the terms of Open CASCADE
12 // commercial license or contractual agreement.
13
14 #include <Adaptor3d_HCurve.hxx>
15 #include <Adaptor3d_HSurface.hxx>
16 #include <GeomAdaptor_HCurve.hxx>
17 #include <BRepBndLib.hxx>
18 #include <GProp_GProps.hxx>
19 #include <TopoDS_Shape.hxx>
20 #include <BRep_Tool.hxx>
21 #include <TopoDS.hxx>
22 #include <Bnd_OBB.hxx>
23 #include <BRepGProp.hxx>
24 #include <TopExp_Explorer.hxx>
25 #include <GProp_PrincipalProps.hxx>
26 #include <gp_Ax3.hxx>
27 #include <BRepBuilderAPI_Transform.hxx>
28 #include <Bnd_Box.hxx>
29 #include <NCollection_List.hxx>
30 #include <TColgp_Array1OfPnt.hxx>
31 #include <TColStd_Array1OfReal.hxx>
32 #include <Geom_Plane.hxx>
33 #include <Geom_Line.hxx>
34 #include <TColStd_Array1OfInteger.hxx>
35 #include <BRepAdaptor_Curve.hxx>
36 #include <BRepAdaptor_HSurface.hxx>
37
38 #include <Geom_OffsetCurve.hxx>
39 #include <Geom_BSplineCurve.hxx>
40 #include <Geom_BezierCurve.hxx>
41 #include <Geom_BSplineSurface.hxx>
42 #include <Geom_BezierSurface.hxx>
43
44 //=======================================================================
45 // Function : IsLinear
46 // purpose : Returns TRUE if theC is line-like.
47 //=======================================================================
48 static Standard_Boolean IsLinear(const Adaptor3d_Curve& theC)
49 {
50   const GeomAbs_CurveType aCT = theC.GetType();
51   if(aCT == GeomAbs_OffsetCurve)
52   {
53     return IsLinear(GeomAdaptor_Curve(theC.OffsetCurve()->BasisCurve()));
54   }
55
56   if((aCT == GeomAbs_BSplineCurve) || (aCT == GeomAbs_BezierCurve))
57   {
58     // Indeed, curves with C0-continuity and degree==1, may be 
59     // represented with set of points. It will be possible made
60     // in the future.
61
62     return ((theC.Degree() == 1) &&
63             (theC.Continuity() != GeomAbs_C0));
64   }
65
66   if(aCT == GeomAbs_Line)
67   {
68     return Standard_True;
69   }
70
71   return Standard_False;
72 }
73
74 //=======================================================================
75 // Function : IsPlanar
76 // purpose : Returns TRUE if theS is plane-like.
77 //=======================================================================
78 static Standard_Boolean IsPlanar(const Adaptor3d_Surface& theS)
79 {
80   const GeomAbs_SurfaceType aST = theS.GetType();
81   if(aST == GeomAbs_OffsetSurface)
82   {
83     return IsPlanar(theS.BasisSurface()->Surface());
84   }
85
86   if(aST == GeomAbs_SurfaceOfExtrusion)
87   {
88     return IsLinear(theS.BasisCurve()->Curve());
89   }
90
91   if((aST == GeomAbs_BSplineSurface) || (aST == GeomAbs_BezierSurface))
92   {
93     if((theS.UDegree() != 1) || (theS.VDegree() != 1))
94       return Standard_False;
95
96     // Indeed, surfaces with C0-continuity and degree==1, may be 
97     // represented with set of points. It will be possible made
98     // in the future.
99
100     return ((theS.UContinuity() != GeomAbs_C0) && (theS.VContinuity() != GeomAbs_C0));
101   }
102
103   if(aST == GeomAbs_Plane)
104   {
105     return Standard_True;
106   }
107
108   return Standard_False;
109 }
110
111 //=======================================================================
112 // Function : PointsForOBB
113 // purpose : Returns number of points for array.
114 //
115 // Attention!!! 
116 //  1. Start index for thePts must be 0 strictly.
117 //  2. Currently, infinite edges/faces (e.g. half-space) are not
118 //      processed correctly because computation of UV-bounds is a costly operation.
119 //=======================================================================
120 static Standard_Integer PointsForOBB(const TopoDS_Shape& theS,
121                                      const Standard_Boolean theIsTriangulationUsed,
122                                      TColgp_Array1OfPnt* thePts = 0,
123                                      TColStd_Array1OfReal* theArrOfToler = 0)
124 {
125   Standard_Integer aRetVal = 0;
126   TopExp_Explorer anExpF, anExpE;
127
128   // get all vertices from the shape
129   for(anExpF.Init(theS, TopAbs_VERTEX); anExpF.More(); anExpF.Next())
130   {
131     const TopoDS_Vertex &aVert = TopoDS::Vertex(anExpF.Current());
132     if(thePts)
133     {
134       const gp_Pnt aP = BRep_Tool::Pnt(aVert);
135       (*thePts)(aRetVal) = aP;
136     }
137
138     if(theArrOfToler)
139     {
140       (*theArrOfToler) (aRetVal) = BRep_Tool::Tolerance(aVert);
141     }
142
143     ++aRetVal;
144   }
145
146   if(aRetVal == 0)
147     return 0;
148
149   // analyze the faces of the shape on planarity and existence of triangulation
150   TopLoc_Location aLoc;
151   for(anExpF.Init(theS, TopAbs_FACE); anExpF.More(); anExpF.Next())
152   {
153     const TopoDS_Face &aF = TopoDS::Face(anExpF.Current());
154     const BRepAdaptor_Surface anAS(aF, Standard_False);
155
156     if (!IsPlanar(anAS.Surface()))
157     {
158       if (!theIsTriangulationUsed)
159         // not planar and triangulation usage disabled
160         return 0;
161     }
162     else
163     {
164       // planar face
165       for(anExpE.Init(aF, TopAbs_EDGE); anExpE.More(); anExpE.Next())
166       {
167         const TopoDS_Edge &anE = TopoDS::Edge(anExpE.Current());
168         if (BRep_Tool::IsGeometric (anE))
169         {
170           const BRepAdaptor_Curve anAC(anE);
171           if (!IsLinear(anAC))
172           {
173             if (!theIsTriangulationUsed)
174               // not linear and triangulation usage disabled
175               return 0;
176
177             break;
178           }
179         }
180       }
181
182       if (!anExpE.More())
183         // skip planar face with linear edges as its vertices have already been added
184         continue;
185     }
186
187     // Use triangulation of the face
188     const Handle(Poly_Triangulation) &aTrng = BRep_Tool::Triangulation(aF, aLoc);
189     if (aTrng.IsNull())
190       // no triangulation on the face
191       return 0;
192
193     const Standard_Integer aCNode = aTrng->NbNodes();
194     const TColgp_Array1OfPnt& aNodesArr = aTrng->Nodes();
195     for (Standard_Integer i = 1; i <= aCNode; i++)
196     {
197       if (thePts)
198       {
199         const gp_Pnt aP = aLoc.IsIdentity() ? aNodesArr(i) :
200           aNodesArr(i).Transformed(aLoc);
201         (*thePts)(aRetVal) = aP;
202       }
203
204       if (theArrOfToler)
205       {
206         (*theArrOfToler) (aRetVal) = aTrng->Deflection();
207       }
208
209       ++aRetVal;
210     }
211   }
212
213   // Consider edges without faces
214
215   for(anExpE.Init(theS, TopAbs_EDGE, TopAbs_FACE); anExpE.More(); anExpE.Next())
216   {
217     const TopoDS_Edge &anE = TopoDS::Edge(anExpE.Current());
218     if (BRep_Tool::IsGeometric (anE))
219     {
220       const BRepAdaptor_Curve anAC(anE);
221       if (IsLinear(anAC))
222       {
223         // skip linear edge as its vertices have already been added
224         continue;
225       }
226     }
227
228     if (!theIsTriangulationUsed)
229       // not linear and triangulation usage disabled
230       return 0;
231
232     const Handle(Poly_Polygon3D) &aPolygon = BRep_Tool::Polygon3D(anE, aLoc);
233     if (aPolygon.IsNull())
234       return 0;
235
236     const Standard_Integer aCNode = aPolygon->NbNodes();
237     const TColgp_Array1OfPnt& aNodesArr = aPolygon->Nodes();
238     for (Standard_Integer i = 1; i <= aCNode; i++)
239     {
240       if (thePts)
241       {
242         const gp_Pnt aP = aLoc.IsIdentity() ? aNodesArr(i) :
243           aNodesArr(i).Transformed(aLoc);
244         (*thePts)(aRetVal) = aP;
245       }
246
247       if (theArrOfToler)
248       {
249         (*theArrOfToler) (aRetVal) = aPolygon->Deflection();
250       }
251
252       ++aRetVal;
253     }
254   }
255
256   return aRetVal;
257 }
258
259 //=======================================================================
260 // Function : IsWCS
261 // purpose : Returns 0 if the theDir does not match any axis of WCS.
262 //            Otherwise, returns the index of correspond axis.
263 //=======================================================================
264 static Standard_Integer IsWCS(const gp_Dir& theDir)
265 {
266   const Standard_Real aToler = Precision::Angular()*Precision::Angular();
267
268   const Standard_Real aX = theDir.X(),
269                       aY = theDir.Y(),
270                       aZ = theDir.Z();
271
272   const Standard_Real aVx = aY*aY + aZ*aZ,
273                       aVy = aX*aX + aZ*aZ,
274                       aVz = aX*aX + aY*aY;
275
276   if(aVz < aToler)
277     return 3; // Z-axis
278
279   if(aVy < aToler)
280     return 2; // Y-axis
281
282   if(aVx < aToler)
283     return 1; // X-axis
284
285   return 0;
286 }
287
288 //=======================================================================
289 // Function : CheckPoints
290 // purpose : Collects points for DiTO algorithm for OBB construction on
291 //            linear/planar shapes and shapes having triangulation
292 //            (http://www.idt.mdh.se/~tla/publ/FastOBBs.pdf).
293 //=======================================================================
294 static Standard_Boolean CheckPoints(const TopoDS_Shape& theS,
295                                     const Standard_Boolean theIsTriangulationUsed,
296                                     const Standard_Boolean theIsShapeToleranceUsed,
297                                     Bnd_OBB& theOBB)
298 {
299   const Standard_Integer aNbPnts = PointsForOBB(theS, theIsTriangulationUsed);
300
301   if(aNbPnts < 1)
302     return Standard_False;
303
304   TColgp_Array1OfPnt anArrPnts(0, theOBB.IsVoid() ? aNbPnts - 1 : aNbPnts + 7);
305   TColStd_Array1OfReal anArrOfTolerances;
306   if(theIsShapeToleranceUsed)
307   {
308     anArrOfTolerances.Resize(anArrPnts.Lower(), anArrPnts.Upper(), Standard_False);
309     anArrOfTolerances.Init(0.0);
310   }
311
312   TColStd_Array1OfReal *aPtrArrTol = theIsShapeToleranceUsed ? &anArrOfTolerances : 0;
313
314   PointsForOBB(theS, theIsTriangulationUsed, &anArrPnts, aPtrArrTol);
315
316   if(!theOBB.IsVoid())
317   {
318     // All points of old OBB have zero-tolerance
319     theOBB.GetVertex(&anArrPnts(aNbPnts));
320   }
321
322 #if 0
323   for(Standard_Integer i = anArrPnts.Lower(); i <= anArrPnts.Upper(); i++)
324   {
325     const gp_Pnt &aP = anArrPnts(i);
326     std::cout << "point p" << i << " " << aP.X() << ", " << 
327                                           aP.Y() << ", " << 
328                                           aP.Z() << ", "<< std::endl;
329   }
330 #endif
331
332   theOBB.ReBuild(anArrPnts, aPtrArrTol);
333
334   return (!theOBB.IsVoid());
335 }
336
337 //=======================================================================
338 // Function : ComputeProperties
339 // purpose : Computes properties of theS.
340 //=======================================================================
341 static void ComputeProperties(const TopoDS_Shape& theS,
342                               GProp_GProps& theGCommon)
343 {
344   TopExp_Explorer anExp;
345   for(anExp.Init(theS, TopAbs_SOLID); anExp.More(); anExp.Next())
346   {
347     GProp_GProps aG;
348     BRepGProp::VolumeProperties(anExp.Current(), aG, Standard_True);
349     theGCommon.Add(aG);
350   }
351
352   for(anExp.Init(theS, TopAbs_FACE, TopAbs_SOLID); anExp.More(); anExp.Next())
353   {
354     GProp_GProps aG;
355     BRepGProp::SurfaceProperties(anExp.Current(), aG, Standard_True);
356     theGCommon.Add(aG);
357   }
358
359   for(anExp.Init(theS, TopAbs_EDGE, TopAbs_FACE); anExp.More(); anExp.Next())
360   {
361     GProp_GProps aG;
362     BRepGProp::LinearProperties(anExp.Current(), aG, Standard_True);
363     theGCommon.Add(aG);
364   }
365
366   for(anExp.Init(theS, TopAbs_VERTEX, TopAbs_EDGE); anExp.More(); anExp.Next())
367   {
368     GProp_GProps aG(BRep_Tool::Pnt(TopoDS::Vertex(anExp.Current())));
369     theGCommon.Add(aG);
370   }
371 }
372
373 //=======================================================================
374 // Function : ComputePCA
375 // purpose : Creates OBB with axes of inertia.
376 //=======================================================================
377 static void ComputePCA(const TopoDS_Shape& theS,
378                        Bnd_OBB& theOBB,
379                        const Standard_Boolean theIsTriangulationUsed,
380                        const Standard_Boolean theIsOptimal,
381                        const Standard_Boolean theIsShapeToleranceUsed)
382 {
383   // Compute the transformation matrix to obtain more tight bounding box
384   GProp_GProps aGCommon;
385   ComputeProperties(theS, aGCommon);
386
387   // Transform the shape to the local coordinate system
388   gp_Trsf aTrsf;
389
390   const Standard_Integer anIdx1 =
391                   IsWCS(aGCommon.PrincipalProperties().FirstAxisOfInertia());
392   const Standard_Integer anIdx2 =
393                   IsWCS(aGCommon.PrincipalProperties().SecondAxisOfInertia());
394
395   if((anIdx1 == 0) || (anIdx2 == 0))
396   {
397     // Coordinate system in which the shape will have the optimal bounding box
398     gp_Ax3 aLocCoordSys(aGCommon.CentreOfMass(),
399                         aGCommon.PrincipalProperties().ThirdAxisOfInertia(),
400                         aGCommon.PrincipalProperties().FirstAxisOfInertia());
401     aTrsf.SetTransformation(aLocCoordSys);
402   }
403
404   const TopoDS_Shape aST = (aTrsf.Form() == gp_Identity) ? theS :
405                                               theS.Moved(TopLoc_Location(aTrsf));
406
407   // Initial axis-aligned BndBox
408   Bnd_Box aShapeBox;
409   if(theIsOptimal)
410   {
411     BRepBndLib::AddOptimal(aST, aShapeBox, theIsTriangulationUsed, theIsShapeToleranceUsed);
412   }
413   else
414   {
415     BRepBndLib::Add(aST, aShapeBox);
416   }
417
418   gp_Pnt aPMin = aShapeBox.CornerMin();
419   gp_Pnt aPMax = aShapeBox.CornerMax();
420
421   gp_XYZ aXDir(1, 0, 0);
422   gp_XYZ aYDir(0, 1, 0);
423   gp_XYZ aZDir(0, 0, 1);
424
425   // Compute the center of the box
426   gp_XYZ aCenter = (aPMin.XYZ() + aPMax.XYZ()) / 2.;
427
428   // Compute the half diagonal size of the box.
429   // It takes into account the gap.
430   gp_XYZ anOBBHSize = (aPMax.XYZ() - aPMin.XYZ()) / 2.;
431
432   // Apply transformation if necessary
433   if(aTrsf.Form() != gp_Identity)
434   {
435     aTrsf.Invert();
436     aTrsf.Transforms(aCenter);
437
438     // Make transformation
439     const Standard_Real * aMat = &aTrsf.HVectorialPart().Value(1, 1);
440     // Compute axes directions of the box
441     aXDir = gp_XYZ(aMat[0], aMat[3], aMat[6]);
442     aYDir = gp_XYZ(aMat[1], aMat[4], aMat[7]);
443     aZDir = gp_XYZ(aMat[2], aMat[5], aMat[8]);
444   }
445
446   if(theOBB.IsVoid())
447   {
448     // Create the OBB box
449
450     // Set parameters to the OBB
451     theOBB.SetCenter(aCenter);
452
453     theOBB.SetXComponent(aXDir, anOBBHSize.X());
454     theOBB.SetYComponent(aYDir, anOBBHSize.Y());
455     theOBB.SetZComponent(aZDir, anOBBHSize.Z());
456     theOBB.SetAABox(aTrsf.Form() == gp_Identity);
457   }
458   else
459   {
460     // Recreate the OBB box
461
462     TColgp_Array1OfPnt aListOfPnts(0, 15);
463     theOBB.GetVertex(&aListOfPnts(0));
464
465     const Standard_Real aX = anOBBHSize.X();
466     const Standard_Real aY = anOBBHSize.Y();
467     const Standard_Real aZ = anOBBHSize.Z();
468
469     const gp_XYZ aXext = aX*aXDir,
470                  aYext = aY*aYDir,
471                  aZext = aZ*aZDir;
472
473     Standard_Integer aPntIdx = 8;
474     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext - aYext - aZext;
475     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext - aYext - aZext;
476     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext + aYext - aZext;
477     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext + aYext - aZext;
478     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext - aYext + aZext;
479     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext - aYext + aZext;
480     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext + aYext + aZext;
481     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext + aYext + aZext;
482
483     theOBB.ReBuild(aListOfPnts);
484   }
485 }
486
487 //=======================================================================
488 // Function : AddOBB
489 // purpose : 
490 //=======================================================================
491 void BRepBndLib::AddOBB(const TopoDS_Shape& theS,
492                         Bnd_OBB& theOBB,
493                         const Standard_Boolean theIsTriangulationUsed,
494                         const Standard_Boolean theIsOptimal,
495                         const Standard_Boolean theIsShapeToleranceUsed)
496 {
497   if(CheckPoints(theS, theIsTriangulationUsed, theIsShapeToleranceUsed, theOBB))
498     return;
499
500   ComputePCA(theS, theOBB, theIsTriangulationUsed, theIsOptimal, theIsShapeToleranceUsed);
501 }