src/BRepBndLib/BRepBndLib_1.cxx

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   6 // the terms of the GNU Lesser General Public License version 2.1 as published
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   9 // distribution for complete text of the license and disclaimer of any warranty.
  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         const BRepAdaptor_Curve anAC(anE);
 169         if (!IsLinear(anAC))
 170         {
 171           if (!theIsTriangulationUsed)
 172             // not linear and triangulation usage disabled
 173             return 0;
 174
 175           break;
 176         }
 177       }
 178
 179       if (!anExpE.More())
 180         // skip planar face with linear edges as its vertices have already been added
 181         continue;
 182     }
 183
 184     // Use triangulation of the face
 185     const Handle(Poly_Triangulation) &aTrng = BRep_Tool::Triangulation(aF, aLoc);
 186     if (aTrng.IsNull())
 187       // no triangulation on the face
 188       return 0;
 189
 190     const Standard_Integer aCNode = aTrng->NbNodes();
 191     const TColgp_Array1OfPnt& aNodesArr = aTrng->Nodes();
 192     for (Standard_Integer i = 1; i <= aCNode; i++)
 193     {
 194       if (thePts)
 195       {
 196         const gp_Pnt aP = aLoc.IsIdentity() ? aNodesArr(i) :
 197           aNodesArr(i).Transformed(aLoc);
 198         (*thePts)(aRetVal) = aP;
 199       }
 200
 201       if (theArrOfToler)
 202       {
 203         (*theArrOfToler) (aRetVal) = aTrng->Deflection();
 204       }
 205
 206       ++aRetVal;
 207     }
 208   }
 209
 210   // Consider edges without faces
 211
 212   for(anExpE.Init(theS, TopAbs_EDGE, TopAbs_FACE); anExpE.More(); anExpE.Next())
 213   {
 214     const TopoDS_Edge &anE = TopoDS::Edge(anExpE.Current());
 215     const BRepAdaptor_Curve anAC(anE);
 216
 217     if (IsLinear(anAC))
 218       // skip linear edge as its vertices have already been added
 219       continue;
 220
 221     if (!theIsTriangulationUsed)
 222       // not linear and triangulation usage disabled
 223       return 0;
 224
 225     const Handle(Poly_Polygon3D) &aPolygon = BRep_Tool::Polygon3D(anE, aLoc);
 226     if (aPolygon.IsNull())
 227       return 0;
 228
 229     const Standard_Integer aCNode = aPolygon->NbNodes();
 230     const TColgp_Array1OfPnt& aNodesArr = aPolygon->Nodes();
 231     for (Standard_Integer i = 1; i <= aCNode; i++)
 232     {
 233       if (thePts)
 234       {
 235         const gp_Pnt aP = aLoc.IsIdentity() ? aNodesArr(i) :
 236           aNodesArr(i).Transformed(aLoc);
 237         (*thePts)(aRetVal) = aP;
 238       }
 239
 240       if (theArrOfToler)
 241       {
 242         (*theArrOfToler) (aRetVal) = aPolygon->Deflection();
 243       }
 244
 245       ++aRetVal;
 246     }
 247   }
 248
 249   return aRetVal;
 250 }
 251
 252 //=======================================================================
 253 // Function : IsWCS
 254 // purpose : Returns 0 if the theDir does not match any axis of WCS.
 255 //            Otherwise, returns the index of correspond axis.
 256 //=======================================================================
 257 static Standard_Integer IsWCS(const gp_Dir& theDir)
 258 {
 259   const Standard_Real aToler = Precision::Angular()*Precision::Angular();
 260
 261   const Standard_Real aX = theDir.X(),
 262                       aY = theDir.Y(),
 263                       aZ = theDir.Z();
 264
 265   const Standard_Real aVx = aY*aY + aZ*aZ,
 266                       aVy = aX*aX + aZ*aZ,
 267                       aVz = aX*aX + aY*aY;
 268
 269   if(aVz < aToler)
 270     return 3; // Z-axis
 271
 272   if(aVy < aToler)
 273     return 2; // Y-axis
 274
 275   if(aVx < aToler)
 276     return 1; // X-axis
 277
 278   return 0;
 279 }
 280
 281 //=======================================================================
 282 // Function : CheckPoints
 283 // purpose : Collects points for DiTO algorithm for OBB construction on
 284 //            linear/planar shapes and shapes having triangulation
 285 //            (http://www.idt.mdh.se/~tla/publ/FastOBBs.pdf).
 286 //=======================================================================
 287 static Standard_Boolean CheckPoints(const TopoDS_Shape& theS,
 288                                     const Standard_Boolean theIsTriangulationUsed,
 289                                     const Standard_Boolean theIsShapeToleranceUsed,
 290                                     Bnd_OBB& theOBB)
 291 {
 292   const Standard_Integer aNbPnts = PointsForOBB(theS, theIsTriangulationUsed);
 293
 294   if(aNbPnts < 1)
 295     return Standard_False;
 296
 297   TColgp_Array1OfPnt anArrPnts(0, theOBB.IsVoid() ? aNbPnts - 1 : aNbPnts + 7);
 298   TColStd_Array1OfReal anArrOfTolerances;
 299   if(theIsShapeToleranceUsed)
 300   {
 301     anArrOfTolerances.Resize(anArrPnts.Lower(), anArrPnts.Upper(), Standard_False);
 302     anArrOfTolerances.Init(0.0);
 303   }
 304
 305   TColStd_Array1OfReal *aPtrArrTol = theIsShapeToleranceUsed ? &anArrOfTolerances : 0;
 306
 307   PointsForOBB(theS, theIsTriangulationUsed, &anArrPnts, aPtrArrTol);
 308
 309   if(!theOBB.IsVoid())
 310   {
 311     // All points of old OBB have zero-tolerance
 312     theOBB.GetVertex(&anArrPnts(aNbPnts));
 313   }
 314
 315 #if 0
 316   for(Standard_Integer i = anArrPnts.Lower(); i <= anArrPnts.Upper(); i++)
 317   {
 318     const gp_Pnt &aP = anArrPnts(i);
 319     std::cout << "point p" << i << " " << aP.X() << ", " <<
 320                                           aP.Y() << ", " <<
 321                                           aP.Z() << ", "<< std::endl;
 322   }
 323 #endif
 324
 325   theOBB.ReBuild(anArrPnts, aPtrArrTol);
 326
 327   return (!theOBB.IsVoid());
 328 }
 329
 330 //=======================================================================
 331 // Function : ComputeProperties
 332 // purpose : Computes properties of theS.
 333 //=======================================================================
 334 static void ComputeProperties(const TopoDS_Shape& theS,
 335                               GProp_GProps& theGCommon)
 336 {
 337   TopExp_Explorer anExp;
 338   for(anExp.Init(theS, TopAbs_SOLID); anExp.More(); anExp.Next())
 339   {
 340     GProp_GProps aG;
 341     BRepGProp::VolumeProperties(anExp.Current(), aG, Standard_True);
 342     theGCommon.Add(aG);
 343   }
 344
 345   for(anExp.Init(theS, TopAbs_FACE, TopAbs_SOLID); anExp.More(); anExp.Next())
 346   {
 347     GProp_GProps aG;
 348     BRepGProp::SurfaceProperties(anExp.Current(), aG, Standard_True);
 349     theGCommon.Add(aG);
 350   }
 351
 352   for(anExp.Init(theS, TopAbs_EDGE, TopAbs_FACE); anExp.More(); anExp.Next())
 353   {
 354     GProp_GProps aG;
 355     BRepGProp::LinearProperties(anExp.Current(), aG, Standard_True);
 356     theGCommon.Add(aG);
 357   }
 358
 359   for(anExp.Init(theS, TopAbs_VERTEX, TopAbs_EDGE); anExp.More(); anExp.Next())
 360   {
 361     GProp_GProps aG(BRep_Tool::Pnt(TopoDS::Vertex(anExp.Current())));
 362     theGCommon.Add(aG);
 363   }
 364 }
 365
 366 //=======================================================================
 367 // Function : ComputePCA
 368 // purpose : Creates OBB with axes of inertia.
 369 //=======================================================================
 370 static void ComputePCA(const TopoDS_Shape& theS,
 371                        Bnd_OBB& theOBB,
 372                        const Standard_Boolean theIsTriangulationUsed,
 373                        const Standard_Boolean theIsOptimal,
 374                        const Standard_Boolean theIsShapeToleranceUsed)
 375 {
 376   // Compute the transformation matrix to obtain more tight bounding box
 377   GProp_GProps aGCommon;
 378   ComputeProperties(theS, aGCommon);
 379
 380   // Transform the shape to the local coordinate system
 381   gp_Trsf aTrsf;
 382
 383   const Standard_Integer anIdx1 =
 384                   IsWCS(aGCommon.PrincipalProperties().FirstAxisOfInertia());
 385   const Standard_Integer anIdx2 =
 386                   IsWCS(aGCommon.PrincipalProperties().SecondAxisOfInertia());
 387
 388   if((anIdx1 == 0) || (anIdx2 == 0))
 389   {
 390     // Coordinate system in which the shape will have the optimal bounding box
 391     gp_Ax3 aLocCoordSys(aGCommon.CentreOfMass(),
 392                         aGCommon.PrincipalProperties().ThirdAxisOfInertia(),
 393                         aGCommon.PrincipalProperties().FirstAxisOfInertia());
 394     aTrsf.SetTransformation(aLocCoordSys);
 395   }
 396
 397   const TopoDS_Shape aST = (aTrsf.Form() == gp_Identity) ? theS :
 398                                               theS.Moved(TopLoc_Location(aTrsf));
 399
 400   // Initial axis-aligned BndBox
 401   Bnd_Box aShapeBox;
 402   if(theIsOptimal)
 403   {
 404     BRepBndLib::AddOptimal(aST, aShapeBox, theIsTriangulationUsed, theIsShapeToleranceUsed);
 405   }
 406   else
 407   {
 408     BRepBndLib::Add(aST, aShapeBox);
 409   }
 410
 411   gp_Pnt aPMin = aShapeBox.CornerMin();
 412   gp_Pnt aPMax = aShapeBox.CornerMax();
 413
 414   gp_XYZ aXDir(1, 0, 0);
 415   gp_XYZ aYDir(0, 1, 0);
 416   gp_XYZ aZDir(0, 0, 1);
 417
 418   // Compute the center of the box
 419   gp_XYZ aCenter = (aPMin.XYZ() + aPMax.XYZ()) / 2.;
 420
 421   // Compute the half diagonal size of the box.
 422   // It takes into account the gap.
 423   gp_XYZ anOBBHSize = (aPMax.XYZ() - aPMin.XYZ()) / 2.;
 424
 425   // Apply transformation if necessary
 426   if(aTrsf.Form() != gp_Identity)
 427   {
 428     aTrsf.Invert();
 429     aTrsf.Transforms(aCenter);
 430
 431     // Make transformation
 432     const Standard_Real * aMat = &aTrsf.HVectorialPart().Value(1, 1);
 433     // Compute axes directions of the box
 434     aXDir = gp_XYZ(aMat[0], aMat[3], aMat[6]);
 435     aYDir = gp_XYZ(aMat[1], aMat[4], aMat[7]);
 436     aZDir = gp_XYZ(aMat[2], aMat[5], aMat[8]);
 437   }
 438
 439   if(theOBB.IsVoid())
 440   {
 441     // Create the OBB box
 442
 443     // Set parameters to the OBB
 444     theOBB.SetCenter(aCenter);
 445
 446     theOBB.SetXComponent(aXDir, anOBBHSize.X());
 447     theOBB.SetYComponent(aYDir, anOBBHSize.Y());
 448     theOBB.SetZComponent(aZDir, anOBBHSize.Z());
 449     theOBB.SetAABox(aTrsf.Form() == gp_Identity);
 450   }
 451   else
 452   {
 453     // Recreate the OBB box
 454
 455     TColgp_Array1OfPnt aListOfPnts(0, 15);
 456     theOBB.GetVertex(&aListOfPnts(0));
 457
 458     const Standard_Real aX = anOBBHSize.X();
 459     const Standard_Real aY = anOBBHSize.Y();
 460     const Standard_Real aZ = anOBBHSize.Z();
 461
 462     const gp_XYZ aXext = aX*aXDir,
 463                  aYext = aY*aYDir,
 464                  aZext = aZ*aZDir;
 465
 466     Standard_Integer aPntIdx = 8;
 467     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext - aYext - aZext;
 468     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext - aYext - aZext;
 469     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext + aYext - aZext;
 470     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext + aYext - aZext;
 471     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext - aYext + aZext;
 472     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext - aYext + aZext;
 473     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter - aXext + aYext + aZext;
 474     aListOfPnts(aPntIdx++) = aCenter + aXext + aYext + aZext;
 475
 476     theOBB.ReBuild(aListOfPnts);
 477   }
 478 }
 479
 480 //=======================================================================
 481 // Function : AddOBB
 482 // purpose :
 483 //=======================================================================
 484 void BRepBndLib::AddOBB(const TopoDS_Shape& theS,
 485                         Bnd_OBB& theOBB,
 486                         const Standard_Boolean theIsTriangulationUsed,
 487                         const Standard_Boolean theIsOptimal,
 488                         const Standard_Boolean theIsShapeToleranceUsed)
 489 {
 490   if(CheckPoints(theS, theIsTriangulationUsed, theIsShapeToleranceUsed, theOBB))
 491     return;
 492
 493   ComputePCA(theS, theOBB, theIsTriangulationUsed, theIsOptimal, theIsShapeToleranceUsed);
 494 }