1 // Created on: 2013-05-20
2 // Created by: Mikhail PONIKAROV
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14 // commercial license or contractual agreement.
16 #ifndef _FILLETALGO_H_
17 #define _FILLETALGO_H_
19 #include <TopoDS_Edge.hxx>
20 #include <TopoDS_Wire.hxx>
21 #include <gp_Pnt.hxx>
22 #include <Geom2d_Curve.hxx>
23 #include <Geom_Plane.hxx>
24 #include <TColStd_ListOfReal.hxx>
25 #include <TColStd_SequenceOfReal.hxx>
26 #include <TColStd_SequenceOfBoolean.hxx>
27 #include <TColStd_SequenceOfInteger.hxx>
29 class FilletPoint;
31 //! Algorithm that creates fillet edge: arc tangent to two edges in the start
32 //! and in the end vertices. Initial edges must be located on the plane and
33 //! must be connected by the end or start points (shared vertices are not
34 //! obligatory). Created fillet arc is created with the given radius, that is
35 //! useful in sketcher applications.
36 //!
37 //! The algorithm is iterative that allows to create fillet on any curves
38 //! of initial edges, that supports projection of point and C2 continuous.
39 //! Principles of algorithm can de reduced to the Newton method:
40 //! 1. Splitting initial edge into N segments where probably only 1 root can be
41 //!    found. N depends on the complexity of the underlying curve.
42 //! 2. On each segment compute value and derivative of the function:
43 //!    - argument of the function is the parameter on the curve
44 //!    - take point on the curve by the parameter: point of tangency
45 //!    - make center of fillet: perpendicular vector from the point of tagency
46 //!    - make projection from the center to the second curve
47 //!    - length of the projection minus radius of the fillet is result of the
48 //!      function
49 //!    - derivative of this function in the point is computed by value in
50 //!      point with small shift
51 //! 3. Using Newton search method take the point on the segment where function
52 //!    value is most close to zero. If it is not enough close, step 2 and 3 are
53 //!    repeated taking as start or end point the found point.
54 //! 4. If solution is found, result is created on point on root of the function
55 //!    (as a start point), point of the projection onto second curve (as an end
56 //!    point) and center of arc in found center. Initial edges are cutted by
57 //!    the start and end point of tangency.
58 class ChFi2d_FilletAlgo
59 {
60 public:
62   //! An empty constructor of the fillet algorithm.
63   //! Call a method Init() to initialize the algorithm
64   //! before calling of a Perform() method.
65   Standard_EXPORT ChFi2d_FilletAlgo();
67   //! A constructor of a fillet algorithm: accepts a wire consisting of two edges in a plane.
68   Standard_EXPORT ChFi2d_FilletAlgo(const TopoDS_Wire& theWire,
69                                     const gp_Pln& thePlane);
71   //! A constructor of a fillet algorithm: accepts two edges in a plane.
72   Standard_EXPORT ChFi2d_FilletAlgo(const TopoDS_Edge& theEdge1,
73                                     const TopoDS_Edge& theEdge2,
74                                     const gp_Pln& thePlane);
76   //! Initializes a fillet algorithm: accepts a wire consisting of two edges in a plane.
77   Standard_EXPORT void Init(const TopoDS_Wire& theWire,
78                             const gp_Pln& thePlane);
80   //! Initializes a fillet algorithm: accepts two edges in a plane.
81   Standard_EXPORT void Init(const TopoDS_Edge& theEdge1,
82                             const TopoDS_Edge& theEdge2,
83                             const gp_Pln& thePlane);
85   //! Constructs a fillet edge.
86   //! Returns true, if at least one result was found
87   Standard_EXPORT Standard_Boolean Perform(const Standard_Real theRadius);
89   //! Returns number of possible solutions.
90   //! <thePoint> chooses a particular fillet in case of several fillets
91   //! may be constructed (for example, a circle intersecting a segment in 2 points).
92   //! Put the intersecting (or common) point of the edges.
93   Standard_EXPORT Standard_Integer NbResults(const gp_Pnt& thePoint);
95   //! Returns result (fillet edge, modified edge1, modified edge2),
96   //! neares to the given point <thePoint> if iSolution == -1.
97   //! <thePoint> chooses a particular fillet in case of several fillets
98   //! may be constructed (for example, a circle intersecting a segment in 2 points).
99   //! Put the intersecting (or common) point of the edges.
100   Standard_EXPORT TopoDS_Edge Result(const gp_Pnt& thePoint,
101                                      TopoDS_Edge& theEdge1, TopoDS_Edge& theEdge2,
102                                      const Standard_Integer iSolution = -1);
104 private:
105   //! Computes the value the function in the current point.
106   //! <theLimit> is end parameter of the segment
107   void FillPoint(FilletPoint*, const Standard_Real theLimit);
108   //! Computes the derivative value of the function in the current point.
109   //! <theDiffStep> is small step for approximate derivative computation
110   //! <theFront> is direction of the step: from or reverced
111   void FillDiff(FilletPoint*, Standard_Real theDiffStep, Standard_Boolean theFront);
112   //! Using Newton methods computes optimal point, that can be root of the
113   //! function taking into account two input points, functions value and derivatives.
114   //! Performs iteration until root is found or failed to find root.
115   //! Stores roots in myResultParams.
116   void PerformNewton(FilletPoint*, FilletPoint*);
117   //! Splits segment by the parameter and calls Newton method for both segments.
118   //! It supplies recursive iterations of the Newthon methods calls
119   //! (PerformNewton calls this function and this calls Netwton two times).
120   Standard_Boolean ProcessPoint(FilletPoint*, FilletPoint*, Standard_Real);
122   //! Initial edges where the fillet must be computed.
123   TopoDS_Edge myEdge1, myEdge2;
124   //! Plane where fillet arc must be created.
125   Handle(Geom_Plane) myPlane;
126   //! Underlying curves of the initial edges
127   Handle(Geom2d_Curve) myCurve1, myCurve2;
128   //! Start and end parameters of curves of initial edges.
129   Standard_Real myStart1, myEnd1, myStart2, myEnd2, myRadius;
130   //! List of params where roots were found.
131   TColStd_ListOfReal myResultParams;
132   //! sequence of 0 or 1: position of the fillet relatively to the first curve
133   TColStd_SequenceOfInteger myResultOrientation;
134   //! position of the fillet relatively to the first curve
135   Standard_Boolean myStartSide;
136   //! are initial edges where exchanged in the beginning: to make first edge
137   //! more simple and minimize number of iterations
138   Standard_Boolean myEdgesExchnged;
139   //! Number to avoid infinity recursion: indicates how deep the recursion is performed.
140   Standard_Integer myDegreeOfRecursion;
141 };
143 //! Private class. Corresponds to the point on the first curve, computed
144 //! fillet function and derivative on it.
145 class FilletPoint
146 {
147 public:
148   //! Creates a point on a first curve by parameter on this curve.
149   FilletPoint(const Standard_Real theParam);
151   //! Changes the point position by changing point parameter on the first curve.
152   void setParam(Standard_Real theParam) {myParam = theParam;}
154   //! Returns the point parameter on the first curve.
155   Standard_Real getParam() const {return myParam;}
157   //! Returns number of found values of function in this point.
158   Standard_Integer getNBValues() {return myV.Length();}
160   //! Returns value of function in this point.
161   Standard_Real getValue(int theIndex) {return myV.Value(theIndex);}
163   //! Returns derivatives of function in this point.
164   Standard_Real getDiff(int theIndex) {return myD.Value(theIndex);}
166   //! Returns true if function is valid (rediuses vectors of fillet do not intersect any curve).
167   Standard_Boolean isValid(int theIndex) {return myValid.Value(theIndex);}
169   //! Returns the index of the nearest value
170   int getNear(int theIndex) {return myNear.Value(theIndex);}
172   //! Defines the parameter of the projected point on the second curve.
173   void setParam2(const Standard_Real theParam2) {myParam2 = theParam2;}
175   //! Returns the parameter of the projected point on the second curve.
176   Standard_Real getParam2() { return myParam2 ; }
178   //! Center of the fillet.
179   void setCenter(const gp_Pnt2d thePoint) {myCenter = thePoint;}
180   //! Center of the fillet.
181   const gp_Pnt2d getCenter() {return myCenter;}
183   //! Appends value of the function.
184   void appendValue(Standard_Real theValue, Standard_Boolean theValid);
186   //! Computes difference between this point and the given. Stores difference in myD.
187   Standard_Boolean calculateDiff(FilletPoint*);
189   //! Filters out the values and leaves the most optimal one.
190   void FilterPoints(FilletPoint*);
192   //! Returns a pointer to created copy of the point
193   //! warning: this is not the full copy! Copies only: myParam, myV, myD, myValid
194   FilletPoint* Copy();
196   //! Returns the index of the solution or zero if there is no solution
199   //! For debug only
200   Standard_Real LowerValue()
201   {
202     Standard_Integer a, aResultIndex = 0;
203     Standard_Real aValue;
204     for(a = myV.Length(); a > 0; a--)
205     {
206       if (aResultIndex == 0 || Abs(aValue) > Abs(myV.Value(a)))
207       {
208         aResultIndex = a;
209         aValue = myV.Value(a);
210       }
211     }
212     return aValue;
213   }
214   //! Removes the found value by the given index.
215   void remove(Standard_Integer theIndex);
217 private:
218   //! Parameter on the first curve (start fillet point).
219   Standard_Real myParam;
220   //! Parameter on the second curve (end fillet point).
221   Standard_Real myParam2;
222   //! Values and derivative values of the fillet function.
223   //! May be several if there are many projections on the second curve.
224   TColStd_SequenceOfReal myV, myD;
225   //! Center of the fillet arc.
226   gp_Pnt2d myCenter;
227   //! Flags for storage the validity of solutions. Indexes corresponds to indexes
228   //! in sequences myV, myD.
229   TColStd_SequenceOfBoolean myValid;
230   TColStd_SequenceOfInteger myNear;
231 };
233 #endif // _FILLETALGO_H_