OpenCASCADE-HLR Edge

1 Introduction

用计算机生成三维物体的真实图形，是计算机图形学研究的重要内容。真实图形在仿真模拟、几何造型、广告影视和科学计算可视化等许多领域都有着广泛应用。在用显示设备描述物体的图形时，必须把三维信息经过某种投影变换在二维的显示平面上绘制出来。从三维投影到二维的降维操作，会导致图形的二义性。要消除这类二义性，就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面，习惯上称之为消除隐藏线Hidden Line Removal和隐藏面Hidden Face Removal。

这是渲染显示上对消隐的需求，在根据三维模型自动生成工程图的工程设计软件中，对消隐的需求有所不同。

工程设计软件与机械设计软件不同，工程设计软件一次出图消隐的模型量大，对出图的算法要求主要有：

• 主要使用消隐线算法；
• 消隐得到的线能找到与三维模型的关系，方便标注模型信息，如模型名称、规格等；
• 自动标注布局算法，能对标注的名称、规格等自动布局，减少手工调整；
• 自动尺寸标注；
• 符号化处理，如管道模型能用一条线符号化处理；

其实最后总结成一句话就是一键根据模型生成能交付的图纸。虽然现在技术上具备三维模型下车间的能力，但是目前二维图纸依然是设计交付、加工制造主要依据。工程类设计软件主要的功能就是快速建模，碰撞检测和自动图纸生成。当模型量大时，消隐速度快及自动生成的标注文字排列整齐（或满足工程习惯）成了二维图纸自动生成的核心技术，也是程序处理中的难点。

2 HLR

几何内核一般都提供HLR算法，用来根据模型投影生成二维工程图。OpenCASCADE的HLR提供了隐藏线消隐算法。

https://www.spatial.com/zh/products/cgm-hlr-hidden-line-removal

OpenCASCADE 提供了两种消隐算法：HLRBRep_Algo和HLRBRep_PolyAlgo。这些算法都是基于相同的原理：比较形状每条边相对每个面的可见性，并 计算每条边的可见部分与消隐部分。算法通过计算在指定投影方向上的物体显示特性，去除或标记被面遮挡的边。这两个算法也与一些提取功能配合使用，如重构一 个简化的模型等，简化后新的模型由边组成，就是在投影方向上的轮廓线。

3 边的分类

OpenCASCADE的HLR中将边分为以下类型：

• Sharp Edges
• Smooth Edges
• Sewn Edges
• Outline Edges
• Isoparameter Edges

从类HLRBRep_HLRToShape和类HLRBRep_PolyHLRToShape中给出了这些边的一些定义。其中Sharp Edge表示C0连续（非G1连续）的边，就是一般Edge；

Smooth Edge表示G1连续（非G2 连续）的边；

Sewn Edge表示G2连续的边；

Outline Edge表示模型的轮廓边，这种类型的边不在BREP数据中，需要根据投影方向生成；

Isoparameter Edge表示面的等参线生成的边，这种类型的边不也不在BREP数据中；

其中Sharp Edge、Smooth Edge和Sewn Edge一般都是BREP中的EDGE数据，而Outline Edge和Isoparameter Edge是根据设置额外生成的边。理解边的这些定义，方便对HLR算法进行理解。HLR算法是相对简单的算法，主要是就将上述五种类型的边与面进行求交，判断遮挡关系。

目前OpenCASCADE中的HLR算法代码写得有点乱，上次在深圳ogg的俄罗斯开发人员提到要重构HLR部分的代码。深入理解 HLR算法，为自动生成图纸功能打下基础。