Open Cascade 7.7.0 优化功能：BRepOffsetAPI_MakeOffset

最新推荐文章于 2025-03-01 09:51:37 发布

Me伟

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分类专栏： OCC Qt应用文章标签：算法 c++

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Mechanicoder/article/details/129227386

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1. 简介

BRepOffsetAPI_MakeOffset 算法仅对平面线（TopoDS_Wire）有效。

OCC官方在2022年11月3日发布 7.7.0 正式版，其中一个更新为：偏置算法提供新的、采用近似的算法，将含样条曲线的轮廓转换为仅含线段和圆弧的轮廓，以提高算法稳定性。可概括为样条简化。

New option in BRepOffsetAPI_MakeOffset - approximation of input contours by
ones consisting of 2D circular arcs and 2D linear segments only, it provides
more stable work of 2D offset algorithm.

虽然是局部算法优化，但若明显提高算法稳定性，还是喜人的。在以往对该算法的使用中，确实发现对样条曲线偏置能力较弱，未能正确处理偏置线自相交的问题，如下图所示，上方和左下角存在两处明显的自相交：

图1. 自相交问题

本文将对OCC此处算法升级一探究竟。

2. 源码分析

2.1. 算法改进内容

对比 OCC7.6 和 OCC7.7 源码文件，主要有两处修改，第一处是新增的一个选项接口——设置一个标志位，允许将输入轮廓转化为仅有线段和圆弧构成的轮廓（简单轮廓），如下：

  //! Set approximation flag
  //! for convertion input contours into ones consisting of
  //! 2D circular arcs and 2D linear segments only.
  Standard_EXPORT void SetApprox (const Standard_Boolean ToApprox);

第二处是新增一个静态方法，将面的原始轮廓转化为仅有线段和圆弧构成的轮廓（简单轮廓），允许指定转角误差，转换后得到一个新的面，如下：

  //! Converts each wire of the face into contour consisting only of
  //! arcs and segments. New 3D curves are built too.
  Standard_EXPORT static TopoDS_Face ConvertFace (const TopoDS_Face& theFace,
                                                  const Standard_Real theAngleTolerance);

对比仅有的这两处修改，显然选项接口 SetApprox 仅起到开关作用，无法设置转角误差，疑似接口设计上的一个小缺陷。进一步查看源代码，发现转角误差被硬编码在算法中为0.1，如下第11行：

void BRepOffsetAPI_MakeOffset::Perform(const Standard_Real Offset,
                                       const Standard_Real Alt)
{
  StdFail_NotDone_Raise_if ( !myIsInitialized,
    "BRepOffsetAPI_MakeOffset : Perform without Init");

  try
  {
    if (myIsToApprox)
    {
      Standard_Real aTol = 0.1;
      if (myFace.IsNull())
      {
        TopoDS_Face aFace;
        Standard_Boolean OnlyPlane = Standard_True;
        TopTools_ListIteratorOfListOfShape anItl (myWires);

2.2. 算法关键流程

关于此次优化内容，梳理算法关键流程如下：

线偏置算法关键流程

算法整体采用离散近似求解的思想，将样条等曲线离散为线段和圆弧。这一关键的离散过程由算法BRepAlgo::ConvertWire 完成：即将线（TopoDS_Wire）按指定转角误差转换为由线段和圆弧构成的新的线。当然，如果线已经仅有线段和圆弧构成，则不发生任何实质性计算。注意该算法不是OCC 7.7.0 升级新增算法。

3. 算法测试

测试模型包括简单多边形、由线段和圆弧构成的简单轮廓以及由样条曲线构成的样条轮廓，如下图所示。（模型由CrownCAD在线设计，并导出为STEP文件，原始模型链接）：

测试偏置模型

3.1. 简单多边形

简单多边形

以上简单多边形测试，在OCC7.6、OCC7.7两个本本均可得到正确无误的结果。

3.2. 简单轮廓

简单轮廓

含圆弧的简单轮廓，同样可在两个版本上得到正确无误的结果。

对如下图所示的U型简单轮廓，存在一点异常。下图中圆弧半径9，向内偏置距离为-9时正确结果应该是退化的一条直线，而测例中仅得到一半直线。

简单轮廓——U型

该异常也可能是因线的显示精度不高导致，本文未作进一步深究。

3.3. 样条轮廓

样条轮廓——未开启样条简化

如上图测试，观察鼠标划过之处，向内偏置出现一处因自相交处理失败得异常结果；向外偏置时存在两处异常。

开启样条简化后，仅仅在小距离偏置时可得到与样条简化前相同的结果，随着距离增大，将无法得到任何结果（算法抛出异常，未完成），如下图所示。

样条轮廓——开启”样条简化“后偏置

测试结果：此次OCC7.7新增样条简化功能并未获得预期的结果。

4. 现存局限性

当前算法仅支持对单轮廓进行偏置，即无法很好处理含有孔的轮廓区域，如下图所示：

纯线段构成的内、外环轮廓

该测例中内、外环仅由线段构成，尚未能完美处理自相交问题，部分处理正确、部分处理错误，可见自相交处理算法的复杂程度。

再看其他处理存在缺陷的例子。

内外环简单轮廓偏置

经过以上验证，该算法的可靠性还需要进一步改进。另外，轮廓线偏置算法一般是基于中轴线算法，而OCC算法原理为何，还需深究。

欢迎使用该算法、对此感兴趣的同学可一起交流，本文源代码地址本文源代码。

参考资料

1. 官方博客： https://dev.opencascade.org/content/open-cascade-platform-components-are-updated-occt-770
2. 用户文档： https://dev.opencascade.org/doc/refman/html/class_b_rep_offset_a_p_i___make_offset.html

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