OCCT BRepAlgoAPI_Fuse fuser(box1, box2)；

原创已于 2025-08-21 16:57:22 修改 · 676 阅读

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#OCCT #c++

于 2025-08-21 16:55:08 首次发布

我们来详细介绍一下 BRepAlgoAPI_Fuse 这个在 Open CASCADE Technology (OCCT) 中非常核心和常用的类。

BRepAlgoAPI_Fuse 是OCCT中用于执行**布尔运算之并集（或称熔合、Fuse）**的高级API。它的主要作用是将两个或多个拓扑形体（TopoDS_Shape）合并成一个单一的形体，同时正确地处理它们相交或接触部分的拓扑结构。

调用 BRepAlgoAPI_Fuse fuser(box1, box2); 这行代码，实际上是创建了一个 BRepAlgoAPI_Fuse 类的实例，并初始化了要进行熔合操作的两个主要对象：box1 和 box2。

BRepAlgoAPI_Fuse 详解

1. 它是做什么的？ (Purpose)

想象一下将两块橡皮泥捏在一起。它们接触的部分会融合，形成一个整体，而不再是两个独立的部分。BRepAlgoAPI_Fuse 在三维模型上做的就是类似的事情。

计算并集: 它计算两个形体在空间上占据的总体积。
重建拓扑: 这是最关键的一步。它会：
- 移除两个形体内部重叠的部分。
- 在它们相交的地方创建新的边和面。
- 将原本属于不同形体但现在相邻的面合并。
- 最终生成一个单一、有效、流形（manifold）的拓扑结构。

与简单的将两个形体放入一个 TopoDS_Compound（组合体）不同，Fuse 操作创建了真正的拓扑连接。

2. 构造函数：BRepAlgoAPI_Fuse(const TopoDS_Shape& S1, const TopoDS_Shape& S2)

这是 BRepAlgoAPI_Fuse最常用的构造函数之一。

const TopoDS_Shape& S1: 第一个操作对象（工具体或参数体）。在这个例子中是 box1。
const TopoDS_Shape& S2: 第二个操作对象。在这个例子中是 box2。

发生了什么？
当这行代码被执行时：

一个名为 fuser 的 BRepAlgoAPI_Fuse 对象被创建。
box1 和 box2 的引用被传递给 fuser 对象。
fuser 对象内部会进行一些初始化的准备工作，比如设置操作对象和参数，但此时真正的布尔运算还没有开始。它只是做好了计算的准备。

3. 典型使用流程 (Workflow)

使用 BRepAlgoAPI_Fuse 通常遵循一个固定的三步流程：

步骤 1：创建和初始化 (Instantiation)

    // 假设 box1 和 box2 是已经创建好的 TopoDS_Shape (例如 TopoDS_Solid)
BRepAlgoAPI_Fuse fuser(box1, box2);

这一步就如上所述，仅仅是准备阶段。

步骤 2：执行运算 (Execution)

    fuser.Build();

Build() 方法是真正触发大规模计算的地方。它会调用底层的布尔运算算法来计算 box1 和 box2 的并集。这个过程可能非常耗时，因为它涉及到复杂的几何相交计算和拓扑重建。

步骤 3：检查结果和获取形体 (Check & Get Result)

    if (fuser.IsDone())
{
    // 如果 IsDone() 返回 true，说明运算成功完成
    TopoDS_Shape resultShape = fuser.Shape();
    // resultShape 就是 box1 和 box2 熔合后的新形体
}
else
{
    // 运算失败，可能是因为输入形体有问题（如非流形、自相交等）
    // 或者算法无法处理某些退化的几何情况。
    // 可以通过 fuser.ErrorStatus() 等方法获取更多错误信息。
}

IsDone(): 在调用 Build() 之后，必须先调用这个方法来检查运算是否成功。这是一个非常重要的好习惯。
Shape(): 如果 IsDone() 返回 true，就可以调用此方法来获取运算结果，即那个新的、合并后的 TopoDS_Shape。

4. 结果的类型

fuser.Shape() 返回的结果类型取决于输入形体的相对位置：

TopoDS_Solid: 如果两个实体（Solid）接触或重叠，并且它们的并集形成了一个单一、封闭的空间，结果通常是一个 TopoDS_Solid。
TopoDS_CompSolid: 如果两个实体仅仅通过共享面连接，但没有形成一个单一的封闭外壳（例如，两个相邻的房间），结果可能是一个 TopoDS_CompSolid（复合体）。
TopoDS_Compound: 如果两个实体完全分离（没有接触或重叠），Fuse 操作不会改变它们，结果将是一个包含原始 box1 和 box2 的 TopoDS_Compound（组合体）。如果输入的是多个不相连的物体，结果也通常是 Compound。

5. 内部机制（简化版）

BRepAlgoAPI_Fuse 是一个高级封装，它内部调用了更底层的、复杂的布尔运算内核，通常是 BOPAlgo_Builder。其大致过程如下：

参数准备: 接收输入的形体。
相交计算: 计算两个形体所有面与面之间的交线。
拓扑分裂: 使用计算出的交线来分割原始形体上的面和边，创建新的拓扑元素（新顶点、新边、新面）。
分类: 将所有新的拓扑元素标记为“在形体A内部”、“在形体B内部”、“在公共部分”等。
结果构建: 根据布尔运算的类型（对于 Fuse 来说是并集），选择所有位于形体A、形体B或两者公共部分的拓扑元素，并将它们重新组合成一个新的、有效的拓扑形体。

总而言之，BRepAlgoAPI_Fuse fuser(box1, box2); 是发起一个三维模型熔合操作的起点，它为你封装了布尔运算中所有复杂且易错的细节，让你能以一种清晰、简洁的方式来合并几何体。

下面给出一个代码示例：

#include <BRepPrimAPI_MakeBox.hxx>
#include <BRepAlgoAPI_Fuse.hxx>
#include <TopoDS_Solid.hxx>
#include <TopoDS_Compound.hxx>
#include <TopoDS_CompSolid.hxx>
#include <BRep_Builder.hxx>
#include <TopExp_Explorer.hxx>
#include <BRepBuilderAPI_Transform.hxx>
#include <TopoDS.hxx>
#include <iostream>


#include <BRepTools.hxx>
#define FULL_PATH(fname) "D:/GeneratedModels/" #fname ".brep"
#define WRITE_SHAPE(shape) BRepTools::Write(shape, "D:/GeneratedModels/" #shape ".brep")
std::string file_path(std::string f) {
    std::string file = "D:/GeneratedModels/" + f + ".brep";
    return file;
}

std::string command(std::string path) {
    std::string comm = "D:\\Software\\CAD_Assistant\\CADAssistant.exe " + path;
    return comm;
}

void run_command(std::string f) {
    std::string f1 = file_path(f);
    std::string command1 = command(f1);
    system(command1.c_str());

}
int main()
{
    // 1. 创建两个相邻的立方体
    // 第一个立方体在原点，尺寸为 10x10x10
    TopoDS_Solid box1 = BRepPrimAPI_MakeBox(10., 10., 10.).Solid();
    WRITE_SHAPE(box1);
    run_command("box1");

    // 第二个立方体紧邻第一个，共享一个面
    // 平移第一个立方体来创建第二个
    gp_Trsf translation;
    translation.SetTranslation(gp_Vec(10., 0., 0.));
    BRepBuilderAPI_Transform transformer(box1, translation);
    TopoDS_Solid box2 = TopoDS::Solid(transformer.Shape());
    WRITE_SHAPE(box2);
    run_command("box2");

    // 2. 使用布尔熔合操作
    // 这将合并两个立方体，并处理共享的面
    BRepAlgoAPI_Fuse fuser(box1, box2);
    fuser.Build();

    if (fuser.IsDone())
    {
        TopoDS_Shape fusedShape = fuser.Shape();

        // 检查布尔操作的结果类型
        if (fusedShape.ShapeType() == TopAbs_COMPSOLID)
        {
            std::cout << "布尔操作直接生成了一个 CompSolid." << std::endl;
            TopoDS_CompSolid compSolid = TopoDS::CompSolid(fusedShape);
            WRITE_SHAPE(compSolid);
            run_command("compSolid");
        }
        else if (fusedShape.ShapeType() == TopAbs_COMPOUND)
        {
            std::cout << "布尔操作生成了一个 Compound，现在从中构建 CompSolid." << std::endl;

            // 3. 从熔合后的 Compound 中构建 CompSolid
            TopoDS_CompSolid compSolid;
            BRep_Builder builder;
            builder.MakeCompSolid(compSolid);

            // 遍历 Compound 中的所有实体，并添加到 CompSolid 中
            TopExp_Explorer explorer(fusedShape, TopAbs_SOLID);
            while (explorer.More())
            {
                const TopoDS_Solid& solid = TopoDS::Solid(explorer.Current());
                builder.Add(compSolid, solid);
                explorer.Next();
            }

            std::cout << "CompSolid 构建完成." << std::endl;
            WRITE_SHAPE(compSolid);
            run_command("compSolid");
        }
        else if (fusedShape.ShapeType() == TopAbs_SOLID)
        {
            std::cout << "布尔操作生成了一个单一的 Solid (因为完全重叠或连接紧密)." << std::endl;
        }
        else
        {
            std::cout << "布尔操作生成了未处理的类型." << std::endl;
        }
    }
    else
    {
        std::cerr << "布尔熔合操作失败。" << std::endl;
    }

    return 0;
}