【OCCT+ImGUI系列】009-Geom2d-Geom2d_AxisPlacement

一、Geom2d_AxisPlacement 简介

在 OpenCASCADE 的二维几何库中，Geom2d_AxisPlacement 是一个用于定义二维坐标系的几何类，主要包含一个原点（gp_Pnt2d）和一个方向向量（gp_Dir2d）。它在构造与控制二维几何对象（如线段、曲线）时非常关键，广泛应用于草图建模、投影运算、草图约束系统等场景。

特点总结：

• 轻量而直观：只包含一个点与一个方向，结构简洁；
• 可变操作丰富：支持翻转、镜像、角度测量等变换；

应用场景	如何使用
构造二维几何图元（直线、圆等）	作为构造函数参数传入，如用于 Geom2d_Circle, Geom2d_Line 等构造中心点与方向信息
进行二维方向对齐（如加工路径、投影线）	设定方向向量与参考点，实现图元或路径的旋转、镜像、偏移等操作
在参数空间中定义局部坐标系	在曲面 UV 空间中定义原点与方向，便于处理 UV 坐标方向、绘制路径或标注等
构建二维草图、约束求解器等	定义草图中局部参考轴系，

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二、交互式操作解析

1. 坐标系初始化

教学示例中，场景初始化函数 sceneInit 创建了一个默认的坐标系：

axis = new Geom2d_AxisPlacement(gp_Pnt2d(0, 0), gp_Dir2d(1, 0));

此操作创建了一个原点在 (0,0)，方向为 X 轴正方向的坐标系。

可视化代码：

drawAxis(context, axis, Quantity_NOC_BLUE1);

该函数将坐标系绘制为一条有向线段。

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2. 设置新原点与方向

用户可以通过 ImGui 界面输入新原点与方向：

ImGui::InputFloat2("Origin", newLoc);
ImGui::InputFloat2("Direction", newDir);

点击按钮后，会应用变换并更新显示：

axis->SetLocation(gp_Pnt2d(newLoc[0], newLoc[1]));
axis->SetDirection(gp_Dir2d(newDir[0], newDir[1]));

参数名	类型	说明
newLoc	float[2]	新的坐标原点位置
newDir	float[2]	新的方向向量（自动归一化）

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3. 方向翻转（Reverse）

点击按钮后，调用 Reverse() 方法实现方向反转：

axis->Reverse();

或使用 Reversed() 返回新对象：

Handle(Geom2d_AxisPlacement) reversed = axis->Reversed();

并使用红色绘制新坐标轴：

drawAxis(context, reversed, Quantity_NOC_RED);

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4. 通过 gp_Ax2d 设置坐标轴

Geom2d_AxisPlacement 可从通用坐标系对象 gp_Ax2d 中直接赋值：

gp_Ax2d ax2d(gp_Pnt2d(newLoc[0], newLoc[1]), gp_Dir2d(newDir[0], newDir[1]));
axis->SetAxis(ax2d);

这是在已有 gp_* 数据结构下设置轴系的常用方式。

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5. 与反转坐标轴的夹角

计算当前坐标轴与其反转版本之间的角度：

Handle(Geom2d_AxisPlacement) reversed = axis->Reversed();
angleBetween = axis->Angle(reversed);

📌 输出结果为弧度值，理论上为 π（≈3.14159）。

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6. 镜像坐标轴

使用 gp_Trsf2d 实现对当前坐标轴的镜像：

gp_Trsf2d trsf;
trsf.SetMirror(axis->Location());
Handle(Geom2d_AxisPlacement) mirrored = Handle(Geom2d_AxisPlacement)::DownCast(axis->Copy());
mirrored->Transform(trsf);

可视化为青色箭头：

drawAxis(context, mirrored, Quantity_NOC_CYAN1);

关键操作说明：

操作	类别	描述
SetMirror(Pnt2d)	gp_Trsf2d	设置以某点为中心镜像
Copy()	Geom2d 类	深拷贝几何对象
Transform(trsf)	Geom2d 类	应用几何变换

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7. 清除场景

点击“Clear Scene”按钮将移除所有显示元素并重新初始化：

context->RemoveAll(Standard_False);
sceneInit(Handle(V3d_View)(), context);

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三、教学窗口与提示机制

参考文章《【OCCT+ImGUI系列】feat-执行代码提示窗口》该示例集成了一个 CodeHintManager，可用于集中记录与展示用户所做的操作与对应代码：

hintMgr.AddHint("Apply Origin", "axis->SetLocation(...);");
hintMgr.RenderWindow();

这有助于教学场景中记录用户学习轨迹，便于查阅与复现。

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五、代码

#pragma once

#include "pch.h"
#include <Geom2d_AxisPlacement.hxx>
#include <Geom2d_Line.hxx>
#include <Geom_Line.hxx>
#include <AIS_Shape.hxx>
#include <BRepBuilderAPI_MakeEdge.hxx>
#include <BRepBuilderAPI_MakeVertex.hxx>
#include <V3d_View.hxx>
#include "BaseScene.h"
#include "VisSceneComponents.h"
#include "TutorialWindow.h"
#include "GC_MakeSegment.hxx"
#include "CodeHintAction.h"

class Geom2d009 : public BaseScene, public VisSceneComponents, public TutorialWindow {
public:
    Geom2d009() { 
		openTutorialWindow();   // 打开教学窗口
    }

    void displayScene(const Handle(V3d_View)& view, const Handle(AIS_InteractiveContext)& context) override {
        if (!bIsSceneInit) {
            sceneInit(view, context);
            bIsSceneInit = true;
        }
        renderTutorialWindow(context);
    }

    void customInitTutorialWindow(const Handle(AIS_InteractiveContext)&) override {}

    void sceneInit(const Handle(V3d_View)&, const Handle(AIS_InteractiveContext)& context) override {
        // 创建一个初始 axisPlacement
        axis = new Geom2d_AxisPlacement(gp_Pnt2d(0, 0), gp_Dir2d(1, 0));
        drawAxis(context, axis, Quantity_NOC_BLUE1);
    }

    void renderTutorialContent(const Handle(AIS_InteractiveContext)& context) override {
        ImGui::Text("Geom2d_AxisPlacement Tutorial");
        ImGui::Separator();

        const gp_Pnt2d loc = axis->Location();
        const gp_Dir2d dir = axis->Direction();
        ImGui::Text("Current Origin: (%.2f, %.2f)", loc.X(), loc.Y());
        ImGui::Text("Current Direction: (%.2f, %.2f)", dir.X(), dir.Y());

        static float newLoc[2] = { 0.0f, 0.0f };
        static float newDir[2] = { 1.0f, 0.0f };
        static float angleBetween = 0.0f;

        ImGui::Spacing();
        ImGui::Separator();
        ImGui::Text("Set Axis Parameters");

        ImGui::InputFloat2("Origin", newLoc);
        if (ImGui::Button("Apply Origin")) {
            axis->SetLocation(gp_Pnt2d(newLoc[0], newLoc[1]));
            redraw(context);
            hintMgr.AddHint("Apply Origin", "axis->SetLocation(gp_Pnt2d(newLoc[0], newLoc[1]));");
        }

        ImGui::InputFloat2("Direction", newDir);
        if (ImGui::Button("Apply Direction")) {
            axis->SetDirection(gp_Dir2d(newDir[0], newDir[1]));
            redraw(context);
            hintMgr.AddHint("Apply Direction", "axis->SetDirection(gp_Dir2d(newDir[0], newDir[1]));");
        }

        ImGui::Spacing();
        ImGui::Separator();
        ImGui::Text("Axis Operations");

        if (ImGui::Button("Reverse")) {
            axis->Reverse();
            redraw(context);
            hintMgr.AddHint("Reverse", "axis->Reverse();");
        }

        if (ImGui::Button("Draw Reversed (Red)")) {
            Handle(Geom2d_AxisPlacement) reversed = axis->Reversed();
            drawAxis(context, reversed, Quantity_NOC_RED);
            hintMgr.AddHint("Draw Reversed", R"(Handle(Geom2d_AxisPlacement) reversed = axis->Reversed();
drawAxis(context, reversed, Quantity_NOC_RED);)");
        }

        if (ImGui::Button("Apply from gp_Ax2d")) {
            gp_Ax2d ax2d(gp_Pnt2d(newLoc[0], newLoc[1]), gp_Dir2d(newDir[0], newDir[1]));
            axis->SetAxis(ax2d);
            redraw(context);
            hintMgr.AddHint("SetAxis", R"(gp_Ax2d ax2d(gp_Pnt2d(newLoc[0], newLoc[1]), gp_Dir2d(newDir[0], newDir[1]));
axis->SetAxis(ax2d);)");
        }

        if (ImGui::Button("Get Angle with Reversed")) {
            Handle(Geom2d_AxisPlacement) reversed = axis->Reversed();
            angleBetween = axis->Angle(reversed);
            hintMgr.AddHint("Angle", R"(Handle(Geom2d_AxisPlacement) reversed = axis->Reversed();
angle = axis->Angle(reversed);)");
        }
        ImGui::Text("Angle with reversed axis: %.3f radians", angleBetween);

        if (ImGui::Button("Mirror Axis (Cyan)")) {
            gp_Trsf2d trsf;
            trsf.SetMirror(axis->Location());
            Handle(Geom2d_AxisPlacement) mirrored = Handle(Geom2d_AxisPlacement)::DownCast(axis->Copy());
            mirrored->Transform(trsf);
            drawAxis(context, mirrored, Quantity_NOC_CYAN1);
            hintMgr.AddHint("Mirror Axis", R"(gp_Trsf2d trsf;
trsf.SetMirror(axis->Location());
Handle(Geom2d_AxisPlacement) mirrored = Handle(Geom2d_AxisPlacement)::DownCast(axis->Copy());
mirrored->Transform(trsf);
drawAxis(context, mirrored, Quantity_NOC_CYAN1);)");
        }

        ImGui::Spacing();
        ImGui::Separator();

        if (ImGui::Button("Clear Scene")) {
            context->RemoveAll(Standard_False);
            sceneInit(Handle(V3d_View)(), context);
            hintMgr.AddHint("Clear Scene", R"(context->RemoveAll(Standard_False);
sceneInit(Handle(V3d_View)(), context);)");
        }

        // 最后：显示集中提示窗口
        hintMgr.RenderWindow();
    }


private:
    Handle(Geom2d_AxisPlacement)    axis;       // Geom2d_AxisPlacement
    CodeHintManager hintMgr;  // 用于集中管理教学代码提示

    void redraw(const Handle(AIS_InteractiveContext)& context) {
        context->RemoveAll(Standard_False);
        drawAxis(context, axis, Quantity_NOC_BLUE1);
    }

    void drawAxis(const Handle(AIS_InteractiveContext)& context, const Handle(Geom2d_AxisPlacement)& ap, Quantity_NameOfColor color) {
        gp_Pnt2d p1 = ap->Location();
        gp_Vec2d vec(ap->Direction());
        gp_Pnt2d p2 = p1.Translated(vec.Multiplied(50.0));
        Handle(Geom_TrimmedCurve) curve = GC_MakeSegment(gp_Pnt(p1.X(), p1.Y(), 0), gp_Pnt(p2.X(), p2.Y(), 0));
        Handle(AIS_Shape) shape = new AIS_Shape(BRepBuilderAPI_MakeEdge(curve));
        shape->SetColor(color);
        context->Display(shape, Standard_True);
    }

};