kev/Drawer/SSBase/TriangleBuilder/Triangulation.h

/************************************************************************/
/* 类名：CTriangulation                                                 */
/* 功能：对散点数据进行三角网格化及相关操作                               */
/* 王昌伟         2011-10-9                                             */
/************************************************************************/
#pragma once
#include "stdafx.h"
#include "triangle.h"
#include <vector>
#include <list>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <set>
#include <map>
using namespace std;

#define SCATTERPOINT_MODE 0  //散点模式
#define LINEARPOINT_MODE 1   //数据线模式
#define POLYGON_MODE 2       //多边形模式

//三角形平面类
class AFX_EXT_CLASS CTriangle
{
public:
	CTriangle();
	~CTriangle();
	/** @brief计算得到平面系数A,B,C,D,生成三角平面*/
	bool CreatePlane(); 
	void Initial();
	/** @brief判断三角形是否为空*/
	bool IsEmpty(); 
	/** @brief 求线段与三角平面的交点，若无交点，返回false*/
	bool CrossPoint(CPoint3D& pt1, CPoint3D& pt2,CPoint3D& cspt);	
	/** @brief 求取指定坐标点Z值，若坐标点在三角形外，返回false*/
	bool GetZValue(double x, double y ,double& z);
	/** @brief 判断该z值是否在三角形上*/
	bool IsZOnTriangle( double z );
	/** @brief 计算三角形外心，即三边中垂线的交点 */
	bool GetCircumCenter(CPoint3D& ccpt);
	/** @brief 计算三角形的重心，即三条中线的交点*/
	bool GetGravityCenter(CPoint3D& gcpt);
	/** @brief 计算某一顶点在对边上的垂点*/
	bool GetOrthoPoint(CPoint3D& rpt,int npt1,int npt2);
	/** @brief 判断曲线与三角形在2D平面上是否有交点*/
	int IsCross2D(CCurve& curve);
	/** @brief 对三角形内部进行点加密, 加密步长step，返回加密的点个数*/
	int InterInfill(vector<CPoint3D*>& newPtVec, double step);

private:
	/** @brief 判断两点与面的位置关系，1 为同侧， 0 为异侧， 11 为点1在面上，22为点2在平面上*/
	int IsPtsOneSide(CPoint3D& pt1, CPoint3D& pt2);
	/** @brief 将坐标代入三角平面方程求值 */
	double EquationValue(double x, double y, double z);	
	double EquationValue(CPoint3D& pt);
	/** @brief 判断点是否位于平面上 */
	bool IsPtOnPlane(CPoint3D& pt);
	/** @brief 判断点在XOY平面上的投影是否位于三角形在XOY面上投影的内部,返回2表示在边界线上*/
	int IsPtInside2D(CPoint2D& pt);
	int IsPtInside2D(double x, double y);
	/** @brief 判断点是否在空间三角形内部*/
	int IsPtInside3D(CPoint3D& pt);	

//辅助函数
public:
	/** @brief 判断两个三角形外接立方体是否无交汇 */
	bool IsTriBodySeparated(CTriangle& tri);
	/** @brief 由已知两顶点序号查找第三个顶点序号，不存在 返回-1*/
	int The3rdPoint(int nt1,int nt2);


private:
	/** @brief 得到三角形各方向极值*/
	bool GetExtremeValues();
	/** @brief 快速排斥，判断点是否在三角外接立方体外部*/
	bool IsPtOutTriBody(CPoint3D& pt);
	/** @brief 快速排斥，判断点是否在三角外接正方形外部*/
	bool IsPtOutTriSquare(CPoint2D& pt);
	/** @brief 判断线段是否在三角形外接立方体外部 */
	bool IsSegmentOutTriBody(CPoint3D& pt1, CPoint3D& pt2);
	/** @brief 判断线段是否在三角形外接矩形外部 */
	bool IsSegmentOutTriSquare(double x1, double y1, double x2, double y2);

//需赋值成员变量
public:	
	int			npt[3];      //顶点序号
	CPoint3D*	ppt[3];		 //顶点指针
	int			neighbor[3]; //相邻三角形序号

public:
	double		m_xMin, m_yMin,m_zMin,m_xMax,m_yMax,m_zMax; //三角形各坐标极值
	double		A,B,C,D;	 // 三角平面Ax+By+Cz+D = 0 的各项系数 其中，（A,B,C）为平面法向量
};
//三角线段类
class AFX_EXT_CLASS CTSegment
{
public:
	CTSegment();
	/** @brief 由给定序号生成线段*/
	bool Create(int np1,int np2);
	bool operator == ( const CTSegment& seg) const;
	bool operator < ( const CTSegment& seg) const;
	/** @brief 得到第n个点序号 */
	int Pt(int n) const;

private:
	int npt[2]; ///< 端点序号，npt[0]<npt[1]
};

//三角网格类
typedef map<int, int* > LNOMAP; ///< 记录每条数据线对应散点的起始位置
class AFX_EXT_CLASS CTriangulation
{
public:
	CTriangulation();
	virtual ~CTriangulation();
	/** @brief 清空类*/
	virtual void ClearAll();
	/** @brief 三角网内切 */
	BOOL CutIn(CCurve& border);
	/** @brief 三角网外切*/
	BOOL CutOut(CCurve& border);
//读写
public:
	/** @brief 将Net按格式存储到dft文件中*/
	bool WriteFile(char* filename, char* projectname = NULL);
	/** @brief 从dft文件中读取网格*/
	bool ReadFile(char* filename);

	/** @brief 散点数据读取函数*/
	virtual int ReadPoints(vector<double>& X, vector<double>& Y,vector<double>& Z);
	virtual int ReadPoints(vector<double>& X, vector<double>& Y,vector<double>& Z, vector<int>& Attr,int attrnum = 1);
	int ReadPoints(int num, double* X, double* Y, double* Z);

//操作
public:
	/** @brief 生成三角网，参数为0表示由散点生成网格，参数为1表示由点属性分组生成*/
	virtual int Create(int createMode = SCATTERPOINT_MODE);
	/** @brief 将三角网中三角形以dfd格式存入文件*/
	void WriteTriangles(char* filename);
	/** @brief 得到三角形总数目*/
	int NumberofTriangles();	
	/** @brief 返回散点数目*/
	int NumberofPoints();
	/** @brief 求取指定坐标点Z值，若坐标点在三角网外，返回false*/
	bool GetZValue(double x, double y ,double& z);
	/** @brief 线段上插值得到Z值点坐标 */
	bool GetZPoint( double z,CPoint3D& pt1, CPoint3D& pt2, CPoint3D& pt);
	/** @brief 得到与第triNo个三角形相邻，且邻边为npt1,npt2的三角形序号*/
	int GetNeighborTriangle(int triNo,int npt1, int npt2);
	/** @brief 得到所有以npt为顶点的三角形序号，存入容器，ntri 为初始三角形序号*/
	int GetCommonPointTriangles(int npt,list<int>& tNOLST,int ntri = -1);
	/** @brief 删除与边界点相关的外围三角形 */
	void DeleteOuterTriangles();
	/** @brief 对三角网中三角形边线加密，加密步长为step,返回加密生成的新点数目 */
	int InfillSegPoints(vector<CPoint3D*>& newPtVec, double step);
	/** @brief 对三角网三角形内部（不含边界）加密，加密步长为step,返回生成的新点数目 */
	int InfillInterPoints(vector<CPoint3D*>& newPtVec, double step);
	/** @brief 判断数据点容器是否为空*/
	bool IsPointVecEmpty();
	/** @brief 判断三角容器是否为空*/
	bool IsTriangleVecEmpty();
	/** @brief 将三角网中所有线段存入容器 m_nTSegmentVec*/
	int CreateAllSegments();
	/** @brief 批量销毁多个三角形,将其指针指向NULL，并对m_TriangleList 做顺序上调整 */
	bool DeleteMultiTriangles(list<int>& nolst);

//相交部分
public:
	/** @brief 计算空间线段与三角网的交点 */
	bool CrossPoint(CPoint3D& pt1, CPoint3D& pt2, CPoint3D& cspt);
	/** @brief 空间曲线与三角网的交点，无交点返回false */
	bool CrossPoint(CCurve& curve, CPoint3D& cspt);
	/** @brief 两个三角网的交线,返回交点个数*/
	int  CrossCurve(CTriangulation& tNet, CCurve& crossCurve);
	/** @brief m_TriangleList容器中所有空指针,返回空指针个数 */
	int  DeleteAllNullTriangles();

private:
	/** @brief 由相邻线生成三角网,线号存在m_pointattributevec中*/
	int CreateByLine();
	/** &brief 在线号为lno的多边形内部生成三角网*/
	int CreateInPolygon(int lno = 0);
	/** @brief 生成子网格, bno eno代表首尾数据点序号*/
	int AddSubNet(int bno, int eno, int createMode );
	/** @brief 将新生成的三角形与之前的三角网通过数据线lno建立相邻关系*/
	int SetNeighbor(int btr, int etr,int lno);
	/** @brief 两个三角形之间建立相邻关系*/
	int SetNeighbor(int ntr1, int ntr2);
	/** @brief 切除函数,CutMode为切除方式，0为外切，1为内切*/
	BOOL CutNet(CCurve& border,int CutMode);
	/** @brief 判断点是否处在包络上*/
	bool IsPtOnEnvelope(int ptNo);
	/** @brief 销毁三角网中单个三角形，将其指针指向NULL */
	bool NullOneTriangle(int triNo);
	/** @brief 判断线段是否在三角网外接立方体之外，且不可能穿过*/
	bool IsSegmentOutNetBody(CPoint3D& pt1, CPoint3D& pt2);
	/** @brief 判断三角形是否在网格立体空间外 */
	bool IsTriOutNetBody(CTriangle& tri);
	/** @brief 删除散点数据*/
	void DeletePointList();
	/** @brief 删除三角数据*/
	void DeleteTriangleList();
	int  GetExtremeValues();
	/** @brief 判断两个三角网所处立体空间是否不想交 */
	bool IsNetBodySeparated(CTriangulation& tNet);
	/** @brief 单向查找相交点,0为尾部添加，1为头部添加 */
	virtual bool OneWayTrace(CTriangulation& tNet, int& bNo, int& npt1, int& npt2, CPointList& PointList, set<int>& m_FDTriLib, int addMode = 0 );
	/** @brief由线号精简三角网 */
	void SimpleByLineNo();
	/** @brief由线号精简部分三角网 */
	void SimpleByLineNo(int btr, int etr);
	/** @brief 处理同序号三角形，和相邻三角形重新拆分*/
	bool RebuildSameLineTriangles();
	/** @brief 重新构建两个相邻三角形，交换对角线，npt1,npt2为相邻边*/
	bool RebuildTwoTriangles(int ntr1, int ntr2, int npt1, int npt2);
	/** @brief 判断两个点是否共线号且相邻*/
	bool IsLinearNeighbor(const int& npt1, const int& npt2);
	/** @brief 生成各条线起始序号查询map*/
	bool CreateLineDataMap();
	/** @brief 删除现有起始序号查询map*/
	void DeleteLineDataMap();

//成员变量
public:
	/** @brief 散点坐标指针数组*/
	vector<CPoint3D*> m_PointVec;
	/** @brief 单点属性个数*/
	int m_NumofPointAttributes; 
	/** @brief 散点属性数组*/
	vector<int> m_PointAttributeVec;
	/** @brief 生成的三角平面指针数组*/
	vector<CTriangle*> m_TriangleVec;	
	/** @brief 三角网各坐标极大极小值 */
	double m_xMax,m_xMin,m_yMax,m_yMin,m_zMax,m_zMin;
	/** @brief 三角网凸包上的数据点,首尾连接 */
	vector<int> m_OutlinePoints;
//私有变量
private:
	vector<int> m_nTSegmentVec;		///< 存储三角网格中的所有线段端点，序号0，1代表第一条
	list<int>	m_SameLineTriNoLst;	///< 三个点线号相同的三角形序号list	
	LNOMAP m_lmp;	///<记录每条线起始点序号: key 线号, value 序号[2]
};

/** @brief 对线段进行加密，加密后新生成的的点集存入CPoint3D容器中*/
int Infill(vector<CPoint3D* >& newPtVec,CPoint3D& pt1, CPoint3D& pt2,double step);