几个经典的数学库之一学习---VCGlib（2）

1. Optional Component（可选的组件）

　　有许多Vertex和Face的属性并不是一直都是必要的，如Face-Face的邻接关系。VCG库提供了一种可以指定可选组件的方法。如属性信息并不是静态保存在simplex(简素）中的，而是当被需要他们的时候，静态分配这些属性信息的。

　　定义使用这些组件，需要做以下两种事情：　　（1）使用在mesh的定义中使用经典的容器，从std::vector中继承　　（2）在simplex的定义中使用指定的组分类型定义

　　当component被激活时，其能够被使用，即通过调用Enableing函数。VCG处理Optional Componnet采用两个机制：（1）Ocf（Optional component Fast）,即使用指针对于每种“简素Simliex”，但是可以和non-optional 对象数据一样快。（2）Occ（Optional Component Compact），对于每个mesh，需要的内存空间非常小，但是这样的弊端是获取访问数据非常慢。

　　下面讨论两种方法。

Optional Component Fast

　　下面定义MyMesh，指定了定点和面的一些component。指定的属性vcg::vertex::InfoOcf 与 vcg::face：：InfoOcf 是定点和面的第一个属性，并且我们使用vcg::vertex::vertex_Ocf 与 vcg::face::vectorOcf作为容器；

　　（www.cnblogs.com/icmzn提供）

class MyVertexOcf;

class MyFaceOcf;

struct MyUsedTypesOcf: public   vcg::UsedTypes<

    vcg::Use<MyVertexOcf>::AsVertexType,

    vcg::Use<MyFaceOcf>::AsFaceType>{};

class MyVertexOcf  : public vcg::Vertex< MyUsedTypesOcf,

    vcg::vertex::InfoOcf,       //   <--- Note the use of the 'special' InfoOcf component

    vcg::vertex::Coord3f,  vcg::vertex::QualityfOcf,

    vcg::vertex::Color4b,  vcg::vertex::BitFlags,

    vcg::vertex::Normal3f, vcg::vertex::VFAdjOcf >{};

class MyFaceOcf    : public vcg::Face< MyUsedTypesOcf,

    vcg::face::InfoOcf,         //   <--- Note the use of the 'special' InfoOcf component

    vcg::face::FFAdjOcf,   vcg::face::VFAdjOcf,

    vcg::face::Color4bOcf, vcg::face::VertexRef,

    vcg::face::BitFlags,   vcg::face::Normal3fOcf > {};

// the mesh class must make use of the 'vector_ocf' containers instead of the classical std::vector

class MyMeshOcf : public vcg::tri::TriMesh< vcg::vertex::vector_ocf<MyVertexOcf>, vcg::face::vector_ocf<MyFaceOcf> > {};

　　在获取Optional Component中的数据是，需要首先调用EnalbeXX（）来激活相应的可选属性。然后相应的属性可以被分配空间，并且获取。直到调用disAble()为止。

  MyMeshOcf cmof;

  assert(tri::HasFFAdjacency(cmof) == false);

  cmof.face.EnableFFAdjacency();

  assert(tri::HasFFAdjacency(cmof) == true);

　　在激活之前，获取的Componnent的数据，或者在关闭之后，相应的组件会抛出异常。

  cmof.face.EnableNormal();  // remove this line and you will throw an exception for a missing 'normal' component

  tri::UpdateNormal<MyMeshOcf>::PerVertexPerFace(cmof);

2. Bit Flags

　　对于mesh的每一种simplex（简素），都有一种BitFlags的组件，保存固定的32bit的矢量标识，用来分类判别的需要。可以使用下面相关的类：

vcg::tri::UpdateFlags (defined in flag.h)

vcg::tri::UpdateSelection (defined in selection.h)

　　IsD()：删除标识

　　可以判定该简素对象是否被删除。因为mesh中的元素可以被Allocating和Deleting网格。

　　IsB()，ClearB(),SetB()：边界标识

　　可以判定顶点或者面是否再边界上。这些bit不是默认计算获取，他们是连同拓扑一起或者不是一起计算后的结果。如果FF拓扑计算这些标识效率高。

　　这些标识的关联是，有许多的算法需要边界特征来计算是高效率的。而没有必要对整个FF拓扑结构进行全部运算。

　　IsS(), ClearS(), SetS()：选择标识

　　IsV(), ClearV(), SetV()：访问标识

　　访问标识，对于一些算法是很有用的。你不应该依赖这些标识的状态，或者人工设置当前的状态，因为任何的一种算法都可以清理这些标识以及更新这些标识。

　　使用tri::UpdateFlags<YourMeshClass>::VertexClearV(yourMesh),来清理所有的bits

　　用户自定义标识

　　如果用户定义私有的标识，通过NewBigFlag()函数方式，可以返回一个Mash（掩码）用来设置，清理，测试针对特定big。下面例子分配三个bit，对每一个face然后清理他们。

　　int e0bit = MyFace::NewBitFlag();

　　int e1bit = MyFace::NewBitFlag();　　

　　int e2bit = MyFace::NewBitFlag();

　　 int ebit[3] = {e0bit,e1bit,e2bit};

　　for(MyMesh::FaceIterator fi=m.face.begin();fi!=m.face.end();++fi)

　　　　for(int i=0;i<3;++i)

　　　　　　 (*fi).ClearUserBit(ebit[i]);

　　通过使用tri::UpdateFlags<YourMeshClass>::FaceClear(yourMesh,e0bit|e1bit|e2bit);来清理所有mesh的定点或者面的指定bit

3. Allocating and Deleting mesh elements

Creating elements　

　通过AddVertices and AddFaces functions 来给指定的mesh增加三角网格，或者增加元素。新添加的元素在mesh的最后，且函数返回第一个添加元素的指针。如果新添加元素引起vector重新内存分配，则指向该类的vector的指针将无效。这些函数管理安全的重新分配以及指针更新所有的保存在mesh内部的指针，即如果添加一些vectors，且引起了vertex vector的重新内存分配，则在face结构中的指针指向vector，这些指针将会自动进行更新通过Allocator Functions。所以，用户不能直接进行reallocate 或者resize vectors or face vectors.

class MyMesh : public vcg::tri::TriMesh< std::vector<MyVertex>, std::vector<MyFace> > {};

int main()

{

  MyMesh m;

  MyMesh::VertexIterator vi = vcg::tri::Allocator<MyMesh>::AddVertices(m,);

  MyMesh::FaceIterator fi = vcg::tri::Allocator<MyMesh>::AddFaces(m,);

  MyMesh::VertexPointer ivp[];

  ivp[]=&*vi; vi->P()=MyMesh::CoordType ( 0.0, 0.0, 0.0); ++vi;

  ivp[]=&*vi; vi->P()=MyMesh::CoordType ( 1.0, 0.0, 0.0); ++vi;

  ivp[]=&*vi; vi->P()=MyMesh::CoordType ( 0.0, 1.0, 0.0); ++vi;

  fi->V()=ivp[];

  fi->V()=ivp[];

  fi->V()=ivp[];

在platonic.h文件中有很多增加元素的例子。

　　如果用户内部的一些指针指向mesh元素，但是增加的元素可能无效这些指针，可以通过传入vcg::tri::Allocator函数，来更新这些内部的私有指针。

  // a potentially dangerous pointer to a mesh element

  MyMesh::FacePointer fp = &m.face[];

  vcg::tri::Allocator<MyMesh>::PointerUpdater<MyMesh::FacePointer> pu;

  // now the fp pointer could be no more valid due to eventual re-allocation of the m.face vector.

  vcg::tri::Allocator<MyMesh>::AddVertices(m,);

  vcg::tri::Allocator<MyMesh>::AddFaces(m,,pu);

  // check if an update of the pointer is needed and do it.

  if(pu.NeedUpdate()) pu.Update(fp);

Destroying Elements

　　vcglib采用 lazy Deletion Strategy（惰性删除策略），即在vector中的元素通过flagged处理，进行“预删除”，即它们仍然在这里。

　　标记deleted的mark元素，对生于的结构没有影响。因此如果标记顶点但是没有合适所有的face，且面依附这个已经removed的vertex，则用户创建了一个非一致的状态。

　　用户永远不要试图自行删除vertex，即自行进行删除标记，用户需要调用Allocator Utility Function。

  // Now fill the mesh with an Icosahedron（二十面体） and then delete some faces

  vcg::tri::Icosahedron(m);

  vcg::tri::Allocator<MyMesh>::DeleteFace(m,m.face[]);

  vcg::tri::Allocator<MyMesh>::DeleteFace(m,m.face[]);

　　如上面的例子，在一个二十面体重删除一些vertex。通过上述操作，faces的vertor仍然包含20个元素（二十面体重包含面的数量），但是m.FN()返回的是18面，因此如果算法中含有删除处理，则可能会发生容器中的数量不等于mesh中有效的元素数量。

m.vert.size() != m.VN()

m.face.size() != m.FN()

　　因此，当用户扫描vertects和face的容器时，可能会遇到被deleted marked的元素，所以用户需要格外小心。通过调用IsD()进行检测判定处理。

    // If you loop in a mesh with deleted elements you have to skip them!

    MyMesh::CoordType b(,,);

    for(fi = m.face.begin(); fi!=m.face.end(); ++fi )

    {

    if(!fi->IsD()) // <---- Check added

    {

    b += vcg::Barycenter(*fi);

    }

    }

　　在一些情形中，当用户遍历大量的mesh的元素时，通过上述isD()检测效率低，可以通过简便实用的两个garbage collection function函数，通过显示调用：

vcg::tri::Allocator<MyMesh>::CompactFaceVector(m);

vcg::tri::Allocator<MyMesh>::CompactVertexVector(m);

　　通过掉应上述两个函数，就不需要对mesh的元素进行isD（）检测，直接进行操作，效率更高。

m.vert.size() == m.VN()

m.face.size() == m.FN()

注意：

　　1. 如果在mesh中没有deleted标识的元素， compactor函数将直接返回（其内部通过判定，容器vector的size函数是否与元素数量匹配判定），所以在左右的高强度操作前调用compactor函数非常安全。

　　2. 如果不清楚deleted元素位置，则不能通过m.FN ()或者m_VN()函数来作为for函数的终止条件，因为m.FN() != m.face.size()，因为m.FN()是有效的face的数量，而m.face.size()是face的容器的元素数量，因为容器中可能包含deleted标记的元素，这deleted标记的元素不是有效的元素。下面的例子是WRONG!!!!

  // WRONG WAY of iterating: FN() != m.face.size() if there are deleted elements

  for(int i=;i<m.FN();++i)

  {

     if(!fi->IsD())

       {

       b += vcg::Barycenter(*fi);

       }

  }

How to copy a mesh

　　考虑到intricate nature (复杂的本质） of mesh， vcglib库禁止拷贝mesh作为一个简单的对象。

　　如果需要拷贝mesh，则必须使用附加的工具类： The Append Utility Class。

MyMesh m2;

vcg::tri::Append<MyMesh,MyMesh>::MeshCopy(m2,m);

　　vcg\complex\append.h文件中包含了工具类：Append的详细实现。还有可以实现可选的mesh，或者添加后一个mesh到前一个mesh中的工具。

4. Adding user defined attributes to mesh elements

User-Defined Attributes

　　vcglib提供简单的机制来关联user-defined 属性到“简素”simplicies以及mehs。

　　attributes以及components都是与simplex关联的数据，即components是静态定义的成员数据，attributes则是运行时run-time定义的，处理的数据。

　　二者的区别：1，conceptually（概念上） component是指来定义simplex（简素）的基本的信息，如position，normal，以及相关的信息。但是user-defined attribute是针对指定的算法而添加的可获取的数据信息，如一个定点可见的平均方向。2. pratically（事实上），对于每一个optional Conponents，都有其本身non-optional 部分，而且可以通过simplex（简素）的成员函数可以获取，如Vi->N()。对于属性attribute则只能通过创建attribute然后返回。
  // add a per-vertex attribute with type float named "Irradiance"

  MyMesh::PerVertexAttributeHandle<float> named_hv = vcg::tri::Allocator<MyMesh>:: GetPerVertexAttribute<float> (m,std::string("Irradiance"));

　　可以通过handle或者name来删除属性。注意，handle的作用于并不干扰属性的内存的分配。如果没有显示地（explicitly）删除属性，该属性将会一直保留分配的内存，指导mesh被摧毁，及时没有任何handle可以处理。

// delete an attribute by name

vcg::tri::Allocator<MyMesh>::DeletePerVertexAttribute(m, "Radiosity");

// delete an attribute by handle

vcg::tri::Allocator<MyMesh>::DeletePerVertexAttribute(m, anon_hv);

　　上述两个方法可以同样适应于edges，faces以及mesh。仅仅通过替换PerVertex，PerFace，PerEdge，PerMesh等。如果增加属性但是没有指定名字且丢失handle，则将不会把handle重新返回。

　　对于Per-Mesh的指定的属性，可以通过稍微不同的方式获取：

  // you can also have PerMesh attributes

  MyMesh::PerMeshAttributeHandle<int> hm = vcg::tri::Allocator<MyMesh>:: GetPerMeshAttribute<int> (m,std::string("ADummyIntegerAttribute"));

  // PerMesh attributes are accessed directly using the handle itself

  hm() = ;

　C++ type of a mesh and reflection　

　　VCGlib 提供一系列的函数来实现reflection（反射），如在运行时获取mesh的类型。这些函数遵循以下格式： Has[attribute](mesh),然后返回一个boolean值，表示指定的属性是否存在。

　　因为VCGlib的反射机制考虑了可选组件optional components，因此HasPerVertexNormal（m）返回ture，如果vertex的类型包含属性vcg::vertex::Normal3f 或者如果包含属性作为opetional，vcg::vertex::Normal3fOCF 且 enabled。

5. Loading and saving meshes

　　VCGlib提供以下的文件格式进行导入导出：

import: PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, COLLADA, PTX, V3D, PTS, APTS, XYZ, GTS, TRI, ASC, X3D, X3DV, VRML, ALN
export: PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, COLLADA, VRML, DXF, GTS, U3D, IDTF, X3D

　　以下例子读取PLY的文件：

#include <wrap/io_trimesh/import.h>

// definition of type MyMesh

MyMesh m;

vcg::tri::io::ImporterPLY<MyMesh>::Open(m,"namefile_to_open.ply");

// ....

vcg::tri::io::ExporterPLY<MyMesh>::Save(m,"namefile_to_save.ply");

　　上述是最小要求的导入导出接口。额外的其他两个参数可以指定：mask以及callback。 callback 用于提供再长时间的导入/导出过程的回调处理。mask用来更好的指定/理解导入/导出的内容。

Saving Mask and Reading Mask

　　一般而言，所有的文件格式至少保留vertex位置信息,和相互之间关联（拓扑）信息。但是，这些信息之外，用户可能还保留其他信息保存在文件file中。VCGLib提供类vcg::tri::io::Mask，是bit名字的集合，用来指定components保存在file中，如vcg::tri::io::Mask::IOM_VERTColor。

　　当Saving，且在Read Only模式下，mask指定来保存指定的component。如，当保存mesh normal中的每个定点的法相（用于渲染），但是保存在PLY文件中是浪费文件空间大小，则需要指定一个合适的mash，即Mask::IOM_VERTNormal bit clearled。显然，不是所有的格式能够保存所有可能的数据。例如，STL文件不能保存纹理texture coords或者每一个定点的color。所以需要首先知道需要保存的文件支持的保存的能力，通过函数ExporterXXX::GetExportMaskCapability()，返回一个bitMask，即表示该文件格式的能力。

　　当Loading，且在WriteOnly模式下，可以返回给用户那些部分的数据从文件中load到mesh对象中。如mask的初始信息将被忽略。能够用来知道用来准备mesh对象需要提供的信息数据。如需要知道哪些（指定）optional components，所有的importer的函数：ImporterXXX::LoadMask(fileName, mask),将会填充mask，而不loading 文件。

Error Reporting　

　　mesh的I/O 函数成功运行，则返回ZERO（0）；当遇到失败或者致命的问题，则返回Error code代码。使用static const char * ErrorMsg（int error）函数返回可以用户阅读的错误代码描述，以及通过静态函数： bool ErrorCritical（int err）来获取Error Code是致命问题，还是警告问题。例如，在OBJ文件格式，由于文件中缺少材料描述，被认为非致命的问题，因为还可以获取模型几何信息用户建模。

VMI dump file

　　VMI，即Vcglib Mesh Image，并不是合适的文件格式，但是是一种简单的vcg：：TRiMesh导出的文件格式。之所以认为其不是一个合适的文件格式，是因为其没有提供指定的版本用于关联VCGlib的版本库以及后端的解析能力。相反，VMI则保存所有的components，所有的历史components（Currently OCF类型），所有的点，面，mesh属性，但是算法可能会cash在n-step。则可以立即保存计算的结果在VMI文件中，然后在load 这个文件。

　　注意：当使用vcg::tri::ImporterVMI<MeshType>(...)来load VMI文件，则需要指定与vcg::tri::ExporterVMI<MeshType>(..)导出的文件格式一致，否则会返回FALSE。

endl;