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)

classMyVertexOcf;classMyFaceOcf;struct MyUsedTypesOcf: public vcg::UsedTypes<:use>::AsVertexType,

vcg::Use::AsFaceType>{};class MyVertexOcf : public vcg::Vertex

vcg::vertex::InfoOcf,//

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

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

vcg::vertex::Normal3f, vcg::vertex::VFAdjOcf>{};class MyFaceOcf : public vcg::Face

vcg::face::InfoOcf,//

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,vcg::face::vector_ocf > {};

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::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：

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::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::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, std::vector >{};intmain()

{

MyMesh m;

MyMesh::VertexIterator vi= vcg::tri::Allocator::AddVertices(m,3);

MyMesh::FaceIterator fi= vcg::tri::Allocator::AddFaces(m,1);

MyMesh::VertexPointer ivp[4];

ivp[0]=&*vi; vi->P()=MyMesh::CoordType ( 0.0, 0.0, 0.0); ++vi;

ivp[1]=&*vi; vi->P()=MyMesh::CoordType ( 1.0, 0.0, 0.0); ++vi;

ivp[2]=&*vi; vi->P()=MyMesh::CoordType ( 0.0, 1.0, 0.0); ++vi;

fi->V(0)=ivp[0];

fi->V(1)=ivp[1];

fi->V(2)=ivp[2];

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[0];

vcg::tri::Allocator::PointerUpdater<:facepointer>pu;//now the fp pointer could be no more valid due to eventual re-allocation of the m.face vector.

vcg::tri::Allocator::AddVertices(m,3);

vcg::tri::Allocator::AddFaces(m,1,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::DeleteFace(m,m.face[1]);

vcg::tri::Allocator::DeleteFace(m,m.face[3]);

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(0,0,0);for(fi = m.face.begin(); fi!=m.face.end(); ++fi )

{if(!fi->IsD()) //

{

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：

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=0;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。

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 named_hv = vcg::tri::Allocator:: GetPerVertexAttribute (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。

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 hm = vcg::tri::Allocator:: GetPerMeshAttribute (m,std::string("ADummyIntegerAttribute"));//PerMesh attributes are accessed directly using the handle itself

hm() = 10;

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

//definition of type MyMesh

MyMesh m;

vcg::tri::io::ImporterPLY::Open(m,"namefile_to_open.ply");//....

vcg::tri::io::ExporterPLY::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(...)来load VMI文件，则需要指定与vcg::tri::ExporterVMI(..)导出的文件格式一致，否则会返回FALSE。

endl;