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STP/STEP 3D viewer (WPF, .NET 8) - CADability + HelixToolkit.Wpf: - Multi-file import (STEP/STL/DXF) with STEP assembly tree (per-node visibility/color cascade, zoom-to) - Measurements: point / distance / edge / face / circle / angle / face-to-face distance (B-rep exact where available) - Assembly verification: two-point align (translate), 3-point align (rotate+translate via RigidAlign), axis rotate 90, interference check (tri-tri intersection + min gap) - Section view (CPU mesh clipping, originals preserved) - mm/inch toggle, CSV export (UTF-8 BOM), 2x PNG screenshot - Performance: per-file merged edge lines, per-leaf merged mesh in browse mode, no BackMaterial on closed solids, edge suspend during camera interaction, parallel leaf triangulation with retry - SmokeTest CLI: import pipeline, --tree, --clip-test, --interference-test, --align-test (all passing) Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 <noreply@anthropic.com>
2026-06-13 00:16:10 +08:00
commit 0e19dbae1b
33 changed files with 4155 additions and 0 deletions
@@ -0,0 +1,326 @@
+# STPViewer — Architecture
+
+> STP/STEP 3D 檢視器：多檔匯入、圖層管理、點/線/面/圓量測（C# .NET 8 WPF 桌面程式）
+
+---
+
+## Overview
+
+STPViewer 是一套 Windows 桌面 3D CAD 檢視工具，給硬體 / SI 工程師快速開啟機構件的
+STEP（`.stp` / `.step`）檔案做確認與量測，不需要安裝 SolidWorks / Creo 等重量級 CAD。
+
+核心價值：
+
+- **多檔匯入**：一次載入多個 CAD 檔（STEP / STL / DXF），每個檔案自成一棵樹
+- **裝配樹**：STEP product structure 還原成樹狀節點（組件→零件），逐節點 顯示/隱藏、換色、Zoom-to
+- **量測**：點座標、兩點距離、邊長、面（面積/類型/法向量）、圓（心/半徑/直徑/周長）、
+  兩面/兩邊夾角、面到面最短距離；單位 mm ⇄ inch 即時切換
+- **剖面**：X/Y/Z 軸向剖切，位置滑桿 + 反向，CPU 網格裁切（量測不受影響）
+- **匯出**：量測結果 CSV、3D 視圖 PNG 截圖（2x）
+- 單機離線執行，無網路相依
+
+使用者：單一桌面使用者（無登入 / 角色系統）。
+
+---
+
+## Tech Stack
+
+| Layer | Technology | 說明 |
+|---|---|---|
+| Runtime | .NET 8（`net8.0-windows`） | 桌面 WPF |
+| UI Framework | WPF + MVVM（CommunityToolkit.Mvvm） | |
+| 3D 渲染 / 拾取 | **HelixToolkit.Wpf** | Viewport3D 封裝、相機操作、HitTest |
+| STEP 解析 / 幾何核心 | **CADability**（純 C#，netstandard2.0） | STEP B-rep 匯入、Face 三角化、邊/面幾何查詢 |
+| 量測幾何運算 | CADability（B-rep 精確值）+ 網格近似（面積） | |
+| 打包 | `dotnet publish -c Release` | 免安裝、單資料夾 |
+
+> 技術選型備註：OpenCASCADE 的 .NET wrapper（Macad.Occt 等）不在 NuGet 上，
+> 自建 C++/CLI wrapper 成本過高；CADability 是純 C# 的 CAD kernel（MIT），
+> 內建 STEP reader 與三角化，與 .NET 8 相容（netstandard2.0），故採用。
+
+---
+
+## Architecture Diagram
+
+```
+┌────────────────────────── MainWindow (WPF) ──────────────────────────┐
+│  Toolbar(匯入/量測模式)   LayerPanel    HelixViewport3D    量測結果面板 │
+└──────────────┬───────────────┬───────────────┬───────────────────────┘
+               │ ICommand      │ binding       │ MouseDown(HitTest)
+               ▼               ▼               ▼
+┌──────────────────────── MainViewModel (MVVM) ────────────────────────┐
+│  Layers: ObservableCollection<LayerItemViewModel>                    │
+│  Measurements: ObservableCollection<MeasurementResult>               │
+│  CurrentMode: None/Point/Distance/Edge/Face/Circle                   │
+└───────┬──────────────────────────────┬───────────────────────────────┘
+        ▼                              ▼
+┌─ StepImportService ─────────┐  ┌─ MeasurementService ───────────────┐
+│ CADability ImportStep.Read  │  │ Hit → GeometryModel3D → FaceInfo   │
+│ Solid→Shell→Face 三角化     │  │ 點: 頂點吸附 / 表面點              │
+│ Edge 取樣折線(輪廓線)       │  │ 邊: 最近 Edge → Line/Ellipse 判型   │
+│ → MeshGeometry3D + FaceInfo │  │ 面: 面積(網格Σ)+Surface 類型        │
+└─────────────────────────────┘  │ 圓: 圓形 Edge → 心/半徑/直徑/周長  │
+                                 └────────────────────────────────────┘
+```
+
+資料流：`*.stp → CADability B-rep → 三角網格(渲染) + B-rep 參照(量測) → Helix Viewport`
+
+每個 Face 對應一個 `GeometryModel3D`，並登錄到 `Dictionary<GeometryModel3D, FaceInfo>`，
+HitTest 命中後可反查回 B-rep Face / Edge 做精確量測。
+
+---
+
+## Project Structure
+
+```
+STPViewer/
+│
+├── CLAUDE.md                  # 專案記憶 & 給 Claude 的指令
+├── README.md                  # 快速上手
+├── ARCHITECTURE.md            # 本文件
+├── .gitignore                 # 含 secret/ 與 For_AI/ 規則
+│
+├── docs/
+│   ├── decisions/             # 技術決策紀錄（ADR）
+│   └── runbooks/              # 操作手冊
+│
+├── secret/                    # 🚫 gitignored（README.md / *.example 除外）
+│   ├── README.md
+│   ├── run-STPViewer.ps1.example
+│   └── run-STPViewer.sh.example
+│
+├── For_AI/                    # 🚫 gitignored — AI 協作素材
+│
+├── STPViewer.sln
+├── *.stp                      # 根目錄現有測試模型（Amphenol connector）
+│
+└── src/
+    └── STPViewer/
+        ├── STPViewer.csproj           # net8.0-windows, UseWPF
+        ├── App.xaml / App.xaml.cs
+        ├── MainWindow.xaml / .cs      # 版面 + 滑鼠拾取事件
+        │
+        ├── Models/
+        │   ├── FaceInfo.cs            # GeometryModel3D ↔ B-rep Face 對照（STL 為 null）
+        │   ├── MeasureMode.cs         # enum: None/Point/Distance/Edge/Face/Circle/Angle/FaceDistance/Align/Align3/Interference
+        │   ├── MeasurementResult.cs   # 量測結果（雙單位 lambda、3D 標籤同步）
+        │   └── UnitSystem.cs          # mm/inch + Units 格式化
+        │
+        ├── Services/
+        │   ├── StepImportService.cs   # STEP/STL/DXF 讀檔 + 三角化 + 裝配樹
+        │   ├── MeasurementService.cs  # 點/線/面/圓/角度/面距 幾何計算
+        │   ├── InterferenceService.cs # 干涉檢查：三角形-三角形相交(區間法)+均勻網格加速；無干涉時近似最小間隙
+        │   ├── RigidAlign.cs          # 三點對齊/旋轉的剛體變換數學（Matrix3D列向量 ↔ ModOp行向量 轉換）
+        │   └── SectionService.cs      # 剖面：網格/線段半空間裁切
+        │
+        └── ViewModels/
+            ├── MainViewModel.cs       # 樹集合、量測集合、剖面、單位、匯出
+            └── ModelNodeViewModel.cs  # 裝配樹節點（可見性/顏色 cascade）
+```
+
+---
+
+## Data Models
+
+桌面程式無資料庫；核心為記憶體內模型：
+
+```csharp
+// 一個匯入檔 = 一個圖層
+class LayerItemViewModel
+{
+    string  Name;            // 檔名（不含路徑）
+    string  FilePath;
+    bool    IsVisible;       // 切換 viewport 中的 ModelVisual3D
+    Color   Color;           // 圖層色（換色重建材質）
+    int     SolidCount, FaceCount, TriangleCount;
+    ModelVisual3D BodyVisual;    // 面網格
+    ModelVisual3D EdgeVisual;    // 輪廓線
+    Rect3D  Bounds;          // Zoom-to 用
+}
+
+// HitTest 反查：渲染物件 → B-rep
+class FaceInfo
+{
+    object Face;             // CADability Face（量測用 B-rep）
+    LayerItemViewModel Owner;
+    MeshGeometry3D Mesh;     // 面積近似 / 頂點吸附
+}
+
+enum MeasureMode { None, Point, Distance, Edge, Face, Circle,
+                   Angle, FaceDistance, Align, Interference }
+
+class MeasurementResult
+{
+    MeasureMode Kind;
+    string Title;            // "P1 (12.30, 4.50, 0.00)"
+    string Detail;           // 多行明細（Δ、半徑、面積…）
+    List<Visual3D> Overlays; // 視圖中的標記（刪除量測時一併移除）
+}
+```
+
+單位：STEP 內部以 mm 為準（CADability 匯入時依檔內單位換算），UI 顯示 mm。
+
+---
+
+## Key Features
+
+| 功能 | 操作 | 輸出 |
+|---|---|---|
+| 匯入 STP | 工具列「匯入」(可複選) / 拖放檔案 | 新圖層 + 自動 ZoomExtents |
+| 圖層 | 面板勾選顯示、換色、Zoom-to、移除 | 即時反映於 3D 視圖 |
+| 量測-點 | 模式「點」+ 點擊模型 | 座標（優先吸附頂點/邊端點） |
+| 量測-距離 | 模式「距離」+ 點兩下 | 直線距離 + ΔX/ΔY/ΔZ + 視圖連線 |
+| 量測-邊 | 模式「邊」+ 點擊邊附近 | 線段長/曲線長；圓弧附半徑 |
+| 量測-面 | 模式「面」+ 點擊面 | 面積、曲面類型、平面法向量/圓柱半徑 |
+| 量測-圓 | 模式「圓」+ 點擊圓孔邊緣 | 圓心、半徑、直徑、周長 + 視圖圓心標記 |
+| 量測-角度 | 模式「∠」+ 點兩個面（或靠近直線邊） | 夾角 + 補角（面取法向量、邊取方向） |
+| 量測-面距 | 模式「⇔」+ 點兩個面 | 面到面最短距離（網格近似）+ 最近點對連線 |
+| 對齊 | 模式「對齊」+ 點「要移動零件」上一點、再點目標點 | 純平移該檔案使點1貼到點2（B-rep 用 `ModOp` 整體位移，量測清空） |
+| 三點對齊 | 模式「三點」+ 來源檔 3 點、目標檔 3 對應點 | 旋轉+平移剛體變換（點1精確貼合、1→2 方向對齊、三點平面對齊；`RigidAlign`） |
+| 旋轉 | 樹面板選檔案 + 工具列 ↻X/↻Y/↻Z | 繞檔案中心 +90°（連按累加；方向不合時先轉正再對齊） |
+| 干涉 | 工具列「🧩 干涉」（需剛好 2 個可見檔案） | 相交→紅色交線+相交三角形對數；無相交→最小間隙 gap（≈0 即配合 match） |
+| 剖面 | 工具列「✂ 剖面」+ 軸向/位置/反向 | CPU 裁切渲染網格（原始幾何保留，量測仍精確） |
+| 單位 | 工具列 mm ⇄ in | 既有量測（清單+3D 標籤）即時換算 |
+| 匯出 | 💾 CSV / 📷 截圖 | UTF-8 BOM CSV；2x PNG |
+| 視圖 | 滑鼠右鍵旋轉/滾輪縮放/中鍵平移（Helix 預設）、ViewCube | |
+
+支援格式：`.stp` / `.step`（B-rep + 裝配樹）、`.stl`（純網格，僅點/距離/角度/面距量測）、
+`.dxf`（線架構檢視）。**IGES 不支援**（CADability 無 IGES reader）。
+
+---
+
+## Key Constraints & Business Rules
+
+1. 每個匯入檔案 = 一個圖層；同檔重複匯入產生新圖層（後綴 `(2)`）
+2. 量測一律以 **B-rep 幾何** 為準（邊長、圓半徑）；僅「面積」用網格加總近似（三角化精度內）
+3. 隱藏圖層不參與 HitTest（量測不會打到看不見的東西）
+4. 移除圖層時，其上的量測 overlay 一併清除
+5. 三角化精度依物件尺寸自適應（對角線 × 0.0015，限 0.02–0.5 mm）；大型組件匯入走背景執行緒，UI 不凍結
+6. 不寫入/修改原始 STP 檔（唯讀檢視器）
+
+---
+
+## Security Considerations
+
+- 純離線桌面工具，無網路、無帳號、無資料庫
+- 本專案目前無任何 runtime secret；`secret/` 仍依專案慣例建立：
+  - `secret/*` 全部 gitignore，僅 `README.md`、`*.example` 進 git
+  - `run-STPViewer.*.example` 為啟動腳本範本（本專案無 DB/ApiKey，腳本僅做 build+run）
+  - 無 compile-time secret → 不需 `publish-*.example` 腳本
+- `For_AI/` 收 AI 協作素材（截圖、筆記），整夾 gitignore
+
+---
+
+## Build & Setup Steps
+
+```bash
+cd E:/10_AI/STPViewer
+
+# 還原 + 建置
+dotnet build STPViewer.sln -c Debug
+
+# 執行
+dotnet run --project src/STPViewer
+
+# 發佈（免安裝資料夾）
+dotnet publish src/STPViewer -c Release -o publish/STPViewer
+```
+
+NuGet 相依（自動還原）：`CADability`、`HelixToolkit.Wpf`、`CommunityToolkit.Mvvm`
+
+---
+
+## Development Phases
+
+### Phase 1 — 專案骨架 + 3D 視窗（工作量：S）
+**目標：** 專案能跑起來，出現含 Helix 3D viewport 的主視窗
+**包含：**
+- [x] `STPViewer.sln` + `src/STPViewer/STPViewer.csproj`（net8.0-windows、UseWPF、NuGet 三件套）
+- [x] `MainWindow.xaml`：工具列 / 左側圖層面板 / 中央 `HelixViewport3D`（含 ViewCube、預設光源）/ 右側量測面板 / 底部狀態列
+- [x] `MainViewModel.cs` 空殼 + DataContext 接線
+**驗收條件：** `dotnet run` 開出主視窗，3D 區可旋轉縮放（空場景 + 格線）
+
+### Phase 2 — STEP 匯入與渲染（工作量：L）
+**目標：** 可開啟單一 STP 並看到實體模型
+**包含：**
+- [x] `StepImportService.cs`：CADability `ImportStep` 讀檔 → Solid/Shell/Face 三角化 → `MeshGeometry3D`
+- [x] Face→`GeometryModel3D` 一對一、建 `FaceInfo` 對照字典
+- [x] Edge 取樣折線 → `LinesVisual3D` 輪廓線（CAD 外觀）
+- [x] 匯入走 `Task.Run`，完成後 UI 執行緒組 Visual + `ZoomExtents`
+- [x] 用根目錄 Amphenol STP 驗證
+**驗收條件：** 匯入 Amphenol STP 顯示正確 3D 模型（含輪廓線），視角操作流暢
+
+### Phase 3 — 圖層系統（工作量：M）
+**目標：** 多檔匯入、各自成層、可管理
+**包含：**
+- [x] 「匯入」支援複選 + 檔案拖放
+- [x] `LayerItemViewModel.cs`：名稱、可見性 checkbox、色塊（調色盤換色）、統計（Solid/Face/三角形數）
+- [x] 圖層操作：顯示/隱藏（含 HitTest 排除）、Zoom-to、移除（連帶清 overlay）
+**驗收條件：** 匯入 2+ 個 STP，逐層開關/換色/移除皆即時生效
+
+### Phase 4 — 量測功能（工作量：L）
+**目標：** 點 / 距離 / 邊 / 面 / 圓 五種量測可用
+**包含：**
+- [x] `MeasurementService.cs` + `MeasureMode` 工具列切換（互斥 toggle）
+- [x] 點：HitTest 命中點 + 頂點/邊端點吸附；距離：兩點 + ΔXYZ + 視圖連線
+- [x] 邊：命中面最近 Edge，`Line`→長度、`Ellipse(IsCircle)`→弧長+半徑、其他→曲線長
+- [x] 面：網格面積加總 + Surface 類型（平面法向量 / 圓柱半徑）
+- [x] 圓：搜尋最近圓形 Edge → 圓心/半徑/直徑/周長 + 圓心標記
+- [x] 量測結果面板：清單 + 單筆刪除 + 全部清除（overlay 同步移除）
+**驗收條件：** 對 Amphenol STP 可量出 pin 孔圓徑、殼體面積、兩點距離，數值合理
+
+### Phase 5 — 整合收尾（工作量：S）
+**目標：** 穩定可交付
+**包含：**
+- [x] 錯誤處理（壞檔/非 STEP → 訊息列提示不閃退）、匯入進度提示
+- [x] 狀態列模式提示（「點選第 2 點…」）
+- [x] `README.md`、`CLAUDE.md` 完稿
+- [x] `dotnet publish -c Release` 驗證 + smoke test（無 UI 載檔驗證管線）
+**驗收條件：** Release 發佈資料夾雙擊可用；載入壞檔不閃退
+
+---
+
+## Development Phases — 第二輪（Future Extensions 實作，全部完成）
+
+### Phase 6 — Future Extensions（工作量：L）
+- [x] 剖面（Section plane）檢視 — `SectionService` CPU 網格/線段裁切 + 軸向/位置/反向控制 + 半透明剖面指示
+- [x] 角度量測（兩面/兩邊夾角，含補角）、面到面最短距離（頂點→三角形雙向，網格近似）
+- [x] 量測結果匯出 CSV（UTF-8 BOM）/ 視圖 PNG 截圖（2x）
+- [x] 裝配樹（STEP `HierarchyToBlocks` product structure）取代「一檔一層」，節點層級 顯示/換色/Zoom
+- [x] STL / DXF 格式支援（IGES 落空：CADability 無 IGES reader，誠實不支援）
+- [x] 量測單位切換 mm ⇄ inch（清單與 3D 標籤即時換算，內部一律存 mm）
+
+**驗收：** ClipTest 裁切數學 5 項全過；STEP/STL/DXF 三格式 smoke test 通過；UI 端到端存活
+
+---
+
+## Development Phases — 第三輪（裝配驗證，全部完成）
+
+### Phase 7 — 配合 / 干涉驗證（工作量：M）
+- [x] 兩點對齊（`Align`）— 點「要移動零件」一點 + 目標點 → 純平移整個檔案使其貼合；
+      B-rep 用 `CADability.ModOp.Translate` 對 Solid/Shell 整體 `Modify`，網格/邊線/邊界同步重建，量測清空
+- [x] 干涉檢查（`InterferenceService`）— 三角形-三角形相交（區間法回傳交線段）+ 均勻網格空間加速；
+      相交→紅色交線 overlay；無相交→近似最小間隙 gap（共面貼合不算穿透）
+- [x] SmokeTest `--interference-test`：相交 / 分離(gap≈20) / 貼合(gap≈0) 三情境數學驗證
+
+**驗收：** InterferenceTest 3 情境全過；兩件 STEP 勾選後可判定干涉或回報配合間隙
+
+### Phase 8 — 旋轉對齊（工作量：M）
+- [x] 軸向旋轉 — 樹面板選檔案 + 工具列 ↻X/↻Y/↻Z，繞檔案 Bounds 中心 +90°（方向不合先轉正）
+- [x] 三點對齊（`Align3`）— 來源檔 3 特徵點 → 目標檔 3 對應點，解旋轉+平移剛體變換一次貼合
+- [x] `RigidAlign` 數學服務 — `TryRigidTransform`（座標架法）、`ToModOp`（WPF Matrix3D 列向量 ↔ CADability ModOp 行向量轉置）
+- [x] 通用 `TransformRoot`（取代平移專用路徑）：B-rep ModOp Modify + 網格/合併網格/邊線重算 + `RecomputeBounds`
+- [x] SmokeTest `--align-test`：已知變換還原（誤差 ~1e-15）、ModOp↔Matrix3D 一致、共線拒絕
+
+**驗收：** AlignTest 8 項全過；公母連接器可旋轉擺正後三點對齊插合，再用干涉檢查驗證配合
+
+---
+
+## Future Extensions（下一輪）
+
+- 剖切面封口（cap）填實（目前剖開處可見內部背面材質）
+- 樹節點三態 checkbox（部分子節點隱藏時顯示中間態）
+- IGES 支援（需引入其他幾何核心或自寫 reader）
+- 量測結果匯出含截圖的 PDF 報告
+- 兩邊最短距離、邊到面距離
+- 視圖狀態（相機、圖層、量測）存檔/還原