STPViewer/ARCHITECTURE.md

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）

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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）。

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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。

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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。

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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/Drag/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）

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Data Models

桌面程式無資料庫；核心為記憶體內模型：

// 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, Align3, Drag, 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。

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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）
拖曳	模式「🖐 拖曳」（手形游標）+ 左鍵按住零件拖	沿螢幕平面移動該檔案，放開烘進 B-rep（拖曳中僅暫時 Transform，不卡）
操作器	「⊹ 操作器」+ 樹面板選檔案	XYZ 箭頭沿軸移動、旋轉環繞軸轉任意角度（與視角無關）；每次放開烘進 B-rep
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）。

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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）

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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

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Build & Setup Steps

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

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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：

• STPViewer.sln + src/STPViewer/STPViewer.csproj（net8.0-windows、UseWPF、NuGet 三件套）
• 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
• 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：

• StepImportService.cs：CADability ImportStep 讀檔 → Solid/Shell/Face 三角化 → MeshGeometry3D
• Face→GeometryModel3D 一對一、建 FaceInfo 對照字典
• Edge 取樣折線 → LinesVisual3D 輪廓線（CAD 外觀）
• 匯入走 Task.Run，完成後 UI 執行緒組 Visual + ZoomExtents
• 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：

• 「匯入」支援複選 + 檔案拖放
• LayerItemViewModel.cs：名稱、可見性 checkbox、色塊（調色盤換色）、統計（Solid/Face/三角形數）
• 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：

• MeasurementService.cs + MeasureMode 工具列切換（互斥 toggle）
• 點：HitTest 命中點 + 頂點/邊端點吸附；距離：兩點 + ΔXYZ + 視圖連線
• 邊：命中面最近 Edge，Line→長度、Ellipse(IsCircle)→弧長+半徑、其他→曲線長
• 面：網格面積加總 + Surface 類型（平面法向量 / 圓柱半徑）
• 圓：搜尋最近圓形 Edge → 圓心/半徑/直徑/周長 + 圓心標記
• 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：

• 錯誤處理（壞檔/非 STEP → 訊息列提示不閃退）、匯入進度提示
• 狀態列模式提示（「點選第 2 點…」）
• README.md、CLAUDE.md 完稿
• 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

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Development Phases — 第二輪（Future Extensions 實作，全部完成）

Phase 6 — Future Extensions（工作量：L）

• 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
• 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）
• 量測結果匯出 CSV（UTF-8 BOM）/ 視圖 PNG 截圖（2x）
• 裝配樹（STEP HierarchyToBlocks product structure）取代「一檔一層」，節點層級 顯示/換色/Zoom
• STL / DXF 格式支援（IGES 落空：CADability 無 IGES reader，誠實不支援）
• 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

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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）

• 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
• 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）
• 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）

• 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）
• 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
• RigidAlign 數學服務 — TryRigidTransform（座標架法）、ToModOp（WPF Matrix3D 列向量 ↔ CADability ModOp 行向量轉置）
• 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
• 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

Phase 9 — 拖曳模式（工作量：M）

• 🖐 拖曳模式（MeasureMode.Drag）— 手形游標，左鍵按住零件沿螢幕平面拖動（Helix UnProject 投影到過錨點、面向相機的平面）
• 拖曳中僅掛暫時 TranslateTransform3D（GPU 端，大組件不卡），放開一次性 TranslateRoot 烘進 B-rep（量測精度不受影響）
• _mergedMap（合併網格 → leaf 反查）支援瀏覽渲染下的 hit-test；拖曳中邊線暫停
• 滑鼠捕捉（拖出視窗持續）、意外中斷以當前位置定格

驗收： 大組件手形拖曳流暢；放開後干涉/量測結果與拖曳位置一致；右鍵視角操作不受影響

v0.2.1 修正：拖曳放開時清除暫時位移誤用 Transform = null，導致下次 FindHits 命中該檔案時 HelixToolkit GetTransform 對 null transform Add 而 crash。改用 Transform3D.Identity。

Phase 10 — Gizmo 三軸操作器（工作量：M）

• 「⊹ 操作器」toggle — 對樹面板選取的檔案顯示 Helix TranslateManipulator ×3（XYZ 紅綠藍箭頭）+ RotateManipulator ×3（旋轉環），尺寸隨檔案 Bounds 自適應
• 操作器綁定代理 ModelVisual3D，拖動中代理 Transform 即時套到目標所有 BodyVisual（暫時、GPU 端）；邊線暫停
• 放開滑鼠（handledEventsToo 捕捉）→ Dispatcher.BeginInvoke 延後 TransformRoot 烘進 B-rep、操作器歸零並移到新中心
• 換樹選取自動換目標；目標被移除自動收掉；暫時 Transform 清除用 Identity（非 null）

驗收： 拖 X 箭頭零件僅沿世界 X 移動（與視角無關）；拖環任意角度旋轉；放開後量測/干涉與顯示位置一致

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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