etwenandClaude Opus 4.8
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- Gizmo now renders in a separate transparent Viewport3D overlaid on the main view, so the manipulator is never occluded inside solid parts and is always grabbable from any angle - Overlay camera follows the main camera (position/dir/FOV/near-far) on every change; raw Viewport3D lets empty-area clicks pass through so orbit / zoom / measurement still work; IsHitTestVisible bound to GizmoEnabled. Mouse-up handled on the overlay (handledEventsToo), with _gizmoBakePending guarding against double-bake - Window title shows version (STPViewer V0.3.1) - Remove the two test STEP models from the repo (customer part numbers) -> moved to For_AI/ (gitignored); add *.stp/*.step to .gitignore so CAD files never get committed again - Docs updated (ARCHITECTURE Phase 11, CLAUDE.md, README) Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 <noreply@anthropic.com>
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20 KiB
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# STPViewer — Architecture
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> 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
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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
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STEP（`.stp` / `.step`）檔案做確認與量測，不需要安裝 SolidWorks / Creo 等重量級 CAD。
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核心價值：
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- **多檔匯入**：一次載入多個 CAD 檔（STEP / STL / DXF），每個檔案自成一棵樹
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- **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
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- **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）、
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兩面/兩邊夾角、面到面最短距離；單位 mm ⇄ inch 即時切換
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- **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）
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- **匯出**：量測結果 CSV、3D 視圖 PNG 截圖（2x）
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- 單機離線執行，無網路相依
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使用者：單一桌面使用者（無登入 / 角色系統）。
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## Tech Stack
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| Layer | Technology | 說明 |
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|---|---|---|
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| Runtime | .NET 8（`net8.0-windows`） | 桌面 WPF |
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| UI Framework | WPF + MVVM（CommunityToolkit.Mvvm） | |
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| 3D 渲染 / 拾取 | **HelixToolkit.Wpf** | Viewport3D 封裝、相機操作、HitTest |
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| 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 |
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| 量測幾何運算 | CADability（B-rep 精確值）+ 網格近似（面積） | |
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| 打包 | `dotnet publish -c Release` | 免安裝、單資料夾 |
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> 技術選型備註：OpenCASCADE 的 .NET wrapper（Macad.Occt 等）不在 NuGet 上，
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> 自建 C++/CLI wrapper 成本過高；CADability 是純 C# 的 CAD kernel（MIT），
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> 內建 STEP reader 與三角化，與 .NET 8 相容（netstandard2.0），故採用。
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## Architecture Diagram
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┌────────────────────────── MainWindow (WPF) ──────────────────────────┐
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│ Toolbar(匯入/量測模式) LayerPanel HelixViewport3D 量測結果面板 │
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└──────────────┬───────────────┬───────────────┬───────────────────────┘
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│ ICommand │ binding │ MouseDown(HitTest)
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▼ ▼ ▼
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┌──────────────────────── MainViewModel (MVVM) ────────────────────────┐
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│ Layers: ObservableCollection<LayerItemViewModel> │
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│ Measurements: ObservableCollection<MeasurementResult> │
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│ CurrentMode: None/Point/Distance/Edge/Face/Circle │
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└───────┬──────────────────────────────┬───────────────────────────────┘
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▼ ▼
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┌─ StepImportService ─────────┐ ┌─ MeasurementService ───────────────┐
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│ CADability ImportStep.Read │ │ Hit → GeometryModel3D → FaceInfo │
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│ Solid→Shell→Face 三角化 │ │ 點: 頂點吸附 / 表面點 │
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│ Edge 取樣折線(輪廓線) │ │ 邊: 最近 Edge → Line/Ellipse 判型 │
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│ → MeshGeometry3D + FaceInfo │ │ 面: 面積(網格Σ)+Surface 類型 │
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└─────────────────────────────┘ │ 圓: 圓形 Edge → 心/半徑/直徑/周長 │
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└────────────────────────────────────┘
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資料流：`*.stp → CADability B-rep → 三角網格(渲染) + B-rep 參照(量測) → Helix Viewport`
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每個 Face 對應一個 `GeometryModel3D`，並登錄到 `Dictionary<GeometryModel3D, FaceInfo>`，
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HitTest 命中後可反查回 B-rep Face / Edge 做精確量測。
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## Project Structure
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STPViewer/
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├── CLAUDE.md # 專案記憶 & 給 Claude 的指令
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├── README.md # 快速上手
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├── ARCHITECTURE.md # 本文件
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├── .gitignore # 含 secret/ 與 For_AI/ 規則
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├── docs/
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│ ├── decisions/ # 技術決策紀錄（ADR）
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│ └── runbooks/ # 操作手冊
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├── secret/ # 🚫 gitignored（README.md / *.example 除外）
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│ ├── README.md
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│ ├── run-STPViewer.ps1.example
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│ └── run-STPViewer.sh.example
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├── For_AI/ # 🚫 gitignored — AI 協作素材 + 測試模型 *.stp（客戶料號不入 git）
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├── STPViewer.sln
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└── src/
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└── STPViewer/
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├── STPViewer.csproj # net8.0-windows, UseWPF
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├── App.xaml / App.xaml.cs
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├── MainWindow.xaml / .cs # 版面 + 滑鼠拾取事件
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├── Models/
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│ ├── FaceInfo.cs # GeometryModel3D ↔ B-rep Face 對照（STL 為 null）
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│ ├── MeasureMode.cs # enum: None/Point/Distance/Edge/Face/Circle/Angle/FaceDistance/Align/Align3/Drag/Interference
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│ ├── MeasurementResult.cs # 量測結果（雙單位 lambda、3D 標籤同步）
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│ └── UnitSystem.cs # mm/inch + Units 格式化
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├── Services/
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│ ├── StepImportService.cs # STEP/STL/DXF 讀檔 + 三角化 + 裝配樹
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│ ├── MeasurementService.cs # 點/線/面/圓/角度/面距 幾何計算
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│ ├── 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
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│ ├── 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）
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│ └── SectionService.cs # 剖面：網格/線段半空間裁切
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│
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└── ViewModels/
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├── MainViewModel.cs # 樹集合、量測集合、剖面、單位、匯出
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└── ModelNodeViewModel.cs # 裝配樹節點（可見性/顏色 cascade）
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## Data Models
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桌面程式無資料庫；核心為記憶體內模型：
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```csharp
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// 一個匯入檔 = 一個圖層
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class LayerItemViewModel
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{
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string Name; // 檔名（不含路徑）
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string FilePath;
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bool IsVisible; // 切換 viewport 中的 ModelVisual3D
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Color Color; // 圖層色（換色重建材質）
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int SolidCount, FaceCount, TriangleCount;
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ModelVisual3D BodyVisual; // 面網格
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ModelVisual3D EdgeVisual; // 輪廓線
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Rect3D Bounds; // Zoom-to 用
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}
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// HitTest 反查：渲染物件 → B-rep
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class FaceInfo
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{
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object Face; // CADability Face（量測用 B-rep）
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LayerItemViewModel Owner;
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MeshGeometry3D Mesh; // 面積近似 / 頂點吸附
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}
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enum MeasureMode { None, Point, Distance, Edge, Face, Circle,
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Angle, FaceDistance, Align, Align3, Drag, Interference }
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class MeasurementResult
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{
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MeasureMode Kind;
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string Title; // "P1 (12.30, 4.50, 0.00)"
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string Detail; // 多行明細（Δ、半徑、面積…）
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List<Visual3D> Overlays; // 視圖中的標記（刪除量測時一併移除）
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}
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```
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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
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| 功能 | 操作 | 輸出 |
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|---|---|---|
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| 匯入 STP | 工具列「匯入」(可複選) / 拖放檔案 | 新圖層 + 自動 ZoomExtents |
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| 圖層 | 面板勾選顯示、換色、Zoom-to、移除 | 即時反映於 3D 視圖 |
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| 量測-點 | 模式「點」+ 點擊模型 | 座標（優先吸附頂點/邊端點） |
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| 量測-距離 | 模式「距離」+ 點兩下 | 直線距離 + ΔX/ΔY/ΔZ + 視圖連線 |
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| 量測-邊 | 模式「邊」+ 點擊邊附近 | 線段長/曲線長；圓弧附半徑 |
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| 量測-面 | 模式「面」+ 點擊面 | 面積、曲面類型、平面法向量/圓柱半徑 |
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| 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 |
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| 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） |
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| 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 |
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| 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） |
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| 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`） |
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| 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） |
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| 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） |
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| 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 |
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| 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） |
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| 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） |
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| 單位 | 工具列 mm ⇄ in | 既有量測（清單+3D 標籤）即時換算 |
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| 匯出 | 💾 CSV / 📷 截圖 | UTF-8 BOM CSV；2x PNG |
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| 視圖 | 滑鼠右鍵旋轉/滾輪縮放/中鍵平移（Helix 預設）、ViewCube | |
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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）、
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`.dxf`（線架構檢視）。**IGES 不支援**（CADability 無 IGES reader）。
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## Key Constraints & Business Rules
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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)`）
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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）
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3. 隱藏圖層不參與 HitTest（量測不會打到看不見的東西）
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4. 移除圖層時，其上的量測 overlay 一併清除
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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
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6. 不寫入/修改原始 STP 檔（唯讀檢視器）
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## Security Considerations
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- 純離線桌面工具，無網路、無帳號、無資料庫
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- 本專案目前無任何 runtime secret；`secret/` 仍依專案慣例建立：
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- `secret/*` 全部 gitignore，僅 `README.md`、`*.example` 進 git
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- `run-STPViewer.*.example` 為啟動腳本範本（本專案無 DB/ApiKey，腳本僅做 build+run）
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- 無 compile-time secret → 不需 `publish-*.example` 腳本
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- `For_AI/` 收 AI 協作素材（截圖、筆記），整夾 gitignore
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## Build & Setup Steps
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```bash
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cd E:/10_AI/STPViewer
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# 還原 + 建置
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dotnet build STPViewer.sln -c Debug
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# 執行
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dotnet run --project src/STPViewer
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# 發佈（免安裝資料夾）
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dotnet publish src/STPViewer -c Release -o publish/STPViewer
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```
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NuGet 相依（自動還原）：`CADability`、`HelixToolkit.Wpf`、`CommunityToolkit.Mvvm`
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## Development Phases
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### Phase 1 — 專案骨架 + 3D 視窗（工作量：S）
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**目標：** 專案能跑起來，出現含 Helix 3D viewport 的主視窗
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**包含：**
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- [x] `STPViewer.sln` + `src/STPViewer/STPViewer.csproj`（net8.0-windows、UseWPF、NuGet 三件套）
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- [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
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- [x] `MainViewModel.cs` 空殼 + DataContext 接線
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**驗收條件：** `dotnet run` 開出主視窗，3D 區可旋轉縮放（空場景 + 格線）
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### Phase 2 — STEP 匯入與渲染（工作量：L）
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**目標：** 可開啟單一 STP 並看到實體模型
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**包含：**
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- [x] `StepImportService.cs`：CADability `ImportStep` 讀檔 → Solid/Shell/Face 三角化 → `MeshGeometry3D`
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- [x] Face→`GeometryModel3D` 一對一、建 `FaceInfo` 對照字典
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- [x] Edge 取樣折線 → `LinesVisual3D` 輪廓線（CAD 外觀）
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- [x] 匯入走 `Task.Run`，完成後 UI 執行緒組 Visual + `ZoomExtents`
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- [x] 用根目錄 Amphenol STP 驗證
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**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
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### Phase 3 — 圖層系統（工作量：M）
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**目標：** 多檔匯入、各自成層、可管理
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**包含：**
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- [x] 「匯入」支援複選 + 檔案拖放
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- [x] `LayerItemViewModel.cs`：名稱、可見性 checkbox、色塊（調色盤換色）、統計（Solid/Face/三角形數）
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- [x] 圖層操作：顯示/隱藏（含 HitTest 排除）、Zoom-to、移除（連帶清 overlay）
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**驗收條件：** 匯入 2+ 個 STP，逐層開關/換色/移除皆即時生效
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### Phase 4 — 量測功能（工作量：L）
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**目標：** 點 / 距離 / 邊 / 面 / 圓 五種量測可用
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**包含：**
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- [x] `MeasurementService.cs` + `MeasureMode` 工具列切換（互斥 toggle）
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- [x] 點：HitTest 命中點 + 頂點/邊端點吸附；距離：兩點 + ΔXYZ + 視圖連線
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- [x] 邊：命中面最近 Edge，`Line`→長度、`Ellipse(IsCircle)`→弧長+半徑、其他→曲線長
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- [x] 面：網格面積加總 + Surface 類型（平面法向量 / 圓柱半徑）
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- [x] 圓：搜尋最近圓形 Edge → 圓心/半徑/直徑/周長 + 圓心標記
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- [x] 量測結果面板：清單 + 單筆刪除 + 全部清除（overlay 同步移除）
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**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
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### Phase 5 — 整合收尾（工作量：S）
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**目標：** 穩定可交付
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**包含：**
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- [x] 錯誤處理（壞檔/非 STEP → 訊息列提示不閃退）、匯入進度提示
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- [x] 狀態列模式提示（「點選第 2 點…」）
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- [x] `README.md`、`CLAUDE.md` 完稿
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- [x] `dotnet publish -c Release` 驗證 + smoke test（無 UI 載檔驗證管線）
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**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）
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### Phase 6 — Future Extensions（工作量：L）
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- [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
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- [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）
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- [x] 量測結果匯出 CSV（UTF-8 BOM）/ 視圖 PNG 截圖（2x）
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- [x] 裝配樹（STEP `HierarchyToBlocks` product structure）取代「一檔一層」，節點層級 顯示/換色/Zoom
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- [x] STL / DXF 格式支援（IGES 落空：CADability 無 IGES reader，誠實不支援）
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- [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）
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**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）
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### Phase 7 — 配合 / 干涉驗證（工作量：M）
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- [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；
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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
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- [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；
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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）
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- [x] SmokeTest `--interference-test`：相交 / 分離(gap≈20) / 貼合(gap≈0) 三情境數學驗證
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**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
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### Phase 8 — 旋轉對齊（工作量：M）
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- [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）
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- [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
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- [x] `RigidAlign` 數學服務 — `TryRigidTransform`（座標架法）、`ToModOp`（WPF Matrix3D 列向量 ↔ CADability ModOp 行向量轉置）
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- [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`
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- [x] SmokeTest `--align-test`：已知變換還原（誤差 ~1e-15）、ModOp↔Matrix3D 一致、共線拒絕
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**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
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### Phase 9 — 拖曳模式（工作量：M）
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- [x] 🖐 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）
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- [x] 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）
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- [x] `_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
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- [x] 滑鼠捕捉（拖出視窗持續）、意外中斷以當前位置定格
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**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
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> 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
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> HelixToolkit `GetTransform` 對 null transform `Add` 而 crash。改用 `Transform3D.Identity`。
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### Phase 10 — Gizmo 三軸操作器（工作量：M）
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- [x] 「⊹ 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
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- [x] 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
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- [x] 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
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- [x] 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）
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**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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### Phase 11 — Gizmo always-on-top 疊圖層（工作量：M）
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- [x] 操作器移到獨立透明 `Viewport3D`（`gizmoOverlay`）疊在主視窗上 → 不在主場景，**永不被實體遮擋、永遠可抓**
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- [x] `_overlayCamera` 在主相機 `Changed` 時同步（Position/方向/FOV/near-far）；同尺寸 → 投影一致、操作器精準貼合
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- [x] raw Viewport3D 空白處不吃滑鼠 → 穿透回主視窗（orbit/縮放/量測不受影響）；`IsHitTestVisible` 綁 `GizmoEnabled`
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- [x] 放開事件改掛 overlay（`handledEventsToo`）；`_gizmoBakePending` 防同次重複烘焙
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**驗收：** 操作器從任何視角都浮在零件上可見可抓；開啟操作器時右鍵 orbit / 量測仍正常（穿透）
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## Future Extensions（下一輪）
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- 剖切面封口（cap）填實（目前剖開處可見內部背面材質）
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- 樹節點三態 checkbox（部分子節點隱藏時顯示中間態）
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- IGES 支援（需引入其他幾何核心或自寫 reader）
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- 量測結果匯出含截圖的 PDF 報告
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- 兩邊最短距離、邊到面距離
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- 視圖狀態（相機、圖層、量測）存檔/還原
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