13.装配

OCCT Assembly 装配概念

前面我们聊的全都是单个零件（Solid实体），但真实工业场景绝大多数都是装配体：一台机器几十上百个零件，还有子装配。STEP文件也大量存储装配结构。 OCCT没有一个叫TopoDS_Assembly的独立类，装配能力是基于TopoDS_Compound + 局部坐标系（Trsf 变换矩阵）实现，这是很多新人最容易懵的地方。

1. 两个核心概念：零件 vs 装配

1. Part零件 一个独立B‑Rep实体，比如一颗螺丝、一块板。本身自带几何，顶点坐标是零件自身局部坐标系下的坐标。
2. Assembly装配 装配不产生新几何！装配本身没有形状、没有面、没有顶点。 它的工作：引用各个零件，给每个零件设置一个空间变换矩阵Trsf（平移+旋转），把零件摆到整机空间的正确位置。 还可以嵌套：大装配里面包含若干子装配，子装配再包含零件。

举个通俗例子： 零件 = 桌子的桌腿模型，它的坐标原点在桌腿底面中心。 装配：4根桌腿，分别设置4套不同的平移变换，摆到桌面四个角。 装配不会修改桌腿原始B‑Rep数据，只是记录“这个实例放在哪个位置”。

⚠️关键：实例（Instance）

同一个零件，可以多次实例化。比如桌子4根桌腿，只保存一份桌腿B‑Rep数据，创建4个实例，每一个实例用不同变换矩阵摆放。 👉极大节省内存，不需要复制4份一模一样几何。这就是装配的核心价值。

2. OCCT的数据结构怎么承载装配

• TopoDS_Shape：所有拓扑对象的基类

• TopoDS_Solid：实体（单个零件）

• TopoDS_Compound：组合体，用来充当装配/子装配容器

  Compound就是一个容器，可以往里面塞各种Shape：Solid、别的Compound。 Compound本身没有几何，只负责持有子元素。

Trsf（gp_Trsf 变换矩阵） 每一个子Shape，都可以附带一个Location（TopoDS_Location），内部存储变换矩阵。

Location就是这个实例在装配空间的摆放位置。

重点坑： TopoDS_Shape是句柄引用，不是拷贝。 把同一个Solid放到Compound多次，只是引用，不会复制几何；修改原始Solid，所有实例全部跟着变。

3. STEP文件中的装配

STEP有两种存储模式：

1. 非装配模式（简单Part） 整个STEP就一个零件，没有层级，读出来直接是Solid/Shell。就是我们前面练习的模型。
2. STEP装配模式（AP214 / AP242） STEP内部存在装配层级树：

根装配
├─子装配A
│   ├─零件1 （变换矩阵A1）
│   └─零件2 （变换矩阵A2）
└─零件3（变换矩阵A3）

STEP文件内部：零件几何只定义一次；装配部分记录实例引用和变换。

OCCT读取STEP装配的时候（STEPControl_Reader）： 开启装配模式，会输出嵌套的TopoDS_Compound树，每个子shape携带自己的Location变换。

非常容易踩的大坑：局部坐标 vs 全局坐标

零件的B‑Rep顶点，存储的是零件自身局部坐标系坐标。 不是世界空间最终坐标！ 如果你直接拿Face、Vertex去读取坐标，拿到的是零件本地坐标，不是装配摆放之后的真实世界位置。

想要拿到装配后的全局坐标，必须把Location()变换矩阵乘上去。

//获取实例的局部到全局变换
gp_Trsf trsf = myShape.Location().Transformation();
//用trsf把局部点变换得到世界空间点
gpPnt globalPnt = localPnt.Transformed(trsf);

无数新人bug：读取装配模型顶点坐标，坐标全部不对，就是忘记乘Location变换。

4. AIS如何显示装配

AIS_Shape可以接收Compound。 AIS会自动读取每一个子Shape自带的Location变换，渲染的时候把三角网格做矩阵变换，绘制到正确屏幕位置。

两种工作模式：

1. 保留装配层级（推荐） Compound树完整保留，每一个零件对应一个AIS对象，或者用AIS_InteractiveCompound；可以单独选中某一个零件实例，隐藏、高亮单个零件。

   这才是工业软件交互：点装配里某一颗螺丝，可以单独选中它。

2. 炸开（Explode / Flatten） 把所有实例全部展开，把变换矩阵直接作用到几何顶点，把所有零件顶点全部计算到世界坐标系，合并成一个大Solid/Compound。

   ⚠️炸开之后：丢失装配层级、丢失实例信息。原本4个桌腿实例，变成4份独立复制出来的几何，内存暴涨，再也区分不开哪一个是哪一个。 很多简单demo图省事直接炸开装配，业务项目尽量不要这么做。

5. 装配场景下，之前学过的老问题会全部升级

①网格化BRepMesh

每一个零件实例，原始B‑Rep在自己局部坐标系。 网格化是在零件本地坐标系做！不是全局装配空间。 每个零件单独做BRepMesh_IncrementalMesh生成三角缓存；渲染阶段，GPU把顶点按照实例Location矩阵做变换，摆放到对应位置。

不要把装配Compound整体丢给BRepMesh，会出问题，应该遍历每一个底层Part实体，逐个网格化。

②网格缓存Clean

修改某一个原始零件，所有引用这个零件的实例，都需要BRepTools::Clean，重新网格化。

③拾取（鼠标点选零件）

装配下拾取会更复杂：VTK拿到的是变换之后的网格；需要反向把屏幕射线，乘上实例变换的逆矩阵，映射回零件局部坐标系，才能定位到原始B‑Rep的Face/Edge。

如果直接炸开装配，拾取就失去零件实例信息，只能拿到面片。

④容差Tolerance

每个零件的容差，是零件局部坐标系下的容差。 装配只是摆放零件，装配不会修改零件内部顶点容差。

注意：不能跨装配实例做布尔运算！ 两个不同零件实例，只是空间摆在一起，几何上互相穿插，只是视觉重叠；底层B‑Rep互相独立。布尔运算只能对同一个Shape内部拓扑生效。 想做两个装配零件的布尔，必须先把几何炸开合并到同一个坐标系同一个Shape。

6.装配带来的现实工程痛点

1. 大装配性能灾难 上百上千个零件，如果全部加载完整B‑Rep，内存爆炸。 于是引出轻量化：不加载原始B‑Rep，只加载网格三角，只保留装配层级和变换矩阵，用于浏览查看，无法编辑。这就是工业软件大装配浏览的主流方案。
2. 同一个零件多实例 要区分：原始零件原型，和N个实例。很多业务逻辑（选中、隐藏、属性绑定）要绑定实例，而不是原始零件。
3. STEP装配的坑 很多第三方导出STEP装配不规范；有的STEP名义是装配，实际把所有几何炸开平铺，丢失实例信息。

7.串联完整装配STEP导入流程

1.读取STEP AP242装配文件
2.OCCT解析，输出嵌套TopoDS_Compound装配树
  每个子节点：携带Location变换，引用原始Part零件B‑Rep
3.遍历树拿到每一个底层Part实体
  可选：FixShape做零件级修复（每个零件单独修复）
4.逐个零件：BRepTools::Clean → BRepMesh网格化（在零件局部坐标系）
5.把装配Compound交给AIS交互上下文
6.AIS渲染：读取每个子shape的Location矩阵，网格顶点做矩阵变换，绘制到屏幕
7.鼠标拾取：射线反向逆变换，定位到对应的零件实例、Face