vcglib 说明（转载）

先来看看 VCGlib 能做什么 ：

• 最基本的，它提供 Mesh（triangular mesh，tetrahedralmesh，三角网格或四面体网格）数据结构的定义，该数据结构支持对 Mesh数据的快速访问（拓扑信息、空间查询等）以及高效执行网格上算法；
• 在 Mesh数据结构基础上，实现大量高效的网格算法，如网格修补、平滑、变形、曲率计算、细分、泊松盘采样、等值面计算等；
• IO 支持，读写 PLY、OBJ、STL、3DS、OFF、DXF 等格式网格文件；
• UI 支持，如 OpenGL 网格显示，Trackball 交互等。

VCGlib 的文档很简陋， 在线文档 并不是很全，可以自己用 Doxygen从下载的源代码生成 html API 文档 ，为此只需要（Windows 用户）：

1. 安装 Doxygen （Doxywizard） 和 Graphviz，将“Graphviz安装目录\Graphviz2.36\bin”添加到环境变量Path；
2. 将本博客所附程序中的 “OpenGL Shadow\_Libs\vcglib\docs\doxyfile-all”文件拷贝到下载的 VCGlib 文件夹下的 “vcglib\docs\Doxygen” 下，这个文件是我配置好的 Doxygen配置文件；
3. 用 Doxywizard 打开上一步拷贝的文件，点击“Run” 选项卡下的 “Run doxygen” 按钮，生成的 API 文档将位于“vcglib\docs\Doxygen\html-all” 下（html-all 文件夹将有 129M 大小）。

VCGlib 是纯头文件库，要 安装 只需将下载 VCGlib库目录添加到程序的头文件包含路径（有些IO函数如读写PLY需要包含相应.cpp文件）。

后面按照如下步骤讲解：

1. 定义 Mesh 类型；
2. 访问及指定 Mesh 的顶点、三角形（对三角网格，如果是四面体网格则是四面体，这里默认只讲三角网格）等数据；
3. IO，读写 PLY、OBJ 等网格文件；
4. 构造网格的拓扑信息，如顶点或三角形面法向量、三角形相邻三角形、边连接的三角形等信息；
5. 网格处理，如法向量平滑、网格修补等。

定义 Mesh 类型的典型代码如下（API 文档主页 Basic Concepts，在线版 ）：

#include "vcg/complex/complex.h"// 类型声明class MyVertex;class MyEdge;class MyFace;typedef vcg::UsedTypes<</FONT>  vcg::Use::AsVertexType,  vcg::Use  ::AsEdgeType,  vcg::Use  ::AsFaceType >MyUsedTypes;// 顶点类型class MyVertex : public vcg::Vertex<</FONT>MyUsedTypes,  vcg::vertex::Coord3f,  vcg::vertex::Normal3f,  vcg::vertex::BitFlags > { };// 边类型class MyEdge : public vcg::Edge<</FONT>MyUsedTypes,  vcg::edge::VertexRef,  vcg::edge::EFAdj,  vcg::edge::BitFlags > { };// 面类型，三角形class MyFace : public vcg::Face<</FONT>MyUsedTypes,  vcg::face::VertexRef,  vcg::face::Normal3f,  vcg::face::FFAdj,  vcg::face::BitFlags > { };// 网格类型typedef vcg::tri::TriMesh<</FONT>  std::vector,  std::vector,  std::vector >GLMesh;

抛开 MyUseTypes 不看，上面代码定义的网格类型为：

• 网格包含属性：顶点、边、三角形数组（std::vector<>）；
• 每个顶点包含属性：空间坐标（3个float表示）、顶点法向量、标志位；
• 每个边包含属性：顶点指针（指向该边的两个顶点）、边-面邻接信息、标志位；
• 每个三角形面包含属性：顶点指针（指向该三角形的三个顶点）、面法向量、面-面邻接信息、标志位。

VCGlib 使用 Reference 数据结构，对每个边、面用指针记录其顶点、邻接面等信息，其他网格数据结构见wikipedia Polygon Mesh 条目。

为了做到足够通用， VCGlib 使用了C++ templatemetaprogramming（模板元编程）方法 。上面代码中的MyVertex、MyEdge、MyFace、GLMesh等类型包含哪些属性（模板参数）、属性的顺序（模板参数顺序）都是可以根据需要随意指定的（当然，必须包含足够的属性以执行相应网格算法），一般来说，最好使顶点、边、面包含标志位属性（BitFlags），BitFlags指示该顶点、边、面是否可写、可读、已删除（为了效率，例如，删除顶点操作可能并不立即删除顶点数据，而仅仅打个标志位，待所有操作完成再更新顶点数据）等。不去深入VCGlib元编程机理（说实话我还没弄清楚），可选个数模板参数是通过默认模板参数实现的，vcg::Vertex/Edge/Face<>将继承其模板参数。

下面列举所有可选的模板参数：

• 网格 vcg::tri::TriMesh<>最多可有四个参数：顶点容器、边容器、面容器、半边容器（vcg::HEdge<>）；
• 顶点 vcg::Vertex<>  可以包含的属性有：坐标、法向量、颜色、纹理坐标、标志位、网格质量（网格在该点出优劣评价指标）、曲率、半径、顶点-边邻接信息、顶点-面邻接信息、顶点-半边邻接信息，等（API文档 Modules 选项卡 Vertex Components，在线版 ）；
• 边 vcg::Edge<>  可以包含的属性有：顶点指针、颜色、标志位、网格质量、边-顶点邻接信息、边-边邻接信息、边-面邻接信息、边-半边邻接信息，等（API文档 Modules 选项卡 Edge Components，在线版 ）；
• 面 vcg::Face<>  可以包含的属性有：顶点指针、法向量、颜色、标志位、网格质量、顶点-面邻接信息、面-边邻接信息、面-面邻接信息，等（API 文档Modules 选项卡 Face Components，在线版 ）。

访问 Mesh 数据示例代码如下：

　　// load mesh ...int i=0, j=0;// 见 vcg::tri::TriMesh<> -------------------------------------------------------------mesh.VN(); mesh.EN(); mesh.FN(); // 顶点、边、面个数，可能小于 vs/es/fs.size()  // 因为有些元素被删除时仅仅打了标志位而并未删除存储数据std::vector& vs = mesh.vert; // 顶点数组std::vector&   es = mesh.edge; // 边数组std::vector&   fs = mesh.face; // 面数组// 见 vcg::Vertex<> 及其 模板参数 -------------------------------------------------------GLMesh::VertexType& v = mesh.vert[i]; // 第 i 个顶点，假设 v.isD()==false，即未标志为已删除v.P().Z(); v.P().V(j);    // 顶点坐标，其xyz分量v.N().X(); // 顶点法向，其x分量// 见 vcg::Edge<> 及其 模板参数 ---------------------------------------------------------GLMesh::EdgeType& e = mesh.edge[i]; // 第 i 个边，假设 e.isD()==falseGLMesh::VertexType* pve = e.V(j);   // j=0,1，边的两个端点顶点的指针GLMesh::FaceType*   pfa = e.EFp();  // 边-面邻接信息，该边连接的第一个面// 见 vcg::Face<> 及其 模板参数 ---------------------------------------------------------GLMesh::FaceType& f = mesh.face[i]; // 第 i 个面(三角形)，假设 f.isD()==falseGLMesh::VertexType* pvf = f.V(j);   // j=0,1,2，三角形面的三个顶点的指针f.N(); // 面的法向量GLMesh::FaceType* pfb = f.FFp(j); // 面-面邻接信息，j=0,1,2，面 f 通过其第j个边连接的第一个面// 可以通过返回的引用(左值)修改数据，但不要随便修改，见下文 ------------------------------------v.P().Y() += 3.2f;e.V(j) = &v;f.V(j) = &v;// 遍历所有顶点、边、面需要跳过标记为已删除的元素 ---------------------------------------------for(size_t i=0; ii){    if(vs[i].IsD()) continue;    // do some thing for each vertex vs[i] ...}    // 除非已经删除了所有标记为已删除元素的存储数据，比如：vcg::tri::Allocator::CompactVertexVector(mesh);vcg::tri::Allocator::CompactEdgeVector(mesh);vcg::tri::Allocator::CompactFaceVector(mesh);for(size_t i=0; ii){    // do some thing for each face fs[i] ...}

填充（Fill）Mesh 数据的示例代码如下 （API 文档主页 Creating and destroyingelements，在线版 ，代码摘自那里）：

// VCGlib Reference 数据结构，依赖于指针，直接操作顶点、边、面数组 mesh.vert/edge/face 可能// 产生 std::vector<> 存储重新分配，此时，相关指针将失效，vcg::tri::Allocator<> 处理这些问题GLMesh m;GLMesh::VertexIterator vi = vcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::AddVertices(m, 3);GLMesh::FaceIterator fi = vcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::AddFaces(m, 1);GLMesh::VertexPointer ivp[4];ivp[0]=&*vi; vi->P()=GLMesh::CoordType(0.0f,0.0f,0.0f); ++vi;ivp[1]=&*vi; vi->P()=GLMesh::CoordType(1.0f,0.0f,0.0f); ++vi;ivp[2]=&*vi; vi->P()=GLMesh::CoordType(0.0f,1.0f,0.0f); ++vi;fi->V(0)=ivp[0]; fi->V(1)=ivp[1]; fi->V(2)=ivp[2];// Alternative, more compact, method for adding a single vertexivp[3]= &*vcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::AddVertex(m,GLMesh::CoordType(1.0f,1.0f,0.0f));// Alternative, method for adding a single face (once you have the vertex pointers)vcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::AddFace(m, ivp[1],ivp[0],ivp[3]);// 同理，如果自己保存了顶点等数据指针，需要在修改顶点、边、面数组后更新该指针 --------------------// a potentially dangerous pointer to a mesh elementGLMesh::FacePointer fp = &m.face[0];vcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::PointerUpdater<<SPAN class=title>GLMesh::FacePointer> pu;// now the fp pointer could be no more valid due to eventual re-allocation of the m.facevcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::AddVertices(m,3);vcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::AddFaces(m,1,pu);// check if an update of the pointer is needed and do it.if(pu.NeedUpdate()) pu.Update(fp);// 删除元素的代码如下 --------------------------------------------------------------------vcg::tri::Allocator<<SPAN class=title>GLMesh>::DeleteFace(m,m.face[0]);// 拷贝网格的代码如下，GLMesh 没有拷贝构造函数，也没有 operator= -----------------------------GLMesh m2;vcg::tri::Append<<SPAN class=title>GLMesh,GLMesh>::MeshCopy(m2,m);

IO，读写网格文件示例代码如下（API 文档主页 Loading and savingmeshes， 在线版 ）：

// Mesh 文件一般至少包含顶点数组信息，还可以包含连接信息(三角形)、顶点法向量、顶点颜色、面颜色、// 面法向量、纹理坐标等等属性，用 mask 的二进制位来标记或控制读取或写入了 Mesh 文件的哪些属性// 见 vcg::tri::io::Mask，读取 PLY 需要包含文件 "vcglib/wrap/ply/plylib.cpp"（见这里）// 头文件包含：#include "wrap/io_trimesh/import.h" #include "wrap/io_trimesh/export.h"GLMesh m; int mask;// 读取 PLY 文件，并检查返回值，参数 mask 为可选，mask 是返回参数：读入了哪些属性if( vcg::tri::io::ImporterPLY::Open(m, "file_to_open.ply", mask)  != vcg::ply::E_NOERROR ) {  std::cout <</FONT>< "Load PLY file ERROR\n";}  // some modification to m and mask ...// 保存 PLY 文件，mask 是输入参数，控制 m 的哪些属性被写入到文件vcg::tri::io::ExporterPLY<<SPAN class=attribute>GLMesh>::Save(m, "file_to_save.ply", mask);// 读取或写入 OBJ 文件的代码，mask 作用同上if( vcg::tri::io::ImporterOBJ<<SPAN class=title>GLMesh>::Open(m, "file_to_open.obj", mask)  != vcg::tri::io::ImporterOBJ<<SPAN class=title>GLMesh>::E_NOERROR ) {    std::cout <<SPAN class=title><</SPAN> "Load OBJ file ERROR\n";}  // some modification to m and mask ...vcg::tri::io::ExporterOBJ<<SPAN class=attribute>GLMesh>::Save(m, "file_to_save.obj", mask);// 读取、写入网格文件，将根据文件扩展名自动匹配文件格式 ---------------------------------------int oerr = vcg::tri::io::Importer<<SPAN class=title>GLMesh>::Open(m, "file_to_open.off", mask);if( oerr != 0 ){  std::cout <<SPAN class=title><</SPAN> "Load mesh file ERROR: "    << vcg::tri::io::Importer<<SPAN class=attribute>GLMesh>::ErrorMsg(oerr) <<SPAN class=title><</SPAN> '\n';}  // some modification to m and mask ...int serr = vcg::tri::io::Exporter<<SPAN class=attribute>GLMesh>::Save(m, "file_to_save.3ds", mask);if( serr != 0 ){  std::cout <<SPAN class=title><</SPAN> "Save mesh file ERROR: "    << vcg::tri::io::Exporter<<SPAN class=attribute>GLMesh>::ErrorMsg(oerr) <<SPAN class=title><</SPAN> '\n';}

构造网格拓扑信息示例代码如下 （API 文档主页 Adjacency andTopology， 在线版 ）：

　　// load mesh ...vcg::tri::UpdateNormal<<SPAN class=title>GLMesh>::PerFaceNormalized(mesh); // 计算顶点法向量，并单位化vcg::tri::UpdateNormal<<SPAN class=title>GLMesh>::PerVertexNormalized(mesh); // 计算面法向量，并单位化vcg::tri::UpdateTopology<<SPAN class=title>GLMesh>::FaceFace(mesh); // 计算面-面邻接信息vcg::tri::UpdateTopology<<SPAN class=title>GLMesh>::AllocateEdge(mesh); // 计算边-面邻接信息，需要面-面信息vcg::Matrix44f mat(&glm::translate(glm::vec3(1,2,3))[0][0]);vcg::tri::UpdatePosition<<SPAN class=title>GLMesh>::Matrix(mesh, mat, true); // 更新顶点位置，并更新法向量// 在调用 UpdateTopology<>::FaceFace() 和 UpdateTopology<>::AllocateEdge() 后就构造了边到面// 的信息，对于 manifold 网格，每个边必连接两个三角形面，下面代码对边 i 查找其连接的面 fa 和 fbint i=0; GLMesh::EdgeType& e = mesh.edge[i];GLMesh::FaceType* fa = e.EFp();GLMesh::FaceType* fb = fa->FFp(e.EFi());

在准备这篇博客之初，研究 VCGlib 时，发现了 VCGlib 的一个 BUG，已经报告给开发者并得到确认（ 见这里 ，看看时间，发现这篇博客因为一些原因拖了20多天...）。

网格处理示例代码如下：

vcg::tri::Clean<<SPAN class=title>GLMesh>::RemoveDuplicateVertex(mesh); // 去除重合的顶点vcg::tri::Smooth<<SPAN class=title>GLMesh>::VertexNormalLaplacian(mesh, 5); // 平滑顶点法向量float maxSizeHole = 2.0f; // fill 所有直径小于 maxSizeHole 的洞vcg::tri::Hole<<SPAN class=title>GLMesh>::EarCuttingIntersectionFill    <<SPAN class=title>vcg::tri::SelfIntersectionEar>>(mesh, maxSizeHole, false);

进一步学习的资源：

• 下载的 VCGlib 源代码 “vcglib\apps\sample” 下的官方示例代码；
• 源代码，结合 API 文档；
• 基于 VCGlib 的软件 MeshLab ，可以用于网格文件处理。