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第11章：可视化框架 V3d / AIS / Graphic3d / Prs3d

OCCT 自带功能完整的 3D 可视化体系，能够直接渲染 B-Rep、网格、辅助元素，支持选择、拾取、动画、PBR 材质、剖切、注释。它由多个工具包协作：

  • Aspect：与窗口、显示连接的抽象；
  • Graphic3d：渲染层抽象（视图、相机、灯光、材质、结构体）；
  • OpenGl：OpenGL/Vulkan 后端；
  • V3d：高层视图与查看器；
  • Prs3d：呈现属性（线宽、颜色、显示模式参数）；
  • StdPrs：标准对象的显示算法；
  • SelectMgr：拾取与选择管理；
  • AIS（Application Interactive Services）：交互对象与上下文。

本章按从底到顶的顺序梳理，并给出 Qt 集成示例。

1. 体系总览

应用代码 → AIS_InteractiveContext → AIS_InteractiveObject → Prs3d/StdPrs 显示算法
                                                          ↘
                                                            Graphic3d_Structure → V3d_View → OpenGl_Driver → GPU

AIS 是日常开发面向的 API；V3d_View 控制相机/视口；Graphic3d_Structure 是后端绘制单元；OpenGl 实现具体绘制。

2. 创建 Viewer 与 View

Handle(Aspect_DisplayConnection) dc = new Aspect_DisplayConnection();
Handle(OpenGl_GraphicDriver) drv = new OpenGl_GraphicDriver(dc);
Handle(V3d_Viewer) viewer = new V3d_Viewer(drv);
viewer->SetDefaultLights();
viewer->SetLightOn();

Handle(V3d_View) view = viewer->CreateView();
Handle(Aspect_Window) win = new Xw_Window(dc, "demo", 0, 0, 800, 600);
view->SetWindow(win);
if (!win->IsMapped()) win->Map();
view->MustBeResized();
view->FitAll();

平台差异：

  • Windows：WNT_Window；
  • Linux/X11：Xw_Window；
  • macOS：Cocoa_Window；
  • Qt：用 QWindow::winId()/HWND 包装；
  • Web/Emscripten：Wasm_Window。

3. AIS Context

Handle(AIS_InteractiveContext) ctx = new AIS_InteractiveContext(viewer);
ctx->SetDisplayMode(AIS_Shaded, false);
Handle(AIS_Shape) ais = new AIS_Shape(shape);
ctx->Display(ais, true);
ctx->SetColor(ais, Quantity_Color(Quantity_NOC_GREEN), false);
ctx->SetMaterial(ais, Graphic3d_NameOfMaterial_Aluminium, false);

AIS_InteractiveContext 管理：

  • 对象的显示/隐藏；
  • 选择高亮；
  • 显示模式切换（shaded/wireframe/HLR）；
  • 局部上下文（OCCT 7.6 起统一为 SelectionMode）；
  • 拾取过滤；
  • 视图回调。

4. 常用交互对象 AIS_InteractiveObject

派生类：

  • AIS_Shape：B-Rep；
  • AIS_Point、AIS_Line、AIS_Plane、AIS_Triangulation：几何元素；
  • AIS_TextLabel、AIS_Dimension、AIS_Trihedron、AIS_Axis、AIS_Manipulator：注释/操控；
  • AIS_ViewCube：视图导航立方体；
  • AIS_LightSource：光源；
  • AIS_RubberBand、AIS_Selection：辅助；
  • AIS_ConnectedInteractive：实例化（共享同一显示数据）。

自定义对象继承 AIS_InteractiveObject，重写 Compute(...)、ComputeSelection(...) 即可。

5. 显示模式与 Prs3d

AIS_DisplayMode：AIS_WireFrame、AIS_Shaded，部分对象支持自定义模式（HLR、剖面）。 Prs3d_Drawer 控制显示属性：

  • 线型 Prs3d_LineAspect；
  • 面阴影 Prs3d_ShadingAspect；
  • 边线 Prs3d_LineAspect FaceBoundaryAspect；
  • 选择高亮 Prs3d_IsoAspect。
Handle(Prs3d_Drawer) d = ais->Attributes();
d->SetFaceBoundaryDraw(true);
d->SetFaceBoundaryAspect(new Prs3d_LineAspect(Quantity_NOC_BLACK, Aspect_TOL_SOLID, 1.0));
ctx->Redisplay(ais, true);

6. 材质、灯光、PBR

Graphic3d_MaterialAspect 提供经典 Phong 材质（环境/漫反射/镜面/高光），Graphic3d_PBRMaterial（OCCT 7.5+）支持基于物理的渲染：金属度、粗糙度、IOR、贴图。

打开 PBR：

Graphic3d_RenderingParams& p = view->ChangeRenderingParams();
p.Method = Graphic3d_RM_RAYTRACING;        // 或 Graphic3d_RM_RASTERIZATION
p.IsShadowEnabled = true;
p.IsAntialiasingEnabled = true;
p.IsGlobalIlluminationEnabled = true;
p.UseEnvironmentMapBackground = true;
view->Redraw();

V3d_Viewer::SetLightOn 添加光源；AIS_LightSource 在交互场景中可移动。

7. 选择与拾取

SelectMgr_SelectionManager 维护一组 SelectMgr_Selection，每个交互对象在不同选择模式下计算自己的 SensitiveEntity（点、面、网格）。

ctx->Activate(ais, /*mode*/4);   // 4 通常表示面（顶点 1，边 2，wire 3，face 4，shell 5，solid 6）
ctx->MoveTo(x, y, view, true);
ctx->Select(false);
for (ctx->InitSelected(); ctx->MoreSelected(); ctx->NextSelected()) {
    Handle(AIS_InteractiveObject) o = ctx->SelectedInteractive();
    TopoDS_Shape s = ctx->SelectedShape();
}

支持矩形/多边形选择、过滤器（SelectMgr_Filter）、动态高亮。

8. 相机与视图

V3d_View 提供：

  • FitAll、ZoomAtPoint、SetSize；
  • Pan、Rotation、StartRotation；
  • SetProj(V3d_TypeOfOrientation) 视图方向；
  • Camera() 直接拿到 Graphic3d_Camera，控制透视/正交、焦距、视野。

9. 视图工具

AIS_ViewCube 提供右上角导航立方体；V3d_Trihedron 显示坐标轴；Aspect_GradientFillMethod 设置渐变背景；V3d_View::SetBackgroundColor 单色背景；V3d_View::SetBackgroundImage 图片背景。

10. 注释与剖切

  • AIS_Dimension（继承自 PrsDim）：长度、角度、半径、直径标注；
  • AIS_Manipulator：交互拖拽对象，绑定到 AIS 对象；
  • Graphic3d_ClipPlane：动态剖切平面，可附加到视图或对象。
Handle(Graphic3d_ClipPlane) cp = new Graphic3d_ClipPlane(gp_Pln(gp_Pnt(0,0,50), gp_Dir(0,0,1)));
cp->SetCapping(true);
cp->SetCappingColor(Quantity_NOC_RED);
view->AddClipPlane(cp);

11. 高级渲染特性

  • 阴影（光源 → 视图开启）；
  • 抗锯齿（FSAA、SSAA）；
  • 屏幕空间环境光遮蔽 SSAO；
  • 雾化、深度剪裁；
  • 离屏渲染 V3d_View::ToPixMap 截图；
  • 交互式光线追踪 Graphic3d_RM_RAYTRACING，需要 GPU 支持。

12. Qt 集成

OCCT 仓库 samples/qt/Common 提供 OcctView 模板。要点：

  • QWidget::winId() 返回原生句柄，包装 WNT_Window/Xw_Window/Cocoa_Window；
  • 在 paintEvent 调用 view->Redraw()；
  • 鼠标/键盘事件转发到 AIS_ViewController 简化交互逻辑（OCCT 7.5 起内置）；
  • 多 GL 上下文：使用 Aspect_DisplayConnection 共享。

13. 性能调优

  • Graphic3d_RenderingParams::FrustumCullingState 启用视锥剔除；
  • 对装配用 AIS_ConnectedInteractive 复用显示数据；
  • 大模型使用 LOD（自定义 AIS_InteractiveObject::AcceptDisplayMode 配合细化）；
  • 适当增大 Linear deflection 减少三角形；
  • 关闭 FaceBoundaryDraw 可以加速；
  • 使用 V3d_View::SetImmediateUpdate(false)，批量修改后再 Redraw。

14. 调试

  • Draw：vinit、vdisplay、vsetdispmode、vfit、vcamera；
  • tools/VInspector 调试 AIS/SelectMgr；
  • Graphic3d_FrameStats 实时帧率/三角数；
  • Message_Messenger 中 OpenGL 警告/错误。

15. 离屏 / Web

OCCT 7.6+ 支持 Vulkan + Web (Emscripten)：用 samples/webgl 作为起点，可把模型可视化嵌入浏览器。

可视化体系完成后，CAD 应用基本可以“可见可点”。下一章我们看 OCCT 强大的“数据交换”模块。

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