STLファイルを符号付き距離関数に変換する

はじめに

**符号付き距離関数（Signed Distance Function: SDF）**について詳しくは以下参照。

• Signed distance function - Wikipedia

符号付き距離関数は、3次元空間の各点におけるポリゴンデータへの最短距離（距離関数）を符号付きで示した関数です。符号付き距離関数の0等値面はポリゴンデータの表面と一致します。ポリゴンデータの中と外で符号が異なることが符号付き距離関数の特徴です。
$$
f(x)=\begin{cases}d(x,∂Ω)\quad if\quad x∈Ω \\-d(x,∂Ω)\quad if\quad x∈Ω^{c} \\ \end{cases}
$$
ここで、Ωはポリゴン面の境界です。

概要

**ASCII形式のSTLファイルをSDFデータに変換します。**流体解析等の物理シミュレーションをスクラッチで実装するには、複雑な境界条件のインポートが一つの大きな壁になります。そんな時、境界面のSDFデータがあると非常に便利です。

STLからSDFへの変換にはbasiliskを使用します。basiliskのインストールは以下から。

• Basilisk - src/INSTALL

ソースコード

符号付き距離関数をcsvで出力するソースコードです。Basilisk Cで実装しています。basiliskのexampleのBasilisk - src/examples/distance.cを参考にしました（というかほとんどコピペです）。

#include <sys/stat.h>
#include "grid/octree.h"
#include "utils.h"
#include "distance.h"
#include "fractions.h"

void mk_outfilepath(char *outfilepath, char *stlfilename, char *output_dir){
	char *ptr;
	char *ptr2;
	char *buf;
	ptr = strtok(stlfilename, "/");
	while(ptr != NULL) {
		buf = ptr;		
        ptr = strtok(NULL, "/");
    }
	ptr2 = strtok(buf, ".");
	sprintf(outfilepath,"%s%s_sdf.csv", output_dir, ptr2);
}

int main(int argc,char *argv[]){
	char *input_file = argv[1];
	char *output_dir = argv[2];
	int grids = atoi(argv[3]);
	mkdir(output_dir,0755);

	coord *p = input_stl (fopen (input_file, "r"));
	coord min, max;
	bounding_box (p, &min, &max);  
	double maxl = -HUGE;
	foreach_dimension()
		if (max.x - min.x > maxl)
			maxl = max.x - min.x;

	init_grid (grids);
	size (1.2*maxl);
	origin ((max.x + min.x)/2. - L0/2,
		(max.y + min.y)/2. - L0/2,
		(max.z + min.z)/2. - L0/2);
		
	scalar d[];
	distance (d, p);
	
	FILE *fp;
	char outfilepath[256];
	mk_outfilepath(outfilepath,input_file,output_dir);
	if ((fp = fopen(outfilepath, "w")) == NULL) {
		printf("file open error!!\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	fprintf(fp,"x,y,z,distance\n");
	foreach() fprintf(fp,"%lf,%lf,%lf,%lf\n",x,y,z,d[]);
	fclose(fp);
}

実行

stl2sdf <stlfile_path> <output_dir> <grid_size>

option	説明
stlfile_path	STLファイルのパス
output_dir	出力先ディレクトリ（自動生成）
grid_size	符号付き距離関数の空間分割数

output_dirに元のSTLファイル名から.stlを引いたもの+_sdf.csvが出力されます。

csvファイルの中身はx,y,z座標と各座標における符号付き距離関数です。オブジェクト内は正値、外は負値になります。以下図はStanford Bunnyの例です。

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