C#でSTLデータを扱うライブラリ

概要

　C#で3D形状の解析を行う際、頂点や面などのデータを分析する必要があるかと思います。ここでは、私が作成中のSTLデータを扱うライブラリSurfaceAnalyzerを紹介します。同ライブラリを用いることで、3D形状を簡単に分析することが出来ます。また、サブディビジョンサーフェスと呼ばれる形状の平滑化手法も実装しています。形状の分析だけでなく表示を行いたい場合は、OpenGLのC#ラッパーであるOpenTKと組み合わせることをお勧めします。
　※研究用に速度よりも使いやすさやデータの整合性を優先しているので高速な処理や大規模データにはあまりお勧めできません。

できること

　実装されている代表的な機能は以下になります。

• STLデータ（バイナリまたはASCII）の読み込み(LoadData.LoadSTL())
• STLデータ（ASCII）の保存(SaveData.SaveSTL())
• 形状(PolygonModel)
  • ガウス曲率の絶対積分値(GaussCurvatureIntegration() 形状の複雑さを表現)
  • ガウス曲率の積分値(GaussCurvatureIntegration_noABS() 形状の位相を表現)
  • 平均曲率の積分値(AverageCurvatureIntegration())
  • 重心点(GravityPoint())
  • 重心点からの最大距離（形状の大きさ）(MaxDiameter())
• 面(Face)
  • 各頂点の角度(GetAngle())
  • 法線ベクトル(Normal())
  • 面積(Area())
  • 重心(FacePoint())
• 頂点(Vertex)
  • ガウス曲率(GaussCurvature)
  • 平均曲率(AverageCurvature)
• その他の機能
  • Catmull-Clarkサブディビジョンサーフェス(ShapeTransform.SubdivisionSurface()) 　

使い方

　nugetからダウンロード・インストールすることが出来ます。

nugetからインストール

　nugetで「SurfaceAnalyzer」を検索し、インストールします。

形状の読み込み

　形状を読み込んで、頂点数を算出するサンプルプログラムを示します。
　LoadData.LoadSTL(string filePath, bool analyze)メソッドを使います。
　filePathは、STLファイルのパス、analyzeは形状の分析を行うかのbool値を示します。

Load_Shape

using System;
using SurfaceAnalyzer;

namespace Program
{
    class Program1
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            LoadShape();
        }

        public void LoadShape()
        {
            string filePath = @"C:\Users\Desktop\ball_ascii.STL";
            PolygonModel surface = LoadData.LoadSTL(filePath, true); //STLデータの読み込み

            int count = surface.Vertices.Count; //頂点数
            System.Console.WriteLine("number of vertex:{0}", count);
        }
     }
}

表面積の算出

　表面積を算出するサンプルプログラムを示します。

Surface_Area

using System;
using SurfaceAnalyzer;

namespace Program
{
    class Program1
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            CalcSurfaceArea();
        }

        public void CalcSurfaceArea()
        {
            string filePath = @"C:\Users\Desktop\ball_ascii.STL";
            PolygonModel surface = LoadData.LoadSTL(filePath, true);

            double area = 0;
            foreach (var face in surface.Faces)
            {
                area += face.Area();
            }
            System.Console.WriteLine("surface area:{0}", area);
        }
     }
}

サブディビジョンサーフェスによる変形＆保存

　形状を読み込み、サブディビジョンサーフェス変形をし、保存するサンプルプログラムを以下に示します。ファイルの書き出しは、STLバイナリ方式のみ対応しています。

Surface_Area

using System;
using SurfaceAnalyzer;

namespace Program
{
    class Program1
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            SubdivisionSurface();
        }

        public void SubdivisionSurface()
        {
            //読み込み
            string loadFilePath = @"C:\Users\Desktop\ball_ascii.STL";
            PolygonModel surface = LoadData.LoadSTL(loadFilePath, true);

            //サブディビジョンサーフェス
            PolygonModel subSurface = ShapeTransform.SubdivisionSurface(surface);

            //保存
            string saveFilePath = @"C:\Users\Desktop\ball_ascii2.STL";
            SaveData.SaveSTL(surface, saveFilePath, "subSurface");
        }
     }
}

読み込んだ形状

保存した形状

まとめ

　STLデータを簡単に分析することが出来るSurfaceAnalyzerを紹介しました。ここに書いた以外にも様々な機能が実装されていますが、それらは今後紹介していきます。