【3D 入门-4】trimesh 极速上手之 3D Mesh 数据结构解析（Vertices / Faces）

Mesh 数据结构解析

1. Vertices（顶点）

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original_vertices = mesh_full.vertices

定义：

vertices 是3D空间中的点坐标
每个顶点用 (x, y, z) 坐标表示
形状：[N, 3]，其中 N 是顶点数量

示例：

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vertices = [
    [0.0, 0.0, 0.0],    # 顶点0：原点
    [1.0, 0.0, 0.0],    # 顶点1：x轴上的点
    [0.0, 1.0, 0.0],    # 顶点2：y轴上的点
    [0.0, 0.0, 1.0],    # 顶点3：z轴上的点
]

2. Faces（面片）

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original_faces = mesh_full.faces

定义：

faces 是由顶点索引组成的三角形面片
每个面片由3个顶点索引定义
形状：[M, 3]，其中 M 是面片数量

示例：

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faces = [
    [0, 1, 2],    # 面片0：由顶点0、1、2组成
    [0, 2, 3],    # 面片1：由顶点0、2、3组成
    [0, 3, 1],    # 面片2：由顶点0、3、1组成
    [1, 3, 2],    # 面片3：由顶点1、3、2组成
]

3. 顶点和面片的关系

索引对应：

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# 面片 [0, 1, 2] 表示：
# - 第0个顶点：(0.0, 0.0, 0.0)
# - 第1个顶点：(1.0, 0.0, 0.0)  
# - 第2个顶点：(0.0, 1.0, 0.0)

# 这三个顶点连接形成一个三角形面片

可视化理解：

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顶点索引: 0 → 1 → 2 → 0
坐标:    (0,0,0) → (1,0,0) → (0,1,0) → (0,0,0)
        形成一个三角形面片

4. 为什么这样设计？

内存效率：

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# 不重复存储顶点坐标
vertices = [[x1,y1,z1], [x2,y2,z2], ...]  # 存储一次

# 面片只存储索引
faces = [[0,1,2], [0,2,3], ...]  # 引用顶点索引

拓扑结构：

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# 面片定义了网格的拓扑关系
# 哪些顶点相连
# 哪些面片相邻
# 网格的连通性

5. 在代码中的具体应用

网格分割：

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origin_num = mesh_full.faces.shape[0]  # 获取面片总数

# 分割面片
mesh = trimesh.Trimesh(
    vertices=original_vertices,           # 所有顶点
    faces=original_faces[:origin_num]    # 前origin_num个面片
)

mesh_fill = trimesh.Trimesh(
    vertices=original_vertices,          # 相同的顶点
    faces=original_faces[origin_num:]    # 剩余的面片
)

为什么顶点不分割？

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# 顶点是共享的，不需要分割
# 面片定义了不同的几何体
# 一个顶点可能被多个面片使用

6. 实际例子：立方体

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# 立方体的8个顶点
vertices = [
    [0,0,0], [1,0,0], [1,1,0], [0,1,0],  # 底面4个顶点
    [0,0,1], [1,0,1], [1,1,1], [0,1,1]   # 顶面4个顶点
]

# 立方体的12个三角形面片（每个面2个三角形）
faces = [
    # 底面
    [0,1,2], [0,2,3],
    # 顶面  
    [4,6,5], [4,7,6],
    # 侧面
    [0,4,1], [1,4,5],
    [1,5,2], [2,5,6],
    [2,6,3], [3,6,7],
    [3,7,0], [0,7,4]
]

7. 在3D处理中的重要性

几何计算：

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# 法线计算
face_normal = compute_face_normal(vertices[faces[0]])

# 面积计算  
face_area = compute_triangle_area(vertices[faces[0]])

# 体积计算
volume = compute_mesh_volume(vertices, faces)

渲染和可视化：

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# GPU渲染
# 顶点着色器处理顶点
# 片段着色器处理面片

总结

您的理解完全正确：

Vertices（顶点） ：3D空间中的点坐标 [x, y, z]
Faces（面片） ：由顶点索引组成的三角形 [v1, v2, v3]
关系：面片通过索引引用顶点，形成完整的3D网格
优势：避免重复存储，支持复杂的拓扑结构

这种设计是3D图形学中的标准做法，既高效又灵活！