# Studio 软件架构（测量版）

本文不是"理想架构"，而是**当前代码的真实依赖结构**：所有框图、数字与结论都由下面的脚本从源码里扫出来，
每条判断后面都跟着它的证据。配套的矢量图是 `studio-architecture.svg`（浏览器直接打开）。

生成方式（可复现，改完代码重跑即可）：

```powershell
$env:PYTHONPATH = 'D:\orisys_ws\orisys-app\shared\src;D:\orisys_ws\orisys-app\apps\studio\src'
& $py D:\orisys_ws\.repro\studio_arch_scan.py       # 模块清单、包级依赖、环、Qt/GL/SDK 归属
& $py D:\orisys_ws\.repro\studio_arch_imports.py    # 哪些模块在 import 时就拉进 Qt/GL/SDK，哪些是惰性
```

统计口径：行数含空行；`fan-in` = 有多少模块 import 它；`fan-out` = 它 import 了多少模块（同一模块多次
import 只算一条边）。

---

## 1. 分层视图（真实依赖方向）

```mermaid
graph TB
    subgraph L0["① 入口"]
        MAIN["main.py<br/>110 行 · QApplication + 主题 + 首选项"]
    end
    subgraph L1["② 窗口外壳（只有它能看见全部 UI）"]
        WIN["app_window.py · StudioMainWindow<br/>3044 行 · 158 个方法 · fan-out 36"]
        BAR["brand_bar · toolbar · record_status"]
    end
    subgraph L2["③ 面板（各自的画布与控件）"]
        ARROW["ui/arrow_panel<br/>2D 图像 · 519 行"]
        MESH["ui/mesh3d_panel<br/>3D 宿主容器 · 405 行"]
        PLOTS["ui/force_plots<br/>三轴曲线 · 1243 行"]
        CAL["ui/cal_panel<br/>标定表 · 793 行"]
        DLG["sensor_dialog · plot_settings_dialog · cal_point_dialog"]
    end
    subgraph L3["④ Studio 领域服务（无 Qt 的与有 Qt 的分开）"]
        REC["recording.py<br/>记录协调 · 268 行"]
        REP["replay.py<br/>回放引擎 · 286 行（QObject）"]
        CALSVC["calibration_service.py<br/>131 行"]
        COORD["scene3d/coordinator.py<br/>560 行 · **无 Qt**"]
        CAM["scene3d/camera.py<br/>210 行 · **无 Qt**"]
        VIEW["scene3d/view.py<br/>758 行 · 3D 唯一入口"]
        ASSET["scene3d/asset_source.py<br/>257 行 · 场景加载线程"]
        GLB["scene3d/gl_backend.py<br/>871 行 · **GL 只在运行时惰性 import**"]
    end
    subgraph L4["⑤ 共享领域层（采集/记录/力/三维契约，无 Qt 依赖）"]
        AQ["acquisition<br/>2343 行 · worker / packet / sinks / 图像后端"]
        RC["record<br/>2673 行 · 录像读写 / CSV / session.json"]
        FORCE["force<br/>2645 行 · 力曲线源 / 标定 / 滤波"]
        S3D["scene3d<br/>4057 行 · 契约 / 采样 / 合成 / 包格式 / 签名"]
        MISC["camera · prefs · paths · i18n · theme · logging"]
    end
    MAIN --> WIN
    WIN --> BAR
    WIN --> ARROW
    WIN --> MESH
    WIN --> PLOTS
    WIN --> CAL
    WIN --> DLG
    MESH --> VIEW
    VIEW --> COORD
    VIEW --> ASSET
    VIEW --> GLB
    VIEW --> CAM
    COORD --> S3D
    VIEW --> S3D
    ASSET --> S3D
    WIN --> REC
    WIN --> REP
    WIN --> CALSVC
    REC --> RC
    REP --> RC
    CALSVC --> FORCE
    WIN --> AQ
    WIN --> FORCE
    WIN --> RC
    PLOTS --> FORCE
    CAL --> FORCE
    ARROW --> AQ
    MESH --> S3D
```

纯文本版（无 Mermaid 渲染器时看这个）：

```
main.py
  └─ app_window.py  ──┬─ 外壳: brand_bar / toolbar / record_status
                      ├─ 面板: arrow_panel(2D) · mesh3d_panel(3D) · force_plots · cal_panel · 对话框
                      ├─ 领域服务: recording · replay · calibration_service · scene3d.{view,asset_source,coordinator,keys}
                      └─ 共享层(无 Qt): acquisition · record · force · scene3d · camera/prefs/paths/i18n/theme/logging
mesh3d_panel → scene3d/view  (3D 的唯一入口)
      view → { coordinator(无 Qt) , asset_source(线程) , gl_backend(惰性 GL) , camera(无 Qt) , widget }
coordinator → composer(共享) → contracts(共享)
```

## 2. 运行时与线程视图

```mermaid
graph LR
    subgraph GUI["GUI 线程（Qt 事件循环）"]
        W["StudioMainWindow"]
        T1["运行定时器 16 ms<br/>_on_run_tick"]
        T2["回放定时器 33 ms<br/>_on_play_tick"]
        T3["预览定时器"]
        PANELS["面板：2D / 3D / 曲线 / 标定"]
    end
    subgraph ACQ["采集线程（每会话一条）"]
        FW["FingerAcquisitionWorker / BoxWorker"]
        PKT["SdkPacket"]
    end
    subgraph RECW["记录写线程"]
        EXP["ExperimentRecorder<br/>视频 + forces.csv + session.json"]
    end
    subgraph S3DW["三维合成线程（1 条）"]
        CMP["SceneComposer.compose"]
    end
    subgraph S3DA["场景加载线程（1 条）"]
        LOAD["SceneAssetLoader<br/>读包 + 验签 + 设备几何校验"]
    end
    FW --> PKT
    PKT -->|记录 sink| EXP
    PKT -->|UI sink<br/>submit_packet| W
    W -->|ImageFrame→image_backend| PANELS
    W -->|"submit（容量 1 mailbox，尝试不阻塞）"| CMP
    CMP -->|结果在 GUI 线程校验 epoch| W
    LOAD -->|loaded 信号| W
    T1 --> W
    T2 --> W
    T3 --> W
    W --> PANELS
```

关键性质（都有测试钉住）：

- **采集线程永不等待显示**：`submit` 只做身份/形状的廉价校验，容量 1 的 mailbox 由后来的帧替换前者；
  生产者还会在"已有一帧在等"时干脆不做那次 O(H×W) 的拷贝（`skipped_producer`）。
- **合成线程与加载线程各只有 1 条**，且同时最多一次合成在飞行；结果必须通过 `epoch` + 身份（source /
  session / generation / request_id）校验才会被 GUI 线程接受。
- **记录通道与显示通道共用同一个 packet，但计数完全分开**：显示丢帧（`superseded`）永不进记录。

## 3. 二维 / 三维显示子系统（最近两轮重构后的样子）

```mermaid
graph TB
    subgraph SRC["生产者（4 条）"]
        LIVE["实时 packet.processed_frame + flow + depth"]
        RECOMP["重算：同一采集链跑在录像上"]
        REPLAY["回放：ReplayEngine.video_frame_bgr() 原始帧"]
        PREV["预览：摄像头原始帧"]
    end
    IB["image_backend.py（共享）<br/>ImageFrame → plan_image() → render_image()"]
    PANEL2D["ui/arrow_panel<br/>模式集/注解来自 plan"]
    AP["packet → adapters → coordinator（mailbox+epoch）→ SceneComposer（线程）"]
    VIEW3D["scene3d/view<br/>describe() / render_totals() / capabilities()"]
    PANEL3D["scene3d/panel（参数+图例+色条）"]
    GLW["scene3d/widget → gl_backend（GL 惰性）"]
    LIVE --> IB
    RECOMP --> IB
    REPLAY --> IB
    PREV --> IB
    IB --> PANEL2D
    LIVE --> AP
    RECOMP --> AP
    AP --> VIEW3D
    VIEW3D --> GLW
    VIEW3D --> PANEL3D
```

两条显示路径**互不干扰**：2D 是一条纯数据流水线（`ImageFrame → 一个渲染函数 → 一个 QImage`），
3D 是"契约 + 合成线程 + GL"的另一条。它们的共同上游只是同一个 `SdkPacket`。

## 4. 边界规则与证据

| 规则 | 是否成立 | 证据 |
|---|---|---|
| 模块级无循环依赖 | ✅ | 扫描 **89 个模块**（studio 32 + shared 57）的 import：**环 0 个** |
| 共享层不依赖 Qt | ✅（有一条惰性例外） | `import` 时拉进 PyQt5 的 21 个模块**全部**在 `orisys_studio.*`；`shared/theme/qss.py` 用 PyQt5 **画图标时**才 import（函数内 + try 保护） |
| OpenGL 从不在 import 时拉入 | ✅ | 唯一使用者 `scene3d/gl_backend.py` 是函数内惰性 import；`widget.py` 同理 |
| 三维调度与相机无 Qt，可脱离 GUI 测试 | ✅ | 新解释器里 `import orisys_studio.scene3d.coordinator` / `.camera` → 不含 PyQt5/OpenGL/SDK |
| 采集侧可在无 GUI 环境导入 | ✅ | `acquisition.arrows` / `.sinks`、`record.playback`、`scene3d.contracts`、`scene3d.composer` 全部"干净" |
| 共享层与 SDK 解耦 | ⚠️ **不成立** | `orisys_app_shared.force.calibration_io` 在 import 时 `import orisys`；于是 `import orisys_app_shared.force.history` 也会把 SDK 拉进来 |
| 三维是单向流动 | ✅ | `window → mesh3d_panel → view → {coordinator, composer, widget, gl_backend, camera}`；`coordinator` 不知道 Qt/GL/IO |
| 契约集中在一处 | ✅ | `orisys_app_shared.scene3d.contracts`：1185 行、**fan-in 22**（全仓最高），fan-out 0（只依赖 numpy） |

## 5. 指标

**改动最贵的地方（行数 × 扇出）**

| 模块 | 行数 | fan-out | 说明 |
|---|---:|---:|---|
| `orisys_studio.app_window` | 3044 | **36** | 158 个方法，其中 50 个 `_on_*` 处理器；唯一 fan-in=1 的中心 |
| `orisys_studio.ui.force_plots` | 1243 | 8 | 曲线、量程、光标、概览、单位徽章都在一个类里 |
| `orisys_studio.scene3d.gl_backend` | 871 | 2 | 着色器、打包、纹理、统计；被 4 个模块依赖 |
| `orisys_studio.ui.cal_panel` | 793 | 7 | 标定表 + 采样 + 拟合入口 |
| `orisys_studio.scene3d.view` | 758 | 8 | 3D 的唯一入口（刻意的） |

**稳定核心（被依赖最多）**：`scene3d.contracts`(22) > `i18n`(16) > `paths`(11) = `theme`(11) >
`record.sample`(8) > `acquisition.models`(5) = `force.filters`(5) = `force.session`(5) = `scene3d.digest`(5)…

**验证面**：共享库测试 22 文件 / 5992 行；应用测试 10 文件 / 5641 行；工具 `ui_check.py` 3168 行、
`bench_scene.py` 608、`soak_scene.py` 503、`validate_scene.py` 302、`ui_snapshot.py` 292、`probe_gl.py` 192。

**生产面 vs 验证面**（同一口径：含空行）：

| | 行数 | 其中三维 |
|---|---:|---:|
| `apps/studio/src`（生产） | 13 376 | 4 326 |
| `shared`（生产，无 Qt） | 14 820 | 4 576 |
| 测试（shared 5992 + studio 5641） | 11 633 | — |
| 工具（ui_check 3168 + scene_assets 工具 2104） | 5 272 | — |

即**验证面（16.9k 行）比 studio 的生产代码（13.4k 行）还大**。共享层里记录 2673、力 2645、采集 2343 行，
三维 4576 行——三维不是附属功能，它和"记录/力"是同一量级的子系统。

## 6. 评估：合理与不合理的地方

### 已经合理、值得保住的

1. **依赖无环 + 分层单向**（扫描证据）。这不是小事：有环的项目才会出现"改 A 必须改 B 再改回来"的
   连锁；这里没有。新增模块时只要不反向 import 就不会破坏。
2. **共享层与 UI 的物理隔离**：`shared` 里 `import` 时不拉 Qt/GL，采集线程、CI、离线工具都能在无 GUI
   环境跑；`contracts` 甚至只依赖 numpy。
3. **三维子系统的接口是显式的**：`describe()`（我是什么）/`render_totals()`（显示了什么）/
   `capabilities()`（数据源能给什么）/`set_plan()`（这一帧能画什么）。窗口只调这四个，不碰渲染细节——
   这几轮重构主要就是在把隐式耦合换成这四条缝。
4. **降级路径是设计出来的，不是碰巧**：无 GL / 无资产 / 几何不符 / 字段失效 / 场景被平台锁拒绝，
   每一种都只降级三维或某个面板，2D 与记录不受影响（有专门测试）。
5. **危险的知识点集中在有测试的地方**：单位与坐标系（`legacy.py` + Procrustes 残差）、包格式与签名
   （`package.py`/`protect.py`）、采样无效语义（`sampling.py`）——这些最容易静默出错的部分都有
   输入样例 + 失败样例。

### 不合理、会随时间变贵的地方（按严重程度）

1. **`app_window.py` 是上帝对象**：3044 行 / 158 方法 / fan-out 36。它同时扮演四个角色——
   ①视图装配器 ②会话与 worker 生命周期控制器 ③业务决策（单位回退、量程、重算/回放互斥、面板尺寸）
   ④持久化与诊断聚合。后果：任何功能改动都要动它（本次两轮修 bug 里，`_load_replay_video`、
   `_sync_replay_actions`、`_update_run_enabled`、`_render_*` 全在同一个文件里互相影响）；
   它是**唯一** fan-in=1 的中心，也就是说没有第二个人能独立改它的任一部分而不碰冲突热点。
2. **三个"panel"名字打架**：`ui/arrow_panel`（2D 面板）、`ui/mesh3d_panel`（3D 宿主容器）、
   `scene3d/panel`（3D 参数控件）。新人第一次找"面板加个开关"要在三个文件里试。同类问题还有
   `scene3d/replay.py`(studio 回放引擎) 与 `shared/record/playback.py`(录像读取)。
3. **两套 `scene3d` 包**：`orisys_app_shared.scene3d`（契约/采样/合成/包，无 Qt）与
   `orisys_studio.scene3d`（coordinator/view/panel/widget/GL）。边界理由是"Qt/GL 不进共享层"，
   但 `coordinator` 其实无 Qt（已实测），放在 studio 只是因为"它服务 GUI 计时器"——这条理由不硬。
4. **共享层 `force` 硬依赖 SDK**：`calibration_io` 在 import 时 `import orisys`，于是"共享层可以脱离
   SDK 做单元测试"这条**只对三维成立，对力不成立**（力相关的测试必须装 SDK）。这也解释了为什么
   离线工具与力曲线测试总是整套跑。
5. **`ui_check.py` 3168 行单文件**：它是产品 UI 的"第二份规格"（587 项断言），但没有分层，改 UI 就改它，
   且它引用了不少产品私有属性/组件名。它同时是**最有价值**的回归门和**最脆**的资产。
6. **测试对私有成员的依赖**：`tests` 里直接读 `view._camera`、`widget._renderer`、`coordinator._inflight`、
   `loader._pending`、`panel._descriptor` 等。接口一改就要改测试（这几轮已经通过
   `attach_view` / `describe` / `render_totals` / `_snapshot_diagnostic` 之类的公开缝减少了一批）。
7. **验证面 > 生产面**：16k 行测试/工具 vs 12.9k 行 studio 生产代码。好处是回归门硬；代价是每次改接口
   的成本被放大，尤其是 `ui_check` 里的字符串/布局断言。

### 一句话结论

**组织是合理的、容易维护的**（无环、分层单向、共享层无 Qt、危险知识集中在有测试的地方），
**但有一个明确的单点：`app_window.py`**。它现在是"能维护"和"改一处要被它绊住"之间的分界线；
再往上加功能（下一个面板、下一种传感器、下一个回放能力）之前，把它拆开是性价比最高的一件事。

## 7. 建议（按性价比排序）

| # | 建议 | 收益 | 成本/风险 | 回归门 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | **拆 `app_window`** 为三个控制器：`SessionController`（worker 生命周期 + sinks + 记录）、`RunViewPresenter`（面板可见性/尺寸/单位/量程）、`ReplayCoordinator`（把窗口里回放相关逻辑并进已有的 `replay.py`），窗口只剩装配 + 信号转发 | 改动热点从 1 个 3044 行文件变成 4 个 400–700 行文件；并行改动不再互相踩 | 中（纯搬运，不改行为）；风险是搬运时把某个"隐式顺序依赖"弄丢 | 现有 `test_ui_smoke`/`test_scene3d_view`/`ui_check` 全绿；`git diff` 只应有移动与转发 |
| 2 | **给共享层加"依赖规则测试"**：AST 扫描断言 `shared` 不得 eager import PyQt5/OpenGL（现状成立），以及 `studio.scene3d` 不得 import `acquisition`；把 `force → orisys` 的现状登记为"已知例外"或改为惰性 | 把"现在对"变成"以后不会错"；顺手暴露第 4 条风险 | 小（一个测试文件，用现成扫描脚本改） | 新测试 + 现有套件 |
| 3 | **消歧命名**：`scene3d/panel.py` → `scene3d/controls.py`；`ui/mesh3d_panel.py` → `ui/scene3d_host.py`；`scene3d/replay` 与 `record/playback` 在 docstring 里互相指路 | 新人少走 3 次错门 | 小（改名 + import 更新），但会触及 ui_check 的引用 | 全套 + `ui_check` |
| 4 | **把 `force → SDK` 改为惰性**（`calibration_io` 里改成函数内 import，或把 SDK 相关函数拆出去） | 力曲线的纯计算（history/filters/scale）可在无 SDK 环境测试 | 中（要区分哪些函数真的需要 SDK） | 现有力测试 + 无 SDK 的 import 检查 |
| 5 | **`ui_check` 拆模块**（按场景拆 `tools/ui_checks/*.py`，保留单一入口与退出码） | 最脆的资产变成可分工、可 diff 的几块 | 中（3168 行搬运，语义不变） | 检查项计数不变（587 项 0 失败） |
| 6 | **测试私有访问清单化**：把所有 `obj._x` 访问集中到 `tests/support/` 一层小适配器 | 内部重构不再一次性打碎几十个测试 | 小-中 | 全套 |

不建议做的事：**不要**为了"看起来分层漂亮"把 `scene3d` 从 studio 搬进 shared（第 3 条第 5 项理由不硬，
但现在搬动没有收益，反而打断三维子系统已经稳定的接口）；也**不要**为了统一而重写 `ui_check`。

---

_本文与图由源码扫描生成；扫描脚本在 `.repro/studio_arch_scan.py`、`.repro/studio_arch_imports.py`，
原始数据在 `.repro/studio_arch.json`、`.repro/studio_arch_imports.json`。_