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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）：

$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）。

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1. 分层视图（真实依赖方向）

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

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）

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：ReplayController.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。

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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。