半空间（Halfspace）是一个用于距离场实体建模的实验性集成开发环境（IDE）。它是菲吉特内核（Fidget kernel）的展示应用，该内核被用于光栅化与网格化。在图形用户界面中，图像以近乎实时的方式光栅化，而模型能够导出为图像或三角网格。

简介

Halfspace 是一个实验性的 IDE，用距离场做实体建模。

试试 demo

（demo 在电脑上体验最好；移动端 Safari 有 WebGPU 问题，平移／倾斜／缩放交互也还没针对多点触控设计。）

Halfspace 是 Fidget 内核的展示应用，光栅化和网格化都靠它。在 GUI 里，图像以接近实时的速度光栅化；模型可以导出为图像或三角网格：

既然是 2026 年，先说明一下：这不是 vibe-coded。我从 2025 年 4 月做到现在，用的是人类大脑，原因有很多（Fidget 则要追溯到 2022 年）。

下面的内容假定你对隐式曲面有点了解；更多背景可以看以往多篇文章（或者接着读也行）。

为什么？

我花了不少时间写隐式内核，花在基于这些内核写 GUI 上的时间少一些，真正用这些工具建模的时间更少。

日常生活中我其实不需要做多少实体建模，所以我做出来的东西大多是 demo，或者是某个内核的用法示例。

不过，用隐式曲面时我注意到一种张力。直接操作低层隐式曲面有点像写汇编：底层、强大、烦人。如果只给你 x、y、z 三个变量，全靠你把它们组合成梦想中的各种形状，那体验相当痛苦。

面对写汇编的痛苦，大多数人会在上面搭抽象：高级语言和库，编译到低层表示。这里对应的是形状与变换的标准库：sphere、box、translate、scale 等等。

还有一条不那么常见的路子：让汇编本身更好写。

这类项目里我最喜欢的是 Kartik Agaram 的 Mu，它把模拟、追踪和时间旅行调试包在 x86 汇编的一个子集外面。

Halfspace 两条路都走。它自带一个（不大但在成长的）标准库，同时也让增量搭建模型变得容易：复杂模型可以拆成更小的部分，各部分能单独参数化、单独可视化。

有了这些理由，再往下拆解一下定位。

实体建模

所谓「实体建模」，就是我们关注的对象有明确的内部和外部；空间里任意一点，你都能说它是在模型内还是模型外。

这看起来理所当然，但很多建模并不在乎这一点：随便打开一个游戏模型查看器=rkL%5BgL)，你会看到大量无限薄的贴图墙面，由单组三角扇构成。我的背景是 CAD/CAM 软件（侧重 3D 打印），所以我想要的是能物理制造出来的模型。

实体建模有很多做法。多数 CAD 软件里，由边界表示几何内核把一张张曲面缝合成实体。这是极其困难的问题——比如两张 NURBS 曲面的交线可能根本没有闭式解。

从我硕士论文开始，我一直在做基于隐式曲面的几何内核。它的好处是，理论上一个人或一个小团队就能写完并完全理解，很适合个人规模的制造软件。

Halfspace 延续了这条线：它是包在 Fidget 几何内核外面的 GUI。模型可以用预定义图元和手写脚本组合设计，可导出为图像或三角网格。

距离场 IDE

我们本可以只在构造实体几何（CSG）层使用 Fidget 内核，搭出形状（球、立方体、圆柱等），再用逻辑运算（并、交、差）组合。Halfspace 选择把底层的距离场放到台前。

举个例子说明为什么这重要。下面是同一个锯齿波的两个距离场，它们在空间中每一点的符号都相同，但值不同：

图中符号（定义内部与外部）由颜色表示（蓝对橙），形状边界为白色（值等于 0）。场的数值由较淡的等值线表示，间距固定，像地形图。

尽管符号处处相同，第一个场的性质非常糟。看锯齿的竖直边：从内部（蓝）过渡到外部（橙），却没有穿过零点。

这是 C0 即「跳跃」间断，是坏消息。Fidget 用自动微分算法线，所以这条边界两侧的法线方向不正确（对比上下两图的场线）。在 3D 里我们用这些法线做着色，于是 cabin 的屋顶瓦片就渲染错了：

（如果眼熟，是因为它取自早前一篇博客）

把距离场放到台前，这类问题就容易诊断了。事实上它还能带来进一步改进：可以把梯度调成处处为 1，而不是挤在对角线上。下面是前后对比：

梯度均匀会让各种算法表现更好；Fidget 的正确性不依赖这一点，但例如网格质量可能因此提升。

Halfspace 是实验性的、跨平台的

现在把 Halfspace 用在任何承重场合都是极冒险的决定。在 Fidget 那篇写up里，有一条项目目标是：

为隐式内核找到「正确」的 API，并保留做出重大兼容性破坏的可能

Halfspace 类似：它不向最终用户暴露 API，但我在借它锻炼软件架构能力——做一个完整的跨平台应用，并愿意一路激进迭代、破坏东西。

说到跨平台，我让自己更累了：同时面向 web 和原生平台。在供应链攻击频发的年代，能直接分享一个网页链接、而不是让人编译运行代码，对上手和随手使用都很友好。

为此我攒出了一套「Halfspace stack」：一组库和模式，让我用最少的痛苦同时发布原生 + web 应用。核心部分目前是：

• 应用（及其全部依赖）用 Rust

  • 手工调用 wasm-bindgen 等来构建 web 版本

• GUI 用 egui

  • 窗口与标签页的核心抽象用 egui_dock

• 渲染 UI 以及 GPU 计算都用 wgpu（！）

• 脚本用 Rhai

• Rayon 和 wasm-bindgen-rayon，有两个用途：

  • 把工作分给多个 worker 来加速并行算法，这是该库的「典型」用法
  • 给短命的后台任务做线程池；这个用法不太寻常，但 web 上没法随便生成线程

• ……还有一长串其他库和折腾

  • web-time 做跨平台时间支持
  • 一个自制 worker 池，用于脱离主线程（async）做 GPU 渲染

这些都值得单独写一篇；这一栈的每一层我都有抱怨，但总体上它们能 Just Works™ 实在不可思议。

推动 Fidget 改进

Halfspace 的另一个目标，是通过在一个不那么简单的应用里使用 Fidget，来推动内核改进。

这方面最大的成果是 fidget-wgpu 的持续开发。起因是 web 上的性能：原生构建快得让人愉快，但在 CPU 上做光栅化、再经过一层 WebAssembly，就慢得「无法交互」。

在 Fidget 侧做了大量工作后，光栅化和后处理（例如着色）现在都能完全跑在 GPU 上，不再需要往 CPU 回传。

这在性能和架构上都是胜利：

• 原生和 web 目标上都有了原生的渲染速度
• 渲染逻辑不再分散在 Fidget（CPU）和 Halfspace（CPU 与 GPU 混合）之间：
  • Fidget 实现规范的渲染逻辑
  • Halfspace 只有很薄的着色器，画一张 RGBA 纹理

（2D 渲染管线现在也完全 GPU 加速了，只是 Halfspace 里的着色器稍微花哨一些，原因嘛……）

收尾

Halfspace 确实存在了！

你应该试试，但大概不该把它用在关键应用上！遇到问题请在 GitHub 上提 issue 或开 discussion。

和我的多数作品一样，我打算一直做到这个项目再也学不到东西为止。也一如既往，它是开源的，采用 MPLv2 许可。

社区对展示的项目创意普遍表示喜爱与期待，并自发补充了作者在相关领域的长期工作及类似工具，未见明显分歧。

喜爱该项目创意

• 多位读者简短表达对项目的喜爱，认为点子很酷值得关注（较多人）

期待 Halfspace 3 后续版本

• 有用户留言等待 Halfspace 3，折射出社区对作者系列工具的持续兴趣（少数人） > 我在等 Halfspace 3。（@SirFatty）

赞赏 Matt Keeter 长期研究分享

• 读者指出 Matt Keeter 在此领域钻研良久且慷慨公开成果，其论文颇具阅读价值（少数人） > Matt Keeter 在这方面做了很久，非常慷慨地分享努力和研究，他的论文很值得读。（@WillAdams）

推荐或分享类似编辑与计算项目

• 有人引荐 Mu 项目，作为从机器码构建的安全可黑客计算栈，具备仿真与调试特性（少数人） > 这类项目里我最喜欢 Kartik Agaram 的 Mu，它围绕 x86 汇编子集实现了仿真、追踪和时间旅行调试。（@mncharity）
• 另有开发者介绍自己做的 WebGL 版 SDF 编辑器，可粘贴 ShaderToy 代码导出 STL 用于 3D 打印，目标不同（少数人）