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[tools/medcoupling.git] / doc / tutorial / medcoupling_dataarray1_en.rst
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2 Manipulate DataArray objects
3 ----------------------------
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5 DataArrays (DataArrayInt and DataArrayDouble) are used in MEDCoupling to store contiguous arrays in memory. Each array entry is a tuple of data.
6 They form the base of many data processing performed by MEDCoupling. It is thus useful to be able to manipulate them with ease.
7
8 DataArrayDouble are often used to manipulate fields in an optimized fashion, as will be shown later on.
9
10 Objective
11 ~~~~~~~~~
12
13 In this exercise the aim is to create a set of 2D Cartesian coordinates. The first component will be called X (with unit "m") and the second Y (same unit). The coordinates represent 7 regular hexagons (all inscribed in a 3cm radius circle).
14 The 7 hexagons are built from a centered reference hexagon (3.4; 4.4).
15
16 Around this reference, 6 translated copies are created and each copy shares exactly one edge with the reference.
17 The common nodes (tuples) are then merged. This shows how to use indirections, concept widely used in unstructured meshes.
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19 .. image:: images/DataArrayDouble_1.jpg
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21 Concepts at hand:
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23 * Create an instance of DataArrayDouble
24 * Display a DataArrayDouble instance and invoke the getValue() method to convert it to a list
25 * Use convenient notations da[...]
26 * Learn about renumbering (old2new convention)
27 * Invoke services from findCommonTuples 
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29 Starting the implementation
30 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
31
32 To start with, import the whole python module MEDCoupling and the standard math module. ::
33
34         from MEDCoupling import *
35         import math
36
37 This makes the following available:
38
39 * all MEDCoupling classes
40 * all enum (ON_CELLS, ON_NODES, ONE_TIME...)
41 * all static methods
42
43 Create a DataArrayDouble instance containing 6 tuples
44 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
45
46 The target here is to create one DataArrayDouble containing the complete set of coordinates for one regular hexagon. ::
47
48         d=DataArrayDouble(6,2)
49
50 Which is equivalent to ::
51
52         d=DataArrayDouble()
53         d.alloc(6,2)
54
55 or to ::
56
57         d=DataArrayDouble(12)
58         d.rearrange(2)
59
60 .. note:: d contains 12 values grouped in 6 tuples containing each 2 components.
61           The values in d are still un-initialized.
62
63 Initialize an instance of DataArrayDouble
64 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
65
66 Assign the value 3.0 (radius) to the first component of all tuples. ::
67
68         d[:,0]=3.
69
70 Initialize the 2nd component of each tuple i with the index value i. ::
71
72         d[:,1]=range(6)
73
74 Multiply the 2nd component by pi/3. ::
75
76         d[:,1]*=math.pi/3.
77
78 .. note:: d now contains the polar coordinates of our regular hexagon centered at 0,0.
79
80 Convert from polar to Cartesian by invoking fromPolarToCart(), and assign the result to d. ::
81
82         d=d.fromPolarToCart()
83
84 .. note:: fromPolarToCart() generates a new instance and d now points to it.
85
86 Assign the correct component information of d.::
87
88         d.setInfoOnComponents(["X [m]","Y [m]"])
89
90 Display the values only in form of a Python list. ::
91
92         print d.getValues()
93
94 Display d. ::
95
96         print d
97
98 Verify that for each tuple of d its norm (returned by the magnitude() method) is indeed 3 (with an error less than 1.e-12):
99 ::
100
101         print d.magnitude().isUniform(3.,1e-12)
102
103
104 Duplication and aggregation of DataArrayDouble 
105 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
106
107 translationToPerform contains a list of vectors of size 2. This list has length 7 (7 hexagons) Cette liste de taille 7 (7 hexagones) and describes the appropriate translation for each copy of d.
108
109 Execute directly the following lines ::
110
111         radius=3.
112         translationToPerform=[[0.,0.],[3./2.*radius,-radius*math.sqrt(3.)/2],[3./2.*radius,radius*math.sqrt(3.)/2],[0.,radius*math.sqrt(3.)],[-3./2.*radius,radius*math.sqrt(3.)/2],[-3./2.*radius,-radius*math.sqrt(3.)/2],[0.,-radius*math.sqrt(3.)]]
113
114
115 Create the len(translationToPerform) copies of d and apply the corresponding translation.  ::
116
117         ds=len(translationToPerform)*[None]
118         for pos,t in enumerate(translationToPerform):
119           ds[pos]=d[:]
120           ds[pos]+=t
121           pass
122
123 An alternative (and more compact) way to do it : ::
124
125         ds=[d.deepCopy() for i in xrange(len(translationToPerform))]
126         for (elt,t) in zip(ds,translationToPerform) : elt+=t
127
128 Aggregating DataArrayDouble
129 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
130 From the list of DataArrayDouble instances 'ds', construct the aggregation 'd2' (a new instance of DataArrayDouble).
131 ::
132
133         d2=DataArrayDouble.Aggregate(ds)
134
135 .. note:: d2 now contains the full tuple set (6*7=42 tuples of 2 components each) which was in ds with the same order. This might sound obvious but the aggregation of meshes and fields is based on the exact same principle thus facilitating data access and indexing. This is a key difference to the MED file model, as will be seen later on.
136
137 Find identical tuples in d2
138 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
139
140 d2 contains 42 tuples but some of them are duplicated. To identify those (with a 1e-12 precision) invoke DataArrayDouble.findCommonTuples().
141 Use help(DataArrayDouble.findCommonTuples) to show the prototype of the method and store the result in c and cI::
142
143         oldNbOfTuples=d2.getNumberOfTuples()
144         c,cI=d2.findCommonTuples(1e-12)
145
146 c is an array containing all the common nodes grouped sequentially. cI contains the pointers to c allowing to identify all the nodes in a group 'i' (with 'i' in [0, 12) ). Thus the tuple ids of group 'i' start at index cI[i] in the list c, and finish at index cI[i+1].
147
148 .. note:: DataArrayDouble.findCommonTuples() thus returns 2 values: an array containing a list of common tuples, and an index array which is used to navigate in the first list. This is a very classical return signature in MEDCoupling and often appears when manipulating unstructured meshes.
149
150 Manipulate DataArrayInt couple representing a pair (Data,IndexData)
151 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
152
153 The number of common tuples is len(cI)-1, i.e. 12 in our case. 
154 Get the list of tuple ids forming the first group of common nodes and store the result in tmp. ::
155
156         tmp=c[cI[0]:cI[0+1]]
157         print tmp
158
159 Check the result: all the tuples stored in tmp point to identical coordinates in d2.::
160
161         print d2[tmp]
162
163 .. note:: we see the tuple (3.,0.) repeated 3 times (with an error margin below 1e-12).
164
165 Now we will deduce from the 3 variables oldNbOfTuples, c and cI the number of truly different tuples in d2.
166 To this end we compute the number of repetitions in d2 and we subtract this from oldNbOfTuples.
167
168 To get the repetition count invoke the method DataArrayInt.deltaShiftIndex(). It returns the size of each group.
169 Store the result in a. ::
170
171         a=cI.deltaShiftIndex()
172
173 The number of repetitions in d2 for each group can now be stored in b. ::
174
175         b=a-1
176
177 Finally the new count of tuples can be computed as follows. ::
178
179         myNewNbOfTuples=oldNbOfTuples-sum(b.getValues())
180
181 Build old to new array from c and cI
182 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
183
184 c and cI define a surjective function from a starting set X containing 42 tuples (oldNbOfTuples) to a set Y containing 24 tuples (myNewNbOfTuples).
185
186 .. image:: images/SurjectionDataArray.png
187
188 This surjective function may also be represented thanks to an "old-2-new" array.
189 This storage method takes the form of a DataArrayInt 'o2n' made of Card(X) tuples (in our case 42) with one component each. For each tuple (element) indexed by i in o2n, o2n[i] contains the new tuple id in Y.
190
191 The format 'old-2-new' is systematically used for all renumbering operations (one-to-one correspondence).
192
193 The static method DataArrayInt.ConvertIndexArrayToO2N() performs the conversion from one storage mode to the other (c, cI to o2n).
194 We get for free the number of elements in Y, i.e. the variable newNbOfTuples. ::
195
196         o2n,newNbOfTuples=DataArrayInt.ConvertIndexArrayToO2N(oldNbOfTuples,c,cI)
197         print "Have I got the right result? %s"%(str(myNewNbOfTuples==newNbOfTuples))
198
199 Using o2n and newNbOfTuples invoke DataArrayDouble.renumberAndReduce() on d2. ::
200
201         d3=d2.renumberAndReduce(o2n,newNbOfTuples)
202
203 This method has one drawback: we don't know for each group of common tuples in d2 what id was finally retained.
204 For example: in the group 0 we know that tuples 0, 8 and 16 are identical (tmp.getValues()), but we don't know which of the three has been retained in d3.
205
206 To make this choice explicit we use the new-2-old format. This storage mode is represented by a DataArrayInt n2o containing Card(Y) tuples (in our case 24) with one component each.
207 For each tuple (element) with id 'i' in n2o, n2o[i] contains the tuple id which was chosen in X.
208
209 The method DataArrayInt.invertArrayO2N2N2O() allows to switch between the two representations.
210 Try it on the variable o2n. ::
211
212         n2o=o2n.invertArrayO2N2N2O(newNbOfTuples)
213
214 Using n2o we can deduce d3_bis from d2. ::
215
216         d3_bis=d2[n2o]
217         print "Have I got the right result (2)? %s"%(str(d3.isEqual(d3_bis,1e-12)))
218
219 Translate all tuples at once
220 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
221
222 All tuples (or nodes) are to be translated by the vector [3.3,4.4]. ::
223
224         d3+=[3.3,4.4]
225
226 Build an unstructured mesh using d3 (coordinates) and o2n
227 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
228
229 Create an unstructured mesh m with coordinates d3. m has a mesh dimension of 2 ::
230
231         m=MEDCouplingUMesh("My7hexagons",2)
232         m.setCoords(d3)
233
234 Now allocate the number of cells with an upper bound of the actual number of cells. ::
235
236         m.allocateCells(7)
237
238 Finally thanks to o2n we know the connectivity of all 7 hexagons using the coordinates stored in d3.
239
240         for i in xrange(7):
241           m.insertNextCell(NORM_POLYGON,o2n[6*i:6*(i+1)].getValues())
242           pass
243
244 Check that m is coherent. ::
245
246          m.checkConsistencyLight()
247
248 To visually check m, write it in a VTU file ("My7hexagons.vtu") and display it in ParaVis. ::
249
250         m.writeVTK("My7hexagons.vtu")
251
252 .. note:: We write the data in VTU file, not in a MED file, because MEDCoupling doesn't use the MED file pre-requisite. Also note that although we output VTK data, MEDCoupling in itself doesn't depend on the VTK libraries.
253
254 Solution
255 ~~~~~~~~
256
257 :ref:`python_testMEDCouplingdataarray1_solution`