doc/tutorial/medcoupling_umesh1_en.rst

   1
   2 Playing with unstructured mesh
   3 ------------------------------
   4
   5 Unstructured meshes are the most used mesh type. MEDCouplingUMesh is the name of the class representing unstuctured meshes in MEDCoupling. MEDCouplingUMesh inherits from the MEDCouplingPointSet class that deals with all methods handling coordinates only.
   6 MEDCouplingUMesh adds two more attributes :
   7 * nodal connectivity
   8 * nodal connectivity index
   9
  10 Objective
  11 ~~~~~~~~~
  12
  13 The aim here is to manipulate unstructured mesh instances to extract part of an unstructured mesh.
  14 Several points will be covered in this exercise :
  15
  16 * coordinates modification of an unstructured mesh
  17 * extraction of a slice
  18 * build a part of a mesh given cell ids
  19 * playing with data, index arrays
  20
  21 .. image:: images/UMesh1.png
  22
  23 Implementation start
  24 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  25
  26 Import the MEDCoupling Python module. ::
  27
  28         from MEDCoupling import *
  29
  30 We now build a mesh containing artificially two types of cell (NORM_HEXA8 and NORM_POLYHED) to highlight the possibility to work with non-homogeneous cell types.
  31 mesh3D is an extruded mesh containing 18 cells composed into 3 levels along Z of 6 cells.
  32 Copy paste the following lines. ::
  33
  34         coords=[0.,0.,0., 1.,1.,0., 1.,1.25,0., 1.,0.,0., 1.,1.5,0., 2.,0.,0., 2.,1.,0., 1.,2.,0., 0.,2.,0., 3.,1.,0.,
  35                 3.,2.,0., 0.,1.,0., 1.,3.,0., 2.,2.,0., 2.,3.,0.,
  36                 0.,0.,1., 1.,1.,1., 1.,1.25,1., 1.,0.,1., 1.,1.5,1., 2.,0.,1., 2.,1.,1., 1.,2.,1., 0.,2.,1., 3.,1.,1.,
  37                 3.,2.,1., 0.,1.,1., 1.,3.,1., 2.,2.,1., 2.,3.,1.,
  38                 0.,0.,2., 1.,1.,2., 1.,1.25,2., 1.,0.,2., 1.,1.5,2., 2.,0.,2., 2.,1.,2., 1.,2.,2., 0.,2.,2., 3.,1.,2.,
  39                 3.,2.,2., 0.,1.,2., 1.,3.,2., 2.,2.,2., 2.,3.,2.,
  40                 0.,0.,3., 1.,1.,3., 1.,1.25,3., 1.,0.,3., 1.,1.5,3., 2.,0.,3., 2.,1.,3., 1.,2.,3., 0.,2.,3., 3.,1.,3.,
  41                 3.,2.,3., 0.,1.,3., 1.,3.,3., 2.,2.,3., 2.,3.,3.]
  42         conn=[0,11,1,3,15,26,16,18,   1,2,4,7,13,6,-1,1,16,21,6,-1,6,21,28,13,-1,13,7,22,28,-1,7,4,19,22,-1,4,2,17,19,-1,2,1,16,17,-1,16,21,28,22,19,17,
  43               1,6,5,3,16,21,20,18,   13,10,9,6,28,25,24,21, 11,8,7,4,2,1,-1,11,26,16,1,-1,1,16,17,2,-1,2,17,19,4,-1,4,19,22,7,-1,7,8,23,22,-1,8,11,26,23,-1,26,16,17,19,22,23,
  44               7,12,14,13,22,27,29,28,  15,26,16,18,30,41,31,33, 16,17,19,22,28,21,-1,16,31,36,21,-1,21,36,43,28,-1,28,22,37,43,-1,22,19,34,37,-1,19,17,32,34,-1,17,16,31,32,-1,31,36,43,37,34,32,
  45               16,21,20,18,31,36,35,33,   28,25,24,21,43,40,39,36, 26,23,22,19,17,16,-1,26,41,31,16,-1,16,31,32,17,-1,17,32,34,19,-1,19,34,37,22,-1,22,23,38,37,-1,23,26,41,38,-1,41,31,32,34,37,38,
  46               22,27,29,28,37,42,44,43, 30,41,31,33,45,56,46,48,  31,32,34,37,43,36,-1,31,46,51,36,-1,36,51,58,43,-1,43,37,52,58,-1,37,34,49,52,-1,34,32,47,49,-1,32,31,46,47,-1,46,51,58,52,49,47,
  47               31,36,35,33,46,51,50,48,  43,40,39,36,58,55,54,51, 41,38,37,34,32,31,-1,41,56,46,31,-1,31,46,47,32,-1,32,47,49,34,-1,34,49,52,37,-1,37,38,53,52,-1,38,41,56,53,-1,56,46,47,49,52,53,
  48               37,42,44,43,52,57,59,58]
  49         mesh3D=MEDCouplingUMesh.New("mesh3D",3)
  50         mesh3D.allocateCells(18)
  51         mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[0:8]); mesh3D.insertNextCell(NORM_POLYHED,conn[8:51]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[51:59]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[59:67]); mesh3D.insertNextCell(NORM_POLYHED,conn[67:110]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[110:118]);
  52         mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[118:126]); mesh3D.insertNextCell(NORM_POLYHED,conn[126:169]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[169:177]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[177:185]); mesh3D.insertNextCell(NORM_POLYHED,conn[185:228]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[228:236]);
  53         mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[236:244]); mesh3D.insertNextCell(NORM_POLYHED,conn[244:287]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[287:295]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[295:303]); mesh3D.insertNextCell(NORM_POLYHED,conn[303:346]); mesh3D.insertNextCell(NORM_HEXA8,conn[346:354]);
  54         myCoords=DataArrayDouble.New(coords,60,3)
  55         myCoords.setInfoOnComponents(["X [m]","Y [m]","Z [m]"])
  56         mesh3D.setCoords(myCoords)
  57         mesh3D.orientCorrectlyPolyhedrons()
  58         mesh3D.sortCellsInMEDFileFrmt()
  59         mesh3D.checkConsistencyLight()
  60         renum=DataArrayInt.New(60) ; renum[:15]=range(15,30) ; renum[15:30]=range(15) ; renum[30:45]=range(45,60) ; renum[45:]=range(30,45)
  61         mesh3D.renumberNodes(renum,60)
  62
  63 Convert coordinate unit from meters to centimeters
  64 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  65
  66 It might seem stupid, but this comes up regularly when coupling... ::
  67
  68         mesh3D.getCoords()[:]*=100.
  69         mesh3D.getCoords().setInfoOnComponents(["X [cm]","Y [cm]","Z [cm]"])
  70
  71 .. note:: It is important to keep the DataArrayDouble instance up-to-date about the physical units to avoid ambiguity. The INTERP_KERNEL library includes a physical unit processor.
  72
  73 Find the different Z levels in mesh3D and sort in increasing order
  74 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  75
  76 DataArrayDouble.getDifferentValues and DataArrayDouble.sort can help you! ::
  77
  78         zLev=mesh3D.getCoords()[:,2]
  79         zLev=zLev.getDifferentValues(1e-12)
  80         zLev.sort()
  81
  82 Extract the 6 cells of the second row along Oz
  83 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  84
  85 There are 3 possibilities to do that. We will see them from the simplest to the most complicated.
  86
  87 * Using buildSlice3D:
  88
  89 Simple method but a little costly. To do that simply define a plane having direction vector equal to [0.,0.,1.] and
  90 going through point [0.,0.,(zLev[1]+zLev[2])/2]. This method retrieves 2 things : the slicemesh containing the result slicing mesh3D
  91 and foreach 2D cell in slicemesh, the corresponding cell id into mesh3D. ::
  92
  93         tmp,cellIdsSol1=mesh3D.buildSlice3D([0.,0.,(zLev[1]+zLev[2])/2],[0.,0.,1.],1e-12)
  94
  95 * Using Barycenter of cells of mesh3D :
  96
  97 Firstly, compute the barycenters of the 3D cells. Then select the 2nd component of the barycenter of the cells.
  98 Finally select the tuple ids (corresponding to cell ids) falling in the range [zLev[1],zLev[2]]. ::
  99
 100         bary=mesh3D.computeCellCenterOfMass()
 101         baryZ=bary[:,2]
 102         cellIdsSol2=baryZ.findIdsInRange(zLev[1],zLev[2])
 103
 104 * Using MEDCouplingMappedExtrudedMesh :
 105
 106 This is the safest method since it only uses the nodal connectivity to compute the extrusion. The coordinates are ignored.
 107 Two things are needed to build a MEDCouplingMappedExtrudedMesh. The 3D mesh you expect to be an extruded mesh, and a 2D mesh
 108 lying on the same coordinates, from which the extrusion will be computed.
 109 Let's begin with the build of the 2D mesh. We build it from all the nodes on a plane going through point [0.,0.,zLev[0]] and with normal vector [0.,0.,1.] (MEDCouplingUMesh.findNodesOnPlane()).
 110 Then invoke MEDCouplingUMesh.buildFacePartOfMySelfNode to build mesh2D (read the documentation of buildFacePartOfMySelfNode()). ::
 111
 112         nodeIds=mesh3D.findNodesOnPlane([0.,0.,zLev[0]],[0.,0.,1.],1e-10)
 113         mesh2D=mesh3D.buildFacePartOfMySelfNode(nodeIds,True)
 114
 115 Then it is possible to compute an extrusion from mesh3D and mesh2D. ::
 116
 117         extMesh=MEDCouplingMappedExtrudedMesh.New(mesh3D,mesh2D,0)
 118
 119 Then simply request the 2nd row. ::
 120
 121         cellIdsSol3=extMesh.getMesh3DIds()[mesh2D.getNumberOfCells():2*mesh2D.getNumberOfCells()]
 122
 123 It is now possible to check that the 3 solutions are the same : ::
 124
 125         for i in xrange(3):
 126           exec("print cellIdsSol%s.getValues()"%(i+1))
 127
 128 Extract a sub-part of mesh3D
 129 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 130 Use the previously retrieved cell ids in cellIdsSol2 to compute a sub-part of mesh3D. ::
 131
 132         mesh3DPart=mesh3D[cellIdsSol2] # equivalent to mesh3DPart=mesh3D.buildPartOfMySelf(cellIdsSol2,True)
 133
 134 .. note:: The geometrical type doesn't play any role here. "mesh3DPart" now contains len(cellIdsSol2) cells. The cell #0 in "mesh3DPart" corresponds to the cell #cellIdsSol2[0] in "mesh3D" and so on ... "cellIdsSol2" can thus be seen as an array "new-to-old".
 135
 136 At this point, "mesh3DPart" lies on the same coordinates, so mesh3DPart has 60 nodes whereas only 30 are necessary. To zip the orphan nodes in "mesh3DPart", simply invoke zipCoords(): ::
 137
 138         mesh3DPart.zipCoords()
 139
 140 At this point mesh3DPart only contains 30 nodes and 6 cells. To prepare to MED file I/O we have to check if mesh3DPart is ready to be written safely into a MED file (i.e. if the cells are indeed ordered by type). ::
 141
 142         print mesh3DPart.checkConsecutiveCellTypesAndOrder([NORM_HEXA8,NORM_POLYHED])
 143
 144 Or: ::
 145
 146         print mesh3DPart.checkConsecutiveCellTypes()
 147
 148 You can also print the content of the mesh "mesh3Dpart": ::
 149
 150         print mesh3DPart.advancedRepr()
 151
 152 We see that mesh3DPart contains 6 cells, 4 HEXA8 then 2 POLYHED. Everything's OK: the cells are grouped by geometrical type.
 153
 154 Extract the 3 cells in mesh3D whose barycenters are along the line (pt=[250.,150.,0.],v=[0.,0.,1.])
 155 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 156
 157 There are 2 solutions to do that.
 158
 159 * using the barycenters of mesh3D again: same principle than above. ::
 160
 161         baryXY=bary[:,[0,1]]
 162         baryXY-=[250.,150.]
 163         magn=baryXY.magnitude()
 164         cellIds2Sol1=magn.findIdsInRange(0.,1e-12)
 165
 166 * using extrusion extMesh: starting from the unique cell in mesh2D whose center is at [250.,150.,0.] MEDCouplingMappedExtrudedMesh.getMesh3DIds retrieves the cell IDs sorted by slice. ::
 167
 168         bary2=mesh2D.computeCellCenterOfMass()[:,[0,1]]
 169         bary2-=[250.,150.]
 170         magn=bary2.magnitude()
 171         ids=magn.findIdsInRange(0.,1e-12)
 172         idStart=int(ids) # ids is assumed to contain only one value, if not an exception is thrown
 173         cellIds2Sol2=extMesh.getMesh3DIds()[range(idStart,mesh3D.getNumberOfCells(),mesh2D.getNumberOfCells())]
 174
 175 Now, build the sub-part of mesh3D using cell IDs in cellIds2Sol1. ::
 176
 177         mesh3DSlice2=mesh3D[cellIds2Sol1]
 178         mesh3DSlice2.zipCoords()
 179
 180 Duplicate "mesh3DSlice2" and translate it
 181 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 182
 183 This part of the exercise shows how to perform copy and aggregation. This can be useful to build complex meshes, or to get in a single object several mesh parts coming from several processors.
 184
 185 Perform a deep copy of mesh3DSlice2. On this copy perform a translation v=[0.,1000.,0.].
 186 Then aggregate mesh3DSlice2 with its translated copy, using MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes. ::
 187
 188         mesh3DSlice2bis=mesh3DSlice2.deepCopy()
 189         mesh3DSlice2bis.translate([0.,1000.,0.])
 190         mesh3DSlice2All=MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes([mesh3DSlice2,mesh3DSlice2bis])
 191
 192 .. note:: My apologies for the name of the method MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes. In future version it will be called AggregateUMeshes. For information, to merge two (or more) unstructured meshes, one has to invoke MergeUMeshes(), then mergeNodes() on the result, and finally zipConnectivityTraducer().
 193
 194
 195 Descending connectivity
 196 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 197
 198 The aim here is to retrieve the internal faces of mesh3D.
 199 To this purpose, we build the "descending" mesh from "mesh3D" ("mesh3Dsurf"), i.e. the mesh with mesh dimension (mesh3D.getMeshDimension()-1) made of the faces of each cell in "mesh3D".
 200 The method MEDCoupling.buildDescendingConnectivity builds this mesh and also returns the correspondences "mesh3D" <-> "mesh3DSurf".
 201
 202 A face from "mesh3DSurf" is said to be internal if and only if it is shared by more than one 3D cell in "mesh3D" (see reverse descending connectivity (out parameter 3 et 4)). ::
 203
 204         mesh3DSurf,desc,descIndx,revDesc,revDescIndx=mesh3D.buildDescendingConnectivity()
 205         numberOf3DCellSharing=revDescIndx.deltaShiftIndex()
 206         cellIds=numberOf3DCellSharing.findIdsNotEqual(1)
 207         mesh3DSurfInside=mesh3DSurf[cellIds]
 208         mesh3DSurfInside.writeVTK("mesh3DSurfInside.vtu")
 209
 210 .. image:: images/mesh3DSurfInside.jpg
 211
 212 Solution
 213 ~~~~~~~~
 214
 215 :ref:`python_testMEDCouplingumesh1_solution`