doc/tutorial/medcoupling_umesh1_fr.rst

   1
   2 Manipuler les maillages non structurés
   3 --------------------------------------
   4
   5 Les meshes non-structurées sont le type de maillage le plus utilisé. ``MEDCouplingUMesh`` est le nom de la classe en charge
   6 de représenter ces maillages dans MEDCoupling. ``MEDCouplingUMesh`` hérite de la classe ``MEDCouplingPointSet``.
   7 ``MEDCouplingPointSet`` gère toutes les méthodes relatives au coordonnées. ``MEDCouplingUMesh`` a deux attributs en plus de
   8 ceux de ``MEDCouplingPointSet`` permettant de décrire la liste des noeuds contribuants à une cellule (i.e. la *connectivité*).
   9
  10 Objectifs
  11 ~~~~~~~~~
  12
  13 Le but ici est de manipuler des maillages non structurés (en extraire une partie, etc...).
  14 Plusieurs points seront traités dans cet exercice :
  15
  16 * modification des coordonnées d'un maillage
  17 * extraction d'une coupe d'un maillage
  18 * extraire une partie de maillage à partir d'identifiants de cellules
  19 * manipuler les indices, etc ...
  20 * manipulation de la connectivité descendante
  21
  22 .. image:: images/UMesh1.png
  23         :scale: 80
  24
  25 Début de l'implémentation
  26 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  27
  28 Importer le module Python ``MEDCoupling``. ::
  29
  30         import MEDCoupling as mc
  31
  32 Construire un maillage. Ce maillage ``mesh3D`` contient artificiellement 2 types de cellules (``mc.NORM_HEXA8`` et ``mc.NORM_POLYHED``)
  33 pour appréhender le mélange de types geometriques.
  34 ``mesh3D`` est un *maillage extrudé* contenant 18 cellules composées de 3 niveaux selon Z, chaque niveau ayant 6 cellules.
  35 Faire un bon gros copier-coller des lignes suivantes pour construire la mesh (l'intérêt de l'exercise vient après) : ::
  36
  37         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.,
  38                 3.,2.,0., 0.,1.,0., 1.,3.,0., 2.,2.,0., 2.,3.,0.,
  39                 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.,
  40                 3.,2.,1., 0.,1.,1., 1.,3.,1., 2.,2.,1., 2.,3.,1.,
  41                 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.,
  42                 3.,2.,2., 0.,1.,2., 1.,3.,2., 2.,2.,2., 2.,3.,2.,
  43                 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.,
  44                 3.,2.,3., 0.,1.,3., 1.,3.,3., 2.,2.,3., 2.,3.,3.]
  45         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,
  46               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,
  47               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,
  48               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,
  49               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,
  50               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,
  51               37,42,44,43,52,57,59,58]
  52         mesh3D = mc.MEDCouplingUMesh("mesh3D",3);
  53         mesh3D.allocateCells(18);
  54         mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[0:8]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_POLYHED,conn[8:51]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[51:59]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[59:67]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_POLYHED,conn[67:110]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[110:118]);
  55         mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[118:126]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_POLYHED,conn[126:169]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[169:177]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[177:185]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_POLYHED,conn[185:228]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[228:236]);
  56         mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[236:244]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_POLYHED,conn[244:287]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[287:295]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[295:303]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_POLYHED,conn[303:346]); mesh3D.insertNextCell(mc.NORM_HEXA8,conn[346:354]);
  57         mesh3D.finishInsertingCells();
  58         myCoords = mc.DataArrayDouble(coords,60,3);
  59         myCoords.setInfoOnComponents(["X [m]","Y [m]","Z [m]"])
  60         mesh3D.setCoords(myCoords);
  61         mesh3D.orientCorrectlyPolyhedrons()
  62         mesh3D.sortCellsInMEDFileFrmt()
  63         mesh3D.checkCoherency()
  64         renum = mc.DataArrayInt(60); renum[:15]=range(15,30) ; renum[15:30]=range(15) ; renum[30:45]=range(45,60) ; renum[45:]=range(30,45)
  65         mesh3D.renumberNodes(renum,60)
  66
  67 Convertir les unités
  68 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  69
  70 On convertit ici les coordonnées de mètres en centimètres.
  71 Cela paraît idiot mais c'est un très grand classique du couplage ... ::
  72
  73         mesh3D.getCoords()[:] *= 100.
  74         mesh3D.getCoords().setInfoOnComponents(["X [cm]","Y [cm]","Z [cm]"])
  75
  76 .. note:: Il est important de mettre à jour les informations sur les composantes des coordonnées (les unités) pour éviter toute ambiguïté.
  77         INTERP_KERNEL library inclut un évaluateur d'unité.
  78
  79 .. note:: Noter l'astuce sur la première ligne ``[:]`` afin de récupérer la version inscriptible des coordonnées
  80         (et non une copie temporaire)
  81
  82 Trouver les différents niveaux
  83 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  84
  85 Le maillage est extrudé, il est donc très régulier, et aligné sur les axes Ox, Oy et Oz (cf figure).
  86 On veut connaître quelles
  87 sont les côtes Z des différentes couches de cubes.
  88 Extraire les différents niveaux en Z dans ``mesh3D``, rangés de manière croissante.
  89 Utiliser la méthode ``DataArrayDouble.getDifferentValues()`` and ``DataArrayDouble.sort()``. ::
  90
  91         zLev = mesh3D.getCoords()[:,2]
  92         zLev = zLev.getDifferentValues(1e-12)
  93         zLev.sort()     # In-place sort
  94
  95 Extraire des identifiants de cellules
  96 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  97
  98 Extraire les 6 identifiants des cellules de la seconde rangée suivant Oz.
  99 Il y a 3 possibilités pour faire cela. Nous allons les voir du plus simple au plus complexe.
 100
 101 * En utilisant ``buildSlice3D()`` :
 102         Méthode très simple mais gourmande en CPU. Pour trouver la solution il suffit de définir un plan dont le vecteur normal est ``[0.,0.,1.]``
 103         et passant par le point ``[0., 0., (zLev[1]+zLev[2])/2]``.
 104         La méthode retourne deux choses : le maillage de coupe ``tmp`` (un maillage de mesh-dimension 2, mais de dimension spatiale
 105         3) et pour chaque cellule 3D surfacique de ``tmp``, l'identifiant de la cellule 3D (=un volume) coupée dans le
 106         maillage de départ  ::
 107
 108                 tmp, cellIdsSol1 = mesh3D.buildSlice3D([0.,0.,(zLev[1]+zLev[2])/2], [0.,0.,1.], 1e-12)
 109
 110 * En utilisant les barycentres des cellules de ``mesh3D`` :
 111         L'utilisation des barycentres est une technique classique pour identifier un ensemble de cellules répondant à certains
 112         critères géométriques.
 113         Il s'agit d'abord de calculer les barycentres des cellules 3D de ``mesh3D`` (méthode
 114         ``MEDCouplingUMesh.getBarycenterAndOwner()``).
 115         (*Note*: le nom -- un peu trop long -- de cette méthode hérite du passé. Le "AndOwner" indique le fait qu'en C++
 116         l'appelant est responsable de la désallocation de l'objet retourné : il prend l'*ownership* du résultat).
 117
 118         Ensuite sélectionner la composante #2 des barycentres des cellules et mettre le résultat dans ``baryZ``.
 119         Ensuite il suffit de selectionner dans ``baryZ`` les tuples qui sont dans l'intervalle ``[zLev[1], zLev[2]]``.
 120         Les identifiants de ces tuples (i.e. leur index dans ``baryZ``) est directement un identifiant de cellule
 121         car ``getBarycenterAndOwner()`` retourne un tableau indéxé par les numéros de cellule.::
 122
 123                 bary = mesh3D.getBarycenterAndOwner()
 124                 baryZ = bary[:,2]
 125                 cellIdsSol2 = baryZ.getIdsInRange(zLev[1], zLev[2])
 126
 127 * En utilisant ``MEDCouplingExtrudedMesh`` :
 128         C'est la méthode exclusivement basée sur la connectivité nodale pour déduire l'extrusion. Les coordonnées sont ici ignorées.
 129         Pour construire un ``MEDCouplingExtrudedMesh`` deux objets sont requis. Le maillage non-structuré 3D
 130         représentant en fait un maillage *extrudé*, et un maillage non structuré 3D surfacique (mesh-dim 2)
 131         reposant sur les mêmes coordonnéees, à partir duquel l'extrusion sera calculée.
 132         Commencer par construire le maillage 3D surfacique. Pour ce faire il suffit de repérer les noeuds appartenant
 133         à 1e-10 près de plan de vecteur normal ``[0.,0.,1.]`` et passant
 134         par ``[0.,0.,zLev[0]]`` (``MEDCouplingUMesh.findNodesOnPlane()``). Ensuite appeler ``MEDCouplingUMesh.buildFacePartOfMySelfNode()``
 135         pour construire ``mesh2D`` (lire la doc de la fonction). ::
 136
 137                 nodeIds = mesh3D.findNodesOnPlane([0., 0., zLev[0]], [0.,0.,1.], 1e-10)
 138                 mesh2D = mesh3D.buildFacePartOfMySelfNode(nodeIds, True)
 139
 140
 141         Il est alors possible de construire un maillage extrudé ``extMesh`` à partir de ``mesh3D`` et de ``mesh2D``.
 142         Un maillage extrudé se construit en *reconnaissant* un maillage non structuré comme étant l'extrusion d'un maillage
 143         de dimension ``n-1`` (avec ``n`` la dimension initiale de ``mesh3D``, ici 3). Si cela n'est pas le cas, la construction
 144         plante. Le maillage 2D est forcément en haut ou en bas du 3D volumique, et le dernier entier spécifie la cellule à partir
 145         de laquelle le fil de fer 1D guidant l'extrusion sera construit : ::
 146
 147                 extMesh = mc.MEDCouplingExtrudedMesh(mesh3D, mesh2D, 0)
 148
 149         On a alors la garantie que, dans ``extMesh``,  les cellules sont ordonnées par niveau Z croissant.
 150         Il suffit de récupérer le 2ème niveau (``MEDCouplingExtrudedMesh.getMesh3DIds()``). ::
 151
 152                 n_cells = mesh2D.getNumberOfCells()
 153                 cellIdsSol3 = extMesh.getMesh3DIds()[n_cells:2*n_cells]
 154
 155 On vérifie alors que les 3 solutions sont les mêmes : ::
 156
 157         print cellIdsSol1.getValues()
 158         print cellIdsSol2.getValues()
 159         print cellIdsSol3.getValues()
 160
 161
 162 Extraire une sous partie d'un maillage 3D
 163 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 164
 165 Utiliser les identifiants de cellules ``cellIdsSol2`` obtenus précédemment pour extraire une sous-partie de ``mesh3D``,
 166 c'est-à-dire un maillage avec un sous-ensemble des cellules de ``mesh3D``. ::
 167
 168         mesh3DPart = mesh3D[cellIdsSol2]
 169
 170 .. note:: En C++ la méthode sous-jacente invoquée (et par ailleurs aussi disponible en Python) s'appelle
 171         ``mesh3DPart = mesh3D.buildPartOfMySelf(cellIdsSol2,True)``
 172
 173 .. note:: Le type géométrique ne rentre pas du tout en compte ici. L'instruction précédente prend les cellules
 174         dans l'ordre où elles sont disponibles dans le maillage initial.
 175
 176 L'objet ``mesh3DPart`` contient ``len(cellIdsSol2)`` cellules désormais. La cellule #0 de ``mesh3DPart`` correspond à la cellule avec l'identifiant ``cellIdsSol2[0]`` de ``mesh3D``, et ainsi de suite. Ainsi ``cellIdsSol2`` peut être vu comme un
 177 tableau new-2-old.
 178
 179 A ce point, ``mesh3DPart`` repose sur une copie du tableau de coordonnées de ``mesh3D``, c'est-à-dire  60 nodes.
 180 Seuls 30 sont effectivement utilisés.
 181 Pour retirer les noeuds orphelins de ``mesh3DPart`` invoquer simplement ``MEDCouplingUMesh.zipCoords()``. ::
 182
 183         mesh3DPart.zipCoords()
 184
 185 Maintenant, ``mesh3DPart`` repose sur 30 nodes et possède 6 cellules. Pour être prêt aux I/O MED-fichier, il est
 186 alors important de voir si ``mesh3DPart`` est bien ordonné, c'est-à-dire si ses cellules sont bien rangées par type géométrique.
 187 On commence par inspecter l'état actuel : ::
 188
 189         print mesh3DPart.advancedRepr()
 190
 191 La fonction suivante fait le même travail : ::
 192
 193         print mesh3DPart.checkConsecutiveCellTypesAndOrder([mc.NORM_HEXA8, mc.NORM_POLYHED])
 194
 195 Ou bien : ::
 196
 197         print mesh3DPart.checkConsecutiveCellTypes()
 198
 199 On voit que ``mesh3DPart`` contient 6 cellules, quatre HEXA8 puis deux POLYHED. Les cellules sont bien
 200 groupées par type géométrique. Si ce n'était pas le cas, on aurait pu invoquer ``MEDCouplingUMesh.sortCellsInMEDFileFrmt()``.
 201
 202
 203 Extraire des cellules alignées sur une ligne 3D
 204 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 205
 206 On souhaite extraire de ``mesh3D`` les 3 cellules dont les barycentres sont le long de la ligne portée par
 207 ``v = [0.,0.,1.]`` et passant par ``pt = [250.,150.,0.]``.
 208 Il y a deux solutions.
 209
 210 * les barycentres de ``mesh3D``  : même principe qu'au-dessus. ::
 211
 212         baryXY = bary[:,[0,1]]
 213         baryXY -= [250.,150.]
 214         magn = baryXY.magnitude()
 215         cellIds2Sol1 = magn.getIdsInRange(0.,1e-12)
 216
 217 * utiliser le maillage extrudé ``extMesh`` : partant de l'unique cellule dans ``mesh2D`` dont le centre est
 218   en ``[250.,150.,0.]``, la méthdode ``MEDCouplingExtrudedMesh.getMesh3DIds()`` retourne les identifiants de
 219   cellules rangée par rangée. ::
 220
 221         bary2 = mesh2D.getBarycenterAndOwner()[:,[0,1]]
 222         bary2 -= [250.,150.]
 223         magn = bary2.magnitude()
 224         ids = magn.getIdsInRange(0.,1e-12)
 225         idStart = int(ids) # ids is assumed to contain only one value, if not an exception is thrown
 226         ze_range = range(idStart,mesh3D.getNumberOfCells(),mesh2D.getNumberOfCells())
 227         cellIds2Sol2 = extMesh.getMesh3DIds()[ze_range]
 228
 229 Maintenant on construit cette sous partie de ``mesh3D`` en utilisant ``cellIds2Sol1`` ou ``cellIds2Sol2``: ::
 230
 231         mesh3DSlice2 = mesh3D[cellIds2Sol1]
 232         mesh3DSlice2.zipCoords()
 233
 234 Duplication, translation et aggrégation de maillages
 235 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 236
 237 Cette partie de l'exercice est intéressante pour construire des maillages complexes, ou pour aggréger des parties
 238 de maillages venant de différents processeurs.
 239
 240 On cherche ici à dupliquer ``mesh3DSlice2``, le translater et l'aggréger avec l'original.
 241
 242 Effectuer une copie complète de ``mesh3DSlice2`` (aussi appelée *deep copy*) sous le nom ``mesh3DSlice2bis``.
 243 Sur cette copie effectuer une translation de ``v=[0.,1000.,0.]``.
 244 Puis aggréger ``mesh3DSlice2`` avec sa copie translatée ``mesh3DSlice2bis``, en utilisant ``MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes()``. ::
 245
 246         mesh3DSlice2bis = mesh3DSlice2.deepCpy()
 247         mesh3DSlice2bis.translate([0.,1000.,0.])
 248         mesh3DSlice2All = mc.MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes([mesh3DSlice2,mesh3DSlice2bis])
 249         mesh3DSlice2All.writeVTK("mesh3DSlice2All.vtu")
 250
 251 .. note:: Pour information pour merger deux (ou plus) maillages non structurés, il faut invoquer ``MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes()``
 252         puis ``MEDCouplingUMesh.mergeNodes()`` sur le résultat, et enfin ``MEDCouplingUMesh.zipConnectivity()``.
 253
 254 Connectivité descendante
 255 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 256
 257 Le but ici est de présenter la notion de *connectivité descendante* (*descending connectivity*).
 258
 259 La connectivité descendante représente les éléments de dimension ``n-1``
 260 constituant chacune des cellules de dimension ``n`` (avec donc ``n`` la dimension du maillage, *mesh-dim*). Par exemple, pour un
 261 maillage de dimension 3 (les cellules sont des *volumes* 3D), cela donne l'ensemble des faces (des *surfaces* 2D) bordant
 262 ces volumes.
 263
 264 A titre d'exemple, on se propose dans notre cas de récupérer les faces *internes* du maillage ``mesh3D``.
 265 Pour cela il est nécessaire de construire le maillage
 266 descendant de ``mesh3D`` (stocké dans ``mesh3DSurf``) c'est-à-dire
 267 le maillage de mesh-dimension 2 (soit ``mesh3D.getMeshDimension()-1``) constitué
 268 des *faces* bordant chacune des cellules (ici des *volumes* 3D) de ``mesh3D``.
 269 La méthode ``MEDCoupling.buildDescendingConnectivity()`` calcule ce maillage, et retourne en même temps des tableaux
 270 de correspondance. Ces tableaux font le lien entre les identifiants des cellules de ``mesh3D``
 271 vers les identifiants de cellules de ``mesh3DSurf``, et vice-et-versa.
 272
 273 Une face de ``mesh3DSurf`` est dite interne, si et seulement si, elle est partagée par plus d'une cellule 3D de ``mesh3D``.
 274 Les 3ème et 4ème paramètres de sortie de la fonction donnent le lien
 275 entre une face et ses cellules *parentes* (i.e. le ou les volumes qu'elle délimite).
 276 Ce lien est exprimé au format *indirect index* vu dans le premier exercice :ref:`indirect-index-exo`. ::
 277
 278         mesh3DSurf, desc, descIndx, revDesc, revDescIndx = mesh3D.buildDescendingConnectivity()
 279         numberOf3DCellSharing = revDescIndx.deltaShiftIndex()
 280         cellIds = numberOf3DCellSharing.getIdsNotEqual(1)
 281         mesh3DSurfInside = mesh3DSurf[cellIds]
 282         mesh3DSurfInside.writeVTK("mesh3DSurfInside.vtu")
 283
 284 Ce genre de manipulation est très utile pour accéder au voisinage d'une ou plusieurs cellules d'un maillage non-structuré.
 285
 286 .. image:: images/mesh3DSurfInside.jpg
 287
 288 Solution
 289 ~~~~~~~~
 290
 291 :ref:`python_testMEDCouplingumesh1_solution`