2 Manipuler les maillages non structurés
3 --------------------------------------
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*).
13 Le but ici est de manipuler des maillages non structurés (en extraire une partie, etc...).
14 Plusieurs points seront traités dans cet exercice :
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
22 .. image:: images/UMesh1.png
25 Début de l'implémentation
26 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
28 Importer le module Python ``MEDCoupling``. ::
30 import MEDCoupling as mc
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) : ::
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 myCoords = mc.DataArrayDouble(coords,60,3)
58 myCoords.setInfoOnComponents(["X [m]","Y [m]","Z [m]"])
59 mesh3D.setCoords(myCoords)
60 mesh3D.orientCorrectlyPolyhedrons()
61 mesh3D.sortCellsInMEDFileFrmt()
62 mesh3D.checkConsistencyLight()
63 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)
64 mesh3D.renumberNodes(renum,60)
69 On convertit ici les coordonnées de mètres en centimètres.
70 Cela paraît idiot mais c'est un très grand classique du couplage ... ::
72 mesh3D.getCoords()[:] *= 100.
73 mesh3D.getCoords().setInfoOnComponents(["X [cm]","Y [cm]","Z [cm]"])
75 .. note:: Il est important de mettre à jour les informations sur les composantes des coordonnées (les unités) pour éviter toute ambiguïté.
76 INTERP_KERNEL library inclut un évaluateur d'unité.
78 .. note:: Noter l'astuce sur la première ligne ``[:]`` afin de récupérer la version inscriptible des coordonnées
79 (et non une copie temporaire)
81 Trouver les différents niveaux
82 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
84 Le maillage est extrudé, il est donc très régulier, et aligné sur les axes Ox, Oy et Oz (cf figure).
85 On veut connaître quelles
86 sont les côtes Z des différentes couches de cubes.
87 Extraire les différents niveaux en Z dans ``mesh3D``, rangés de manière croissante.
88 Utiliser la méthode ``DataArrayDouble.getDifferentValues()`` and ``DataArrayDouble.sort()``. ::
90 zLev = mesh3D.getCoords()[:,2]
91 zLev = zLev.getDifferentValues(1e-12)
92 zLev.sort() # In-place sort
94 Extraire des identifiants de cellules
95 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
97 Extraire les 6 identifiants des cellules de la seconde rangée suivant Oz.
98 Il y a 3 possibilités pour faire cela. Nous allons les voir du plus simple au plus complexe.
100 * En utilisant ``buildSlice3D()`` :
101 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.]``
102 et passant par le point ``[0., 0., (zLev[1]+zLev[2])/2]``.
103 La méthode retourne deux choses : le maillage de coupe ``tmp`` (un maillage de mesh-dimension 2, mais de dimension spatiale
104 3) et pour chaque cellule 3D surfacique de ``tmp``, l'identifiant de la cellule 3D (=un volume) coupée dans le
105 maillage de départ ::
107 tmp, cellIdsSol1 = mesh3D.buildSlice3D([0.,0.,(zLev[1]+zLev[2])/2], [0.,0.,1.], 1e-12)
109 * En utilisant les barycentres des cellules de ``mesh3D`` :
110 L'utilisation des barycentres est une technique classique pour identifier un ensemble de cellules répondant à certains
111 critères géométriques.
112 Il s'agit d'abord de calculer les barycentres des cellules 3D de ``mesh3D`` (méthode
113 ``MEDCouplingUMesh.computeCellCenterOfMass()``).
114 (*Note*: le nom -- un peu trop long -- de cette méthode hérite du passé. Le "AndOwner" indique le fait qu'en C++
115 l'appelant est responsable de la désallocation de l'objet retourné : il prend l'*ownership* du résultat).
117 Ensuite sélectionner la composante #2 des barycentres des cellules et mettre le résultat dans ``baryZ``.
118 Ensuite il suffit de selectionner dans ``baryZ`` les tuples qui sont dans l'intervalle ``[zLev[1], zLev[2]]``.
119 Les identifiants de ces tuples (i.e. leur index dans ``baryZ``) est directement un identifiant de cellule
120 car ``computeCellCenterOfMass()`` retourne un tableau indéxé par les numéros de cellule.::
122 bary = mesh3D.computeCellCenterOfMass()
124 cellIdsSol2 = baryZ.findIdsInRange(zLev[1], zLev[2])
126 * En utilisant ``MEDCouplingMappedExtrudedMesh`` :
127 C'est la méthode exclusivement basée sur la connectivité nodale pour déduire l'extrusion. Les coordonnées sont ici ignorées.
128 Pour construire un ``MEDCouplingMappedExtrudedMesh`` deux objets sont requis. Le maillage non-structuré 3D
129 représentant en fait un maillage *extrudé*, et un maillage non structuré 3D surfacique (mesh-dim 2)
130 reposant sur les mêmes coordonnéees, à partir duquel l'extrusion sera calculée.
131 Commencer par construire le maillage 3D surfacique. Pour ce faire il suffit de repérer les noeuds appartenant
132 à 1e-10 près de plan de vecteur normal ``[0.,0.,1.]`` et passant
133 par ``[0.,0.,zLev[0]]`` (``MEDCouplingUMesh.findNodesOnPlane()``). Ensuite appeler ``MEDCouplingUMesh.buildFacePartOfMySelfNode()``
134 pour construire ``mesh2D`` (lire la doc de la fonction). ::
136 nodeIds = mesh3D.findNodesOnPlane([0., 0., zLev[0]], [0.,0.,1.], 1e-10)
137 mesh2D = mesh3D.buildFacePartOfMySelfNode(nodeIds, True)
140 Il est alors possible de construire un maillage extrudé ``extMesh`` à partir de ``mesh3D`` et de ``mesh2D``.
141 Un maillage extrudé se construit en *reconnaissant* un maillage non structuré comme étant l'extrusion d'un maillage
142 de dimension ``n-1`` (avec ``n`` la dimension initiale de ``mesh3D``, ici 3). Si cela n'est pas le cas, la construction
143 plante. Le maillage 2D est forcément en haut ou en bas du 3D volumique, et le dernier entier spécifie la cellule à partir
144 de laquelle le fil de fer 1D guidant l'extrusion sera construit : ::
146 extMesh = mc.MEDCouplingMappedExtrudedMesh(mesh3D, mesh2D, 0)
148 On a alors la garantie que, dans ``extMesh``, les cellules sont ordonnées par niveau Z croissant.
149 Il suffit de récupérer le 2ème niveau (``MEDCouplingMappedExtrudedMesh.getMesh3DIds()``). ::
151 n_cells = mesh2D.getNumberOfCells()
152 cellIdsSol3 = extMesh.getMesh3DIds()[n_cells:2*n_cells]
154 On vérifie alors que les 3 solutions sont les mêmes : ::
156 print cellIdsSol1.getValues()
157 print cellIdsSol2.getValues()
158 print cellIdsSol3.getValues()
161 Extraire une sous partie d'un maillage 3D
162 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
164 Utiliser les identifiants de cellules ``cellIdsSol2`` obtenus précédemment pour extraire une sous-partie de ``mesh3D``,
165 c'est-à-dire un maillage avec un sous-ensemble des cellules de ``mesh3D``. ::
167 mesh3DPart = mesh3D[cellIdsSol2]
169 .. note:: En C++ la méthode sous-jacente invoquée (et par ailleurs aussi disponible en Python) s'appelle
170 ``mesh3DPart = mesh3D.buildPartOfMySelf(cellIdsSol2,True)``
172 .. note:: Le type géométrique ne rentre pas du tout en compte ici. L'instruction précédente prend les cellules
173 dans l'ordre où elles sont disponibles dans le maillage initial.
175 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
178 A ce point, ``mesh3DPart`` repose sur une copie du tableau de coordonnées de ``mesh3D``, c'est-à-dire 60 nodes.
179 Seuls 30 sont effectivement utilisés.
180 Pour retirer les noeuds orphelins de ``mesh3DPart`` invoquer simplement ``MEDCouplingUMesh.zipCoords()``. ::
182 mesh3DPart.zipCoords()
184 Maintenant, ``mesh3DPart`` repose sur 30 nodes et possède 6 cellules. Pour être prêt aux I/O MED-fichier, il est
185 alors important de voir si ``mesh3DPart`` est bien ordonné, c'est-à-dire si ses cellules sont bien rangées par type géométrique.
186 On commence par inspecter l'état actuel : ::
188 print mesh3DPart.advancedRepr()
190 La fonction suivante fait le même travail : ::
192 print mesh3DPart.checkConsecutiveCellTypesAndOrder([mc.NORM_HEXA8, mc.NORM_POLYHED])
196 print mesh3DPart.checkConsecutiveCellTypes()
198 On voit que ``mesh3DPart`` contient 6 cellules, quatre HEXA8 puis deux POLYHED. Les cellules sont bien
199 groupées par type géométrique. Si ce n'était pas le cas, on aurait pu invoquer ``MEDCouplingUMesh.sortCellsInMEDFileFrmt()``.
202 Extraire des cellules alignées sur une ligne 3D
203 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
205 On souhaite extraire de ``mesh3D`` les 3 cellules dont les barycentres sont le long de la ligne portée par
206 ``v = [0.,0.,1.]`` et passant par ``pt = [250.,150.,0.]``.
207 Il y a deux solutions.
209 * les barycentres de ``mesh3D`` : même principe qu'au-dessus. ::
211 baryXY = bary[:,[0,1]]
212 baryXY -= [250.,150.]
213 magn = baryXY.magnitude()
214 cellIds2Sol1 = magn.findIdsInRange(0.,1e-12)
216 * utiliser le maillage extrudé ``extMesh`` : partant de l'unique cellule dans ``mesh2D`` dont le centre est
217 en ``[250.,150.,0.]``, la méthdode ``MEDCouplingMappedExtrudedMesh.getMesh3DIds()`` retourne les identifiants de
218 cellules rangée par rangée. ::
220 bary2 = mesh2D.computeCellCenterOfMass()[:,[0,1]]
222 magn = bary2.magnitude()
223 ids = magn.findIdsInRange(0.,1e-12)
224 idStart = int(ids) # ids is assumed to contain only one value, if not an exception is thrown
225 ze_range = range(idStart,mesh3D.getNumberOfCells(),mesh2D.getNumberOfCells())
226 cellIds2Sol2 = extMesh.getMesh3DIds()[ze_range]
228 Maintenant on construit cette sous partie de ``mesh3D`` en utilisant ``cellIds2Sol1`` ou ``cellIds2Sol2``: ::
230 mesh3DSlice2 = mesh3D[cellIds2Sol1]
231 mesh3DSlice2.zipCoords()
233 Duplication, translation et aggrégation de maillages
234 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
236 Cette partie de l'exercice est intéressante pour construire des maillages complexes, ou pour aggréger des parties
237 de maillages venant de différents processeurs.
239 On cherche ici à dupliquer ``mesh3DSlice2``, le translater et l'aggréger avec l'original.
241 Effectuer une copie complète de ``mesh3DSlice2`` (aussi appelée *deep copy*) sous le nom ``mesh3DSlice2bis``.
242 Sur cette copie effectuer une translation de ``v=[0.,1000.,0.]``.
243 Puis aggréger ``mesh3DSlice2`` avec sa copie translatée ``mesh3DSlice2bis``, en utilisant ``MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes()``. ::
245 mesh3DSlice2bis = mesh3DSlice2.deepCopy()
246 mesh3DSlice2bis.translate([0.,1000.,0.])
247 mesh3DSlice2All = mc.MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes([mesh3DSlice2,mesh3DSlice2bis])
248 mesh3DSlice2All.writeVTK("mesh3DSlice2All.vtu")
250 .. note:: Pour information pour merger deux (ou plus) maillages non structurés, il faut invoquer ``MEDCouplingUMesh.MergeUMeshes()``
251 puis ``MEDCouplingUMesh.mergeNodes()`` sur le résultat, et enfin ``MEDCouplingUMesh.zipConnectivity()``.
253 .. _exo-umesh-desc-connec:
255 Connectivité descendante
256 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
258 Le but ici est de présenter la notion de *connectivité descendante* (*descending connectivity*).
260 La connectivité descendante représente les éléments de dimension ``n-1``
261 constituant chacune des cellules de dimension ``n`` (avec donc ``n`` la dimension du maillage, *mesh-dim*). Par exemple, pour un
262 maillage de dimension 3 (les cellules sont des *volumes* 3D), cela donne l'ensemble des faces (des *surfaces* 2D) bordant
265 A titre d'exemple, on se propose dans notre cas de récupérer les faces *internes* du maillage ``mesh3D``.
266 Pour cela il est nécessaire de construire le maillage
267 descendant de ``mesh3D`` (stocké dans ``mesh3DSurf``) c'est-à-dire
268 le maillage de mesh-dimension 2 (soit ``mesh3D.getMeshDimension()-1``) constitué
269 des *faces* bordant chacune des cellules (ici des *volumes* 3D) de ``mesh3D``.
270 La méthode ``MEDCoupling.buildDescendingConnectivity()`` calcule ce maillage, et retourne en même temps des tableaux
271 de correspondance. Ces tableaux font le lien entre les identifiants des cellules de ``mesh3D``
272 vers les identifiants de cellules de ``mesh3DSurf``, et vice-et-versa.
274 Une face de ``mesh3DSurf`` est dite interne, si et seulement si, elle est partagée par plus d'une cellule 3D de ``mesh3D``.
275 Les 3ème et 4ème paramètres de sortie de la fonction donnent le lien
276 entre une face et ses cellules *parentes* (i.e. le ou les volumes qu'elle délimite).
277 Ce lien est exprimé au format *indirect index* vu dans le premier exercice :ref:`indirect-index-exo`. ::
279 mesh3DSurf, desc, descIndx, revDesc, revDescIndx = mesh3D.buildDescendingConnectivity()
280 numberOf3DCellSharing = revDescIndx.deltaShiftIndex()
281 cellIds = numberOf3DCellSharing.findIdsNotEqual(1)
282 mesh3DSurfInside = mesh3DSurf[cellIds]
283 mesh3DSurfInside.writeVTK("mesh3DSurfInside.vtu")
285 Ce genre de manipulation est très utile pour accéder au voisinage d'une ou plusieurs cellules d'un maillage non-structuré.
287 .. image:: images/mesh3DSurfInside.jpg
292 :ref:`python_testMEDCouplingumesh1_solution`