src/INTERP_KERNEL/Interpolation3D.txx

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   2 //
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  12 //
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  14 // License along with this library; if not, write to the Free Software
  15 // Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  16 //
  17 // See http://www.salome-platform.org/ or email : webmaster.salome@opencascade.com
  18 //
  19 #ifndef __INTERPOLATION3D_TXX__
  20 #define __INTERPOLATION3D_TXX__
  21
  22 #include "Interpolation3D.hxx"
  23 #include "Interpolation.txx"
  24 #include "MeshElement.txx"
  25 #include "TransformedTriangle.hxx"
  26 #include "PolyhedronIntersectorP0P0.txx"
  27 #include "PointLocator3DIntersectorP0P0.txx"
  28 #include "PolyhedronIntersectorP0P1.txx"
  29 #include "PointLocator3DIntersectorP0P1.txx"
  30 #include "PolyhedronIntersectorP1P0.txx"
  31 #include "PolyhedronIntersectorP1P0Bary.txx"
  32 #include "PointLocator3DIntersectorP1P0.txx"
  33 #include "PolyhedronIntersectorP1P1.txx"
  34 #include "PointLocator3DIntersectorP1P1.txx"
  35 #include "Log.hxx"
  36 /// If defined, use recursion to traverse the binary search tree, else use the BBTree class
  37 //#define USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
  38
  39 #ifdef USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
  40 #include "MeshRegion.txx"
  41 #include "RegionNode.hxx"
  42 #include <stack>
  43
  44 #else // use BBTree class
  45
  46 #include "BBTree.txx"
  47
  48 #endif
  49
  50 namespace INTERP_KERNEL
  51 {
  52   /**
  53    * Calculates the matrix of volumes of intersection between the elements of srcMesh and the elements of targetMesh.
  54    * The calculation is done in two steps. First a filtering process reduces the number of pairs of elements for which the
  55    * calculation must be carried out by eliminating pairs that do not intersect based on their bounding boxes. Then, the
  56    * volume of intersection is calculated by an object of type Intersector3D for the remaining pairs, and entered into the
  57    * intersection matrix.
  58    *
  59    * The matrix is partially sparse : it is a vector of maps of integer - double pairs.
  60    * It can also be an INTERP_KERNEL::Matrix object.
  61    * The length of the vector is equal to the number of target elements - for each target element there is a map, regardless
  62    * of whether the element intersects any source elements or not. But in the maps there are only entries for those source elements
  63    * which have a non-zero intersection volume with the target element. The vector has indices running from
  64    * 0 to (nb target elements - 1), meaning that the map for target element i is stored at index i - 1. In the maps, however,
  65    * the indexing is more natural : the intersection volume of the target element i with source element j is found at matrix[i-1][j].
  66    *
  67
  68    * @param srcMesh     3-dimensional source mesh
  69    * @param targetMesh  3-dimesional target mesh, containing only tetraedra
  70    * @param result      matrix in which the result is stored
  71    *
  72    */
  73   template<class MyMeshType, class MatrixType>
  74   int Interpolation3D::interpolateMeshes(const MyMeshType& srcMesh, const MyMeshType& targetMesh, MatrixType& result, const char *method)
  75   {
  76     typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
  77     // create MeshElement objects corresponding to each element of the two meshes
  78     const unsigned long numSrcElems = srcMesh.getNumberOfElements();
  79     const unsigned long numTargetElems = targetMesh.getNumberOfElements();
  80
  81     LOG(2, "Source mesh has " << numSrcElems << " elements and target mesh has " << numTargetElems << " elements ");
  82
  83     std::vector<MeshElement<ConnType>*> srcElems(numSrcElems);
  84     std::vector<MeshElement<ConnType>*> targetElems(numTargetElems);
  85
  86     std::map<MeshElement<ConnType>*, int> indices;
  87
  88     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
  89       srcElems[i] = new MeshElement<ConnType>(i, srcMesh);
  90
  91     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
  92       targetElems[i] = new MeshElement<ConnType>(i, targetMesh);
  93
  94     Intersector3D<MyMeshType,MatrixType>* intersector=0;
  95     std::string methC = InterpolationOptions::filterInterpolationMethod(method);
  96     if(methC=="P0P0")
  97       {
  98         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
  99           {
 100           case Triangulation:
 101             intersector=new PolyhedronIntersectorP0P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 102             break;
 103           case PointLocator:
 104             intersector=new PointLocator3DIntersectorP0P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 105             break;
 106           default:
 107             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P0P0 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 108           }
 109       }
 110     else if(methC=="P0P1")
 111       {
 112         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 113           {
 114           case Triangulation:
 115             intersector=new PolyhedronIntersectorP0P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 116             break;
 117           case PointLocator:
 118             intersector=new PointLocator3DIntersectorP0P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 119             break;
 120           default:
 121             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P0P1 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 122           }
 123       }
 124     else if(methC=="P1P0")
 125       {
 126         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 127           {
 128           case Triangulation:
 129             intersector=new PolyhedronIntersectorP1P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 130             break;
 131           case PointLocator:
 132             intersector=new PointLocator3DIntersectorP1P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 133             break;
 134           default:
 135             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P1P0 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 136           }
 137       }
 138     else if(methC=="P1P0Bary")
 139       {
 140         if(InterpolationOptions::getIntersectionType()==Triangulation)
 141           intersector=new PolyhedronIntersectorP1P0Bary<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 142         else
 143           throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type specified : must be Triangle.");
 144       }
 145     else if(methC=="P1P1")
 146       {
 147         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 148           {
 149           case Triangulation:
 150             intersector=new PolyhedronIntersectorP1P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 151             break;
 152           case PointLocator:
 153             intersector=new PointLocator3DIntersectorP1P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 154             break;
 155           default:
 156             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P1P1 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 157           }
 158       }
 159     else
 160       throw Exception("Invalid method choosed must be in \"P0P0\", \"P0P1\", \"P1P0\" or \"P1P1\".");
 161     // create empty maps for all source elements
 162     result.resize(intersector->getNumberOfRowsOfResMatrix());
 163
 164 #ifdef USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
 165
 166     /*
 167      * Performs a depth-first search over srcMesh, using bounding boxes to recursively eliminate the elements of targetMesh
 168      * which cannot intersect smaller and smaller regions of srcMesh. At each level, each region is divided in two, forming
 169      * a binary search tree with leaves consisting of only one element of the source mesh together with the elements of the
 170      * target mesh that can intersect it. The recursion is implemented with a stack of RegionNodes, each one containing a
 171      * source region and a target region. Each region has an associated bounding box and a vector of pointers to the elements
 172      * that belong to it. Each MeshElement contains a bounding box and the global number of the corresponding element in the mesh.
 173      */
 174
 175     // create initial RegionNode and fill up its source region with all the source mesh elements and
 176     // its target region with all the target mesh elements whose bounding box
 177     // intersects that of the source region
 178
 179     RegionNode<ConnType>* firstNode = new RegionNode<ConnType>();
 180
 181     MeshRegion<ConnType>& srcRegion = firstNode->getSrcRegion();
 182
 183     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
 184       {
 185         srcRegion.addElement(srcElems[i], srcMesh);
 186       }
 187
 188     MeshRegion<ConnType>& targetRegion = firstNode->getTargetRegion();
 189
 190     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
 191       {
 192         if(!srcRegion.isDisjointWithElementBoundingBox( *(targetElems[i]) ))
 193           {
 194             targetRegion.addElement(targetElems[i], targetMesh);
 195           }
 196       }
 197
 198     // Using a stack, descend recursively, creating at each step two new RegionNodes having as source region the left and
 199     // right part of the source region of the current node (created using MeshRegion::split()) and as target region all the
 200     // elements of the target mesh whose bounding box intersects the corresponding part
 201     // Continue until the source region contains only one element, at which point the intersection volumes are
 202     // calculated with all the remaining target mesh elements and stored in the matrix if they are non-zero.
 203
 204     std::stack< RegionNode<ConnType>* > nodes;
 205     nodes.push(firstNode);
 206
 207     while(!nodes.empty())
 208       {
 209         RegionNode<ConnType>* currNode = nodes.top();
 210         nodes.pop();
 211         LOG(4, "Popping node ");
 212
 213         if(currNode->getTargetRegion().getNumberOfElements() == 1)
 214           {
 215             // calculate volumes
 216             LOG(4, " - One element");
 217
 218             MeshElement<ConnType>* targetElement = *(currNode->getTargetRegion().getBeginElements());
 219             std::vector<ConnType> intersectElems;
 220             for(typename std::vector< MeshElement<ConnType>* >::const_iterator iter = currNode->getSrcRegion().getBeginElements();iter != currNode->getSrcRegion().getEndElements();++iter)
 221               intersectElems.push_back((*iter)->getIndex());
 222             intersector->intersectCells(targetElement->getIndex(),intersectElems,result);
 223           }
 224         else // recursion
 225           {
 226
 227             LOG(4, " - Recursion");
 228
 229             RegionNode<ConnType>* leftNode = new RegionNode<ConnType>();
 230             RegionNode<ConnType>* rightNode = new RegionNode<ConnType>();
 231
 232             // split current source region
 233             //} decide on axis
 234             static BoundingBox::BoxCoord axis = BoundingBox::XMAX;
 235
 236             currNode->getTargetRegion().split(leftNode->getTargetRegion(), rightNode->getTargetRegion(), axis, targetMesh);
 237
 238             LOG(5, "After split, left target region has " << leftNode->getTargetRegion().getNumberOfElements()
 239                 << " elements and right target region has " << rightNode->getTargetRegion().getNumberOfElements()
 240                 << " elements");
 241
 242             // ugly hack to avoid problem with enum which does not start at 0
 243             // I guess I ought to implement ++ for it instead ...
 244             // Anyway, it basically chooses the next axis, cyclically
 245             axis = (axis != BoundingBox::ZMAX) ? static_cast<BoundingBox::BoxCoord>(axis + 1) : BoundingBox::XMAX;
 246
 247             // add source elements of current node that overlap the target regions of the new nodes
 248             LOG(5, " -- Adding source elements");
 249             int numLeftElements = 0;
 250             int numRightElements = 0;
 251             for(typename std::vector<MeshElement<ConnType>*>::const_iterator iter = currNode->getSrcRegion().getBeginElements() ;
 252                 iter != currNode->getSrcRegion().getEndElements() ; ++iter)
 253               {
 254                 LOG(6, " --- New target node");
 255
 256                 if(!leftNode->getTargetRegion().isDisjointWithElementBoundingBox(**iter))
 257                   {
 258                     leftNode->getSrcRegion().addElement(*iter, srcMesh);
 259                     ++numLeftElements;
 260                   }
 261
 262                 if(!rightNode->getTargetRegion().isDisjointWithElementBoundingBox(**iter))
 263                   {
 264                     rightNode->getSrcRegion().addElement(*iter, srcMesh);
 265                     ++numRightElements;
 266                   }
 267
 268               }
 269
 270             LOG(5, "Left src region has " << numLeftElements << " elements and right src region has "
 271                 << numRightElements << " elements");
 272
 273             // push new nodes on stack
 274             if(numLeftElements != 0)
 275               {
 276                 nodes.push(leftNode);
 277               }
 278             else
 279               {
 280                 delete leftNode;
 281               }
 282
 283             if(numRightElements != 0)
 284               {
 285                 nodes.push(rightNode);
 286               }
 287             else
 288               {
 289                 delete rightNode;
 290               }
 291           }
 292
 293         // all nodes are deleted here
 294         delete currNode;
 295
 296         LOG(4, "Next iteration. Nodes left : " << nodes.size());
 297       }
 298
 299 #else // Use BBTree
 300
 301       // create BBTree structure
 302       // - get bounding boxes
 303     double* bboxes = new double[6 * numSrcElems];
 304     int* srcElemIdx = new int[numSrcElems];
 305     for(unsigned long i = 0; i < numSrcElems ; ++i)
 306       {
 307         // get source bboxes in right order
 308         const BoundingBox* box = srcElems[i]->getBoundingBox();
 309         bboxes[6*i+0] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMIN);
 310         bboxes[6*i+1] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMAX);
 311         bboxes[6*i+2] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMIN);
 312         bboxes[6*i+3] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMAX);
 313         bboxes[6*i+4] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMIN);
 314         bboxes[6*i+5] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMAX);
 315
 316         // source indices have to begin with zero for BBox, I think
 317         srcElemIdx[i] = srcElems[i]->getIndex();
 318       }
 319
 320     BBTree<3,ConnType> tree(bboxes, srcElemIdx, 0, numSrcElems);
 321
 322     // for each target element, get source elements with which to calculate intersection
 323     // - calculate intersection by calling intersectCells
 324     for(unsigned long i = 0; i < numTargetElems; ++i)
 325       {
 326         const BoundingBox* box = targetElems[i]->getBoundingBox();
 327         const int targetIdx = targetElems[i]->getIndex();
 328
 329         // get target bbox in right order
 330         double targetBox[6];
 331         targetBox[0] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMIN);
 332         targetBox[1] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMAX);
 333         targetBox[2] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMIN);
 334         targetBox[3] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMAX);
 335         targetBox[4] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMIN);
 336         targetBox[5] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMAX);
 337
 338         std::vector<ConnType> intersectElems;
 339
 340         tree.getIntersectingElems(targetBox, intersectElems);
 341
 342         if ( !intersectElems.empty() )
 343           intersector->intersectCells(targetIdx,intersectElems,result);
 344       }
 345
 346     delete [] bboxes;
 347     delete [] srcElemIdx;
 348
 349 #endif
 350     // free allocated memory
 351     int ret=intersector->getNumberOfColsOfResMatrix();
 352
 353     delete intersector;
 354
 355     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
 356       {
 357         delete srcElems[i];
 358       }
 359     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
 360       {
 361         delete targetElems[i];
 362       }
 363     return ret;
 364
 365   }
 366 }
 367
 368 #endif