src/INTERP_KERNEL/Interpolation3D.txx

   1 // Copyright (C) 2007-2013  CEA/DEN, EDF R&D
   2 //
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   4 // modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
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   6 // version 2.1 of the License.
   7 //
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   9 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11 // Lesser General Public License for more details.
  12 //
  13 // You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  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 // Author : Anthony Geay (CEA/DEN)
  20 #ifndef __INTERPOLATION3D_TXX__
  21 #define __INTERPOLATION3D_TXX__
  22
  23 #include "Interpolation3D.hxx"
  24 #include "Interpolation.txx"
  25 #include "MeshElement.txx"
  26 #include "TransformedTriangle.hxx"
  27 #include "PolyhedronIntersectorP0P0.txx"
  28 #include "PointLocator3DIntersectorP0P0.txx"
  29 #include "PolyhedronIntersectorP0P1.txx"
  30 #include "PointLocator3DIntersectorP0P1.txx"
  31 #include "PolyhedronIntersectorP1P0.txx"
  32 #include "PolyhedronIntersectorP1P0Bary.txx"
  33 #include "PointLocator3DIntersectorP1P0.txx"
  34 #include "PolyhedronIntersectorP1P1.txx"
  35 #include "PointLocator3DIntersectorP1P1.txx"
  36 #include "Log.hxx"
  37 /// If defined, use recursion to traverse the binary search tree, else use the BBTree class
  38 //#define USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
  39
  40 #ifdef USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
  41 #include "MeshRegion.txx"
  42 #include "RegionNode.hxx"
  43 #include <stack>
  44
  45 #else // use BBTree class
  46
  47 #include "BBTree.txx"
  48
  49 #endif
  50
  51 namespace INTERP_KERNEL
  52 {
  53   /**
  54    * Calculates the matrix of volumes of intersection between the elements of srcMesh and the elements of targetMesh.
  55    * The calculation is done in two steps. First a filtering process reduces the number of pairs of elements for which the
  56    * calculation must be carried out by eliminating pairs that do not intersect based on their bounding boxes. Then, the
  57    * volume of intersection is calculated by an object of type Intersector3D for the remaining pairs, and entered into the
  58    * intersection matrix.
  59    *
  60    * The matrix is partially sparse : it is a vector of maps of integer - double pairs.
  61    * It can also be an INTERP_KERNEL::Matrix object.
  62    * The length of the vector is equal to the number of target elements - for each target element there is a map, regardless
  63    * of whether the element intersects any source elements or not. But in the maps there are only entries for those source elements
  64    * which have a non-zero intersection volume with the target element. The vector has indices running from
  65    * 0 to (nb target elements - 1), meaning that the map for target element i is stored at index i - 1. In the maps, however,
  66    * the indexing is more natural : the intersection volume of the target element i with source element j is found at matrix[i-1][j].
  67    *
  68
  69    * @param srcMesh     3-dimensional source mesh
  70    * @param targetMesh  3-dimesional target mesh, containing only tetraedra
  71    * @param result      matrix in which the result is stored
  72    *
  73    */
  74   template<class MyMeshType, class MatrixType>
  75   int Interpolation3D::interpolateMeshes(const MyMeshType& srcMesh, const MyMeshType& targetMesh, MatrixType& result, const char *method)
  76   {
  77     typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
  78     // create MeshElement objects corresponding to each element of the two meshes
  79     const unsigned long numSrcElems = srcMesh.getNumberOfElements();
  80     const unsigned long numTargetElems = targetMesh.getNumberOfElements();
  81
  82     LOG(2, "Source mesh has " << numSrcElems << " elements and target mesh has " << numTargetElems << " elements ");
  83
  84     std::vector<MeshElement<ConnType>*> srcElems(numSrcElems);
  85     std::vector<MeshElement<ConnType>*> targetElems(numTargetElems);
  86
  87     std::map<MeshElement<ConnType>*, int> indices;
  88
  89     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
  90       srcElems[i] = new MeshElement<ConnType>(i, srcMesh);
  91
  92     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
  93       targetElems[i] = new MeshElement<ConnType>(i, targetMesh);
  94
  95     Intersector3D<MyMeshType,MatrixType>* intersector=0;
  96     std::string methC = InterpolationOptions::filterInterpolationMethod(method);
  97     if(methC=="P0P0")
  98       {
  99         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 100           {
 101           case Triangulation:
 102             intersector=new PolyhedronIntersectorP0P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 103             break;
 104           case PointLocator:
 105             intersector=new PointLocator3DIntersectorP0P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 106             break;
 107           default:
 108             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P0P0 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 109           }
 110       }
 111     else if(methC=="P0P1")
 112       {
 113         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 114           {
 115           case Triangulation:
 116             intersector=new PolyhedronIntersectorP0P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 117             break;
 118           case PointLocator:
 119             intersector=new PointLocator3DIntersectorP0P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 120             break;
 121           default:
 122             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P0P1 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 123           }
 124       }
 125     else if(methC=="P1P0")
 126       {
 127         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 128           {
 129           case Triangulation:
 130             intersector=new PolyhedronIntersectorP1P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 131             break;
 132           case PointLocator:
 133             intersector=new PointLocator3DIntersectorP1P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 134             break;
 135           default:
 136             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P1P0 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 137           }
 138       }
 139     else if(methC=="P1P0Bary")
 140       {
 141         if(InterpolationOptions::getIntersectionType()==Triangulation)
 142           intersector=new PolyhedronIntersectorP1P0Bary<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 143         else
 144           throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type specified : must be Triangle.");
 145       }
 146     else if(methC=="P1P1")
 147       {
 148         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 149           {
 150           case Triangulation:
 151             intersector=new PolyhedronIntersectorP1P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 152             break;
 153           case PointLocator:
 154             intersector=new PointLocator3DIntersectorP1P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 155             break;
 156           default:
 157             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P1P1 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 158           }
 159       }
 160     else
 161       throw Exception("Invalid method choosed must be in \"P0P0\", \"P0P1\", \"P1P0\" or \"P1P1\".");
 162     // create empty maps for all source elements
 163     result.resize(intersector->getNumberOfRowsOfResMatrix());
 164
 165 #ifdef USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
 166
 167     /*
 168      * Performs a depth-first search over srcMesh, using bounding boxes to recursively eliminate the elements of targetMesh
 169      * which cannot intersect smaller and smaller regions of srcMesh. At each level, each region is divided in two, forming
 170      * a binary search tree with leaves consisting of only one element of the source mesh together with the elements of the
 171      * target mesh that can intersect it. The recursion is implemented with a stack of RegionNodes, each one containing a
 172      * source region and a target region. Each region has an associated bounding box and a vector of pointers to the elements
 173      * that belong to it. Each MeshElement contains a bounding box and the global number of the corresponding element in the mesh.
 174      */
 175
 176     // create initial RegionNode and fill up its source region with all the source mesh elements and
 177     // its target region with all the target mesh elements whose bounding box
 178     // intersects that of the source region
 179
 180     RegionNode<ConnType>* firstNode = new RegionNode<ConnType>();
 181
 182     MeshRegion<ConnType>& srcRegion = firstNode->getSrcRegion();
 183
 184     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
 185       {
 186         srcRegion.addElement(srcElems[i], srcMesh);
 187       }
 188
 189     MeshRegion<ConnType>& targetRegion = firstNode->getTargetRegion();
 190
 191     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
 192       {
 193         if(!srcRegion.isDisjointWithElementBoundingBox( *(targetElems[i]) ))
 194           {
 195             targetRegion.addElement(targetElems[i], targetMesh);
 196           }
 197       }
 198
 199     // Using a stack, descend recursively, creating at each step two new RegionNodes having as source region the left and
 200     // right part of the source region of the current node (created using MeshRegion::split()) and as target region all the
 201     // elements of the target mesh whose bounding box intersects the corresponding part
 202     // Continue until the source region contains only one element, at which point the intersection volumes are
 203     // calculated with all the remaining target mesh elements and stored in the matrix if they are non-zero.
 204
 205     std::stack< RegionNode<ConnType>* > nodes;
 206     nodes.push(firstNode);
 207
 208     while(!nodes.empty())
 209       {
 210         RegionNode<ConnType>* currNode = nodes.top();
 211         nodes.pop();
 212         LOG(4, "Popping node ");
 213
 214         if(currNode->getTargetRegion().getNumberOfElements() == 1)
 215           {
 216             // calculate volumes
 217             LOG(4, " - One element");
 218
 219             MeshElement<ConnType>* targetElement = *(currNode->getTargetRegion().getBeginElements());
 220             std::vector<ConnType> intersectElems;
 221             for(typename std::vector< MeshElement<ConnType>* >::const_iterator iter = currNode->getSrcRegion().getBeginElements();iter != currNode->getSrcRegion().getEndElements();++iter)
 222               intersectElems.push_back((*iter)->getIndex());
 223             intersector->intersectCells(targetElement->getIndex(),intersectElems,result);
 224           }
 225         else // recursion
 226           {
 227
 228             LOG(4, " - Recursion");
 229
 230             RegionNode<ConnType>* leftNode = new RegionNode<ConnType>();
 231             RegionNode<ConnType>* rightNode = new RegionNode<ConnType>();
 232
 233             // split current source region
 234             //} decide on axis
 235             static BoundingBox::BoxCoord axis = BoundingBox::XMAX;
 236
 237             currNode->getTargetRegion().split(leftNode->getTargetRegion(), rightNode->getTargetRegion(), axis, targetMesh);
 238
 239             LOG(5, "After split, left target region has " << leftNode->getTargetRegion().getNumberOfElements()
 240                 << " elements and right target region has " << rightNode->getTargetRegion().getNumberOfElements()
 241                 << " elements");
 242
 243             // ugly hack to avoid problem with enum which does not start at 0
 244             // I guess I ought to implement ++ for it instead ...
 245             // Anyway, it basically chooses the next axis, cyclically
 246             axis = (axis != BoundingBox::ZMAX) ? static_cast<BoundingBox::BoxCoord>(axis + 1) : BoundingBox::XMAX;
 247
 248             // add source elements of current node that overlap the target regions of the new nodes
 249             LOG(5, " -- Adding source elements");
 250             int numLeftElements = 0;
 251             int numRightElements = 0;
 252             for(typename std::vector<MeshElement<ConnType>*>::const_iterator iter = currNode->getSrcRegion().getBeginElements() ;
 253                 iter != currNode->getSrcRegion().getEndElements() ; ++iter)
 254               {
 255                 LOG(6, " --- New target node");
 256
 257                 if(!leftNode->getTargetRegion().isDisjointWithElementBoundingBox(**iter))
 258                   {
 259                     leftNode->getSrcRegion().addElement(*iter, srcMesh);
 260                     ++numLeftElements;
 261                   }
 262
 263                 if(!rightNode->getTargetRegion().isDisjointWithElementBoundingBox(**iter))
 264                   {
 265                     rightNode->getSrcRegion().addElement(*iter, srcMesh);
 266                     ++numRightElements;
 267                   }
 268
 269               }
 270
 271             LOG(5, "Left src region has " << numLeftElements << " elements and right src region has "
 272                 << numRightElements << " elements");
 273
 274             // push new nodes on stack
 275             if(numLeftElements != 0)
 276               {
 277                 nodes.push(leftNode);
 278               }
 279             else
 280               {
 281                 delete leftNode;
 282               }
 283
 284             if(numRightElements != 0)
 285               {
 286                 nodes.push(rightNode);
 287               }
 288             else
 289               {
 290                 delete rightNode;
 291               }
 292           }
 293
 294         // all nodes are deleted here
 295         delete currNode;
 296
 297         LOG(4, "Next iteration. Nodes left : " << nodes.size());
 298       }
 299
 300 #else // Use BBTree
 301
 302       // create BBTree structure
 303       // - get bounding boxes
 304     double* bboxes = new double[6 * numSrcElems];
 305     int* srcElemIdx = new int[numSrcElems];
 306     for(unsigned long i = 0; i < numSrcElems ; ++i)
 307       {
 308         // get source bboxes in right order
 309         const BoundingBox* box = srcElems[i]->getBoundingBox();
 310         bboxes[6*i+0] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMIN);
 311         bboxes[6*i+1] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMAX);
 312         bboxes[6*i+2] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMIN);
 313         bboxes[6*i+3] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMAX);
 314         bboxes[6*i+4] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMIN);
 315         bboxes[6*i+5] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMAX);
 316
 317         // source indices have to begin with zero for BBox, I think
 318         srcElemIdx[i] = srcElems[i]->getIndex();
 319       }
 320
 321     BBTree<3,ConnType> tree(bboxes, srcElemIdx, 0, numSrcElems);
 322
 323     // for each target element, get source elements with which to calculate intersection
 324     // - calculate intersection by calling intersectCells
 325     for(unsigned long i = 0; i < numTargetElems; ++i)
 326       {
 327         const BoundingBox* box = targetElems[i]->getBoundingBox();
 328         const int targetIdx = targetElems[i]->getIndex();
 329
 330         // get target bbox in right order
 331         double targetBox[6];
 332         targetBox[0] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMIN);
 333         targetBox[1] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMAX);
 334         targetBox[2] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMIN);
 335         targetBox[3] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMAX);
 336         targetBox[4] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMIN);
 337         targetBox[5] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMAX);
 338
 339         std::vector<ConnType> intersectElems;
 340
 341         tree.getIntersectingElems(targetBox, intersectElems);
 342
 343         if ( !intersectElems.empty() )
 344           intersector->intersectCells(targetIdx,intersectElems,result);
 345       }
 346
 347     delete [] bboxes;
 348     delete [] srcElemIdx;
 349
 350 #endif
 351     // free allocated memory
 352     int ret=intersector->getNumberOfColsOfResMatrix();
 353
 354     delete intersector;
 355
 356     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
 357       {
 358         delete srcElems[i];
 359       }
 360     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
 361       {
 362         delete targetElems[i];
 363       }
 364     return ret;
 365
 366   }
 367 }
 368
 369 #endif