src/INTERP_KERNEL/PointLocatorAlgos.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 // Author : Anthony Geay (CEA/DEN)
  20 #ifndef __POINTLOCATORALGOS_TXX__
  21 #define __POINTLOCATORALGOS_TXX__
  22
  23 #include "InterpolationUtils.hxx"
  24 #include "CellModel.hxx"
  25 #include "BBTree.txx"
  26
  27 #include "InterpKernelGeo2DNode.hxx"
  28 #include "InterpKernelGeo2DQuadraticPolygon.hxx"
  29
  30 #include <list>
  31 #include <vector>
  32 #include <set>
  33 #include <limits>
  34
  35 namespace INTERP_KERNEL
  36 {
  37   class GenericPointLocatorAlgos
  38   {
  39   public:
  40     virtual ~GenericPointLocatorAlgos() { }
  41     virtual std::list<mcIdType> locates(const double* x, double eps) = 0;
  42   };
  43
  44   template<class MyMeshType>
  45   class PointLocatorAlgos: public GenericPointLocatorAlgos
  46   {
  47   private :
  48     double* _bb;
  49     BBTree<MyMeshType::MY_SPACEDIM,typename MyMeshType::MyConnType>* _tree;
  50     const MyMeshType& _mesh;
  51   public:
  52     PointLocatorAlgos(const MyMeshType& mesh):_mesh(mesh)
  53     {
  54       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
  55       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
  56       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
  57       ConnType nelem = _mesh.getNumberOfElements();
  58       _bb = new double[SPACEDIM*2*nelem];
  59       const ConnType* conn = _mesh.getConnectivityPtr();
  60       const ConnType* conn_index = _mesh.getConnectivityIndexPtr();
  61       const double* coords=_mesh.getCoordinatesPtr();
  62       for (ConnType i=0; i<nelem; i++)
  63         {
  64           for (int idim=0; idim<SPACEDIM; idim++)
  65             {
  66               _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)]=std::numeric_limits<double>::max();
  67               _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1]=-std::numeric_limits<double>::max();
  68             }
  69           for (ConnType index= conn_index[i]; index < conn_index[i+1];index++)
  70             {
  71               //coordelem points to the coordinates of the current node of the i-th element
  72               const double* coordelem = coords+OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn[OTT<ConnType,numPol>::ind2C(index)])*SPACEDIM;
  73
  74               //the bounding box is updated by checking wheher the node is at the min/max in exach dimension
  75               for (int idim=0; idim<SPACEDIM;idim++)
  76                 {
  77                   _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)]=(coordelem[idim]<_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)])?coordelem[idim]:_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)];
  78                   _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1]=(coordelem[idim]>_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1])?coordelem[idim]:_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1];
  79                 }
  80             }
  81         }
  82       _tree=new BBTree<SPACEDIM,typename MyMeshType::MyConnType>(_bb,0,0,nelem);
  83     }
  84
  85     ~PointLocatorAlgos()
  86     {
  87       delete[] _bb;
  88       delete _tree;
  89     }
  90
  91     //returns the list of elements that contains
  92     //the point pointed to by x
  93     std::list<typename MyMeshType::MyConnType> locates(const double* x, double eps)
  94     {
  95       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
  96       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
  97       std::vector<ConnType> candidates;
  98       _tree->getElementsAroundPoint(x,candidates);
  99       std::list<ConnType> retlist;
 100       for(unsigned int i=0; i< candidates.size(); i++)
 101         {
 102           ConnType ielem=candidates[i];
 103           if (elementContainsPoint(ielem,x,eps))
 104             retlist.push_back(OTT<ConnType,numPol>::indFC(ielem));
 105         }
 106       return retlist;
 107     }
 108
 109     static bool isElementContainsPointAlg2DSimple(const double *ptToTest, const double *cellPts, mcIdType nbEdges, double eps)
 110     {
 111       /* with dimension 2, it suffices to check all the edges
 112          and see if the sign of double products from the point
 113          is always the same.
 114                          C
 115                         / \
 116                        /   \
 117              Xo       /     \
 118                      A-------B
 119
 120          here XA^XC and XC^XB have different signs*/
 121       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 122       int* sign = new int[nbEdges];
 123       for (mcIdType iedge=0; iedge<nbEdges; iedge++)
 124         {
 125           const double* A=cellPts+SPACEDIM*iedge;
 126           const double* B=cellPts+SPACEDIM*((iedge+1)%nbEdges);
 127           double a=mon_determinant(ptToTest, A, B);
 128           if(a<-eps)
 129             sign[iedge]=-1;
 130           else if(a>eps)
 131             sign[iedge]=1;
 132           else
 133             sign[iedge]=0;
 134         }
 135       bool ret=decideFromSign(sign, nbEdges);
 136       delete [] sign;
 137       return ret;
 138     }
 139
 140     // Same as isElementContainsPointAlg2DSimple() with a different input format ...
 141     static bool isElementContainsPointAlgo2DSimple2(const double *ptToTest, NormalizedCellType type,
 142                                                     const double *coords, const typename MyMeshType::MyConnType *conn_elem,
 143                                                     typename MyMeshType::MyConnType conn_elem_sz, double eps)
 144     {
 145       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 146       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 147       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 148
 149       const CellModel& cmType=CellModel::GetCellModel(type);
 150       bool ret=false;
 151
 152       int nbEdges=cmType.getNumberOfSons();
 153       double *pts = new double[nbEdges*SPACEDIM];
 154       for (int iedge=0; iedge<nbEdges; iedge++)
 155         {
 156           const double* a=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_elem[iedge]));
 157           std::copy(a,a+SPACEDIM,pts+iedge*SPACEDIM);
 158         }
 159       ret=isElementContainsPointAlg2DSimple(ptToTest,pts,nbEdges,eps);
 160       delete [] pts;
 161       return ret;
 162     }
 163
 164     static bool isElementContainsPointAlgo2DPolygon(const double *ptToTest, NormalizedCellType type,
 165                                                     const double *coords, const typename MyMeshType::MyConnType *conn_elem,
 166                                                     typename MyMeshType::MyConnType conn_elem_sz, double eps)
 167     {
 168       // Override precision for this method only:
 169       INTERP_KERNEL::QuadraticPlanarPrecision prec(eps);
 170
 171       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 172       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 173       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 174
 175       std::vector<INTERP_KERNEL::Node *> nodes(conn_elem_sz);
 176       INTERP_KERNEL::QuadraticPolygon *pol(0);
 177       for(mcIdType j=0;j<conn_elem_sz;j++)
 178         {
 179           mcIdType nodeId(OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_elem[j]));
 180           nodes[j]=new INTERP_KERNEL::Node(coords[nodeId*SPACEDIM],coords[nodeId*SPACEDIM+1]);
 181         }
 182       if(!INTERP_KERNEL::CellModel::GetCellModel(type).isQuadratic())
 183         pol=INTERP_KERNEL::QuadraticPolygon::BuildLinearPolygon(nodes);
 184       else
 185         pol=INTERP_KERNEL::QuadraticPolygon::BuildArcCirclePolygon(nodes);
 186       INTERP_KERNEL::Node *n(new INTERP_KERNEL::Node(ptToTest[0],ptToTest[1]));
 187       double a(0.),b(0.),c(0.);
 188       a=pol->normalizeMe(b,c); n->applySimilarity(b,c,a);
 189       bool ret=pol->isInOrOut2(n);
 190       delete pol; n->decrRef();
 191       return ret;
 192     }
 193
 194     static bool isElementContainsPointAlg3D(const double *ptToTest, const typename MyMeshType::MyConnType *conn_elem, typename MyMeshType::MyConnType conn_elem_sz, const double *coords, const CellModel& cmType, double eps)
 195     {
 196       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 197       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 198       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 199
 200       int nbfaces = cmType.getNumberOfSons2(conn_elem,conn_elem_sz);
 201       int *sign = new int[nbfaces];
 202       ConnType *connOfSon = new ConnType[conn_elem_sz];
 203       for (int iface=0; iface<nbfaces; iface++)
 204         {
 205           NormalizedCellType typeOfSon;
 206           cmType.fillSonCellNodalConnectivity2(iface,conn_elem,conn_elem_sz,connOfSon,typeOfSon);
 207           const double* AA=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::coo2C(connOfSon[0]));
 208           const double* BB=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::coo2C(connOfSon[1]));
 209           const double* CC=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::coo2C(connOfSon[2]));
 210           double Vol=triple_product(AA,BB,CC,ptToTest);
 211           if (Vol<-eps)
 212             sign[iface]=-1;
 213           else if (Vol>eps)
 214             sign[iface]=1;
 215               else
 216                 sign[iface]=0;
 217         }
 218       bool ret=decideFromSign(sign, nbfaces);
 219       delete [] sign;
 220       delete [] connOfSon;
 221       return ret;
 222     }
 223
 224     /*!
 225      * Precondition : spacedim==meshdim. To be checked upstream to this call.
 226      */
 227     static bool isElementContainsPoint(const double *ptToTest, NormalizedCellType type, const double *coords,
 228                                        const typename MyMeshType::MyConnType *conn_elem,
 229                                        typename MyMeshType::MyConnType conn_elem_sz, double eps)
 230     {
 231       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 232       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 233       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 234
 235       const CellModel& cmType=CellModel::GetCellModel(type);
 236       //
 237       if (SPACEDIM==2)
 238         {
 239           if(type != INTERP_KERNEL::NORM_POLYGON && !cmType.isQuadratic())
 240             return isElementContainsPointAlgo2DSimple2(ptToTest, type, coords, conn_elem, conn_elem_sz, eps);
 241           else
 242             return isElementContainsPointAlgo2DPolygon(ptToTest, type, coords, conn_elem, conn_elem_sz, eps);
 243         }
 244       if (SPACEDIM==3)
 245         {
 246           return isElementContainsPointAlg3D(ptToTest,conn_elem,conn_elem_sz,coords,cmType,eps);
 247         }
 248
 249       if(SPACEDIM==1)
 250         {
 251           double p1=coords[(OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_elem[0]))];
 252           double p2=coords[(OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_elem[1]))];
 253           double delta=fabs(p1-p2)+eps;
 254           double val=*ptToTest-std::min(p1,p2);
 255           return val>-eps && val<delta;
 256         }
 257       throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid spacedim detected ! Managed spaceDim are 2 and 3 !");
 258     }
 259
 260     bool elementContainsPoint(typename MyMeshType::MyConnType i, const double* x, double eps)
 261     {
 262       //as i is extracted from the BBTRee, it is already in C numbering
 263       //it is not necessary to convert it from F to C
 264       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 265       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 266
 267       const double* coords= _mesh.getCoordinatesPtr();
 268       const ConnType* conn=_mesh.getConnectivityPtr();
 269       const ConnType* conn_index= _mesh.getConnectivityIndexPtr();
 270       const ConnType* conn_elem=conn+OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_index[i]);
 271       int conn_elem_sz=conn_index[i+1]-conn_index[i];
 272       NormalizedCellType type=_mesh.getTypeOfElement(OTT<ConnType,numPol>::indFC(i));
 273       return isElementContainsPoint(x,type,coords,conn_elem,conn_elem_sz,eps);
 274     }
 275
 276     static bool decideFromSign(const int* sign, mcIdType nbelem)
 277     {
 278       int min_sign = 1;
 279       int max_sign = -1;
 280       for (int i=0; i<nbelem;i++)
 281         {
 282           min_sign=(sign[i]<min_sign)?sign[i]:min_sign;
 283           max_sign=(sign[i]>max_sign)?sign[i]:max_sign;
 284         }
 285       return (min_sign!=-1 || max_sign!=1);
 286     }
 287   };
 288
 289   template<class MyMeshType>
 290   class PointLocatorInSimplex : public PointLocatorAlgos<MyMeshType>
 291   {
 292     const MyMeshType& _mesh;
 293   public:
 294     PointLocatorInSimplex(const MyMeshType& mesh)
 295       :PointLocatorAlgos<MyMeshType>(mesh),_mesh(mesh)
 296     {
 297     }
 298
 299     //================================================================================
 300     /*!
 301      * \brief Returns nodes composing the simplex the point x is in
 302      */
 303     //================================================================================
 304
 305     virtual std::list<typename MyMeshType::MyConnType> locates(const double* x, double eps)
 306     {
 307       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 308       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 309
 310       std::list<ConnType> simplexNodes;
 311       std::list<ConnType> candidates = PointLocatorAlgos<MyMeshType>::locates(x,eps);
 312       typename std::list<ConnType>::iterator eIt = candidates.begin();
 313       for ( ; eIt != candidates.end(); ++eIt )
 314         {
 315           const ConnType i = OTT<ConnType,numPol>::ind2C( *eIt );
 316           const double* coords= _mesh.getCoordinatesPtr();
 317           const ConnType* conn=_mesh.getConnectivityPtr();
 318           const ConnType* conn_index= _mesh.getConnectivityIndexPtr();
 319           const ConnType* conn_elem=conn+OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_index[i]);
 320           int conn_elem_sz=conn_index[i+1]-conn_index[i];
 321           NormalizedCellType type=_mesh.getTypeOfElement(OTT<ConnType,numPol>::indFC(i));
 322           CellModel cell = CellModel::GetCellModel(type);
 323
 324           if ( cell.isQuadratic() )
 325             throw Exception("P2 not implemented yet");
 326
 327           if ( cell.isSimplex())
 328             {
 329               for ( int n = 0; n < conn_elem_sz; ++n )
 330                 simplexNodes.push_back( conn_elem[ n ]);
 331             }
 332           else
 333             {
 334               NormalizedCellType simlexType = cell.getDimension()==3 ? NORM_TETRA4 : NORM_TRI3;
 335               std::vector<mcIdType> sonNodes;
 336               NormalizedCellType sonType;
 337               const unsigned nbSons = cell.getNumberOfSons2( conn_elem, conn_elem_sz );
 338               for ( unsigned s = 0; s < nbSons; ++s )
 339                 {
 340                   sonNodes.resize( cell.getNumberOfNodesConstituentTheSon2( s, conn_elem, conn_elem_sz ));
 341                   cell.fillSonCellNodalConnectivity2( s, conn_elem, conn_elem_sz, &sonNodes[0], sonType );
 342                   std::set<mcIdType> sonNodesSet( sonNodes.begin(), sonNodes.end() );
 343
 344                   std::set< std::set< ConnType > > checkedSonSimplex;
 345                   for ( unsigned sn = 0; sn < sonNodes.size(); ++sn )
 346                     {
 347                       std::vector< ConnType > simplexConn( cell.getDimension() + 1 );
 348                       unsigned n;
 349                       for ( n = 0; n < cell.getDimension()-1; ++n )
 350                         simplexConn[n] = sonNodes[ (sn+n) % sonNodes.size() ];
 351
 352                       for ( unsigned n2 = 0; n2 < sonNodes.size()-cell.getDimension()+1; ++n2 )
 353                         {
 354                           simplexConn[n] = sonNodes[ (sn+n+n2) % sonNodes.size() ];
 355                           std::set< ConnType > sonSimplex( simplexConn.begin(), --simplexConn.end());
 356                           if ( checkedSonSimplex.insert( sonSimplex ).second )
 357                             {
 358                               for ( unsigned cn = 0; cn < conn_elem_sz; ++cn )
 359                                 if ( !sonNodesSet.count( conn_elem[cn] ))
 360                                   {
 361                                     simplexConn.back() = conn_elem[cn];
 362                                     if ( this->isElementContainsPoint( x, simlexType, coords,
 363                                                                        &simplexConn[0], simplexConn.size(), eps ))
 364                                       {
 365                                         simplexNodes.insert( simplexNodes.end(),
 366                                                              simplexConn.begin(), simplexConn.end());
 367                                         return simplexNodes;
 368                                       }
 369                                   }
 370                             }
 371                         }
 372                     }
 373                 }
 374             }
 375         }
 376       return simplexNodes;
 377     }
 378
 379   };
 380 }
 381
 382 #endif