src/INTERP_KERNEL/PointLocatorAlgos.txx

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   2 //
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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 __POINTLOCATORALGOS_TXX__
  20 #define __POINTLOCATORALGOS_TXX__
  21
  22 #include "InterpolationUtils.hxx"
  23 #include "CellModel.hxx"
  24 #include "BBTree.txx"
  25
  26 #include <list>
  27 #include <set>
  28 #include <limits>
  29
  30 namespace INTERP_KERNEL
  31 {
  32   class GenericPointLocatorAlgos
  33   {
  34   public:
  35     virtual ~GenericPointLocatorAlgos() { }
  36     virtual std::list<int> locates(const double* x, double eps) = 0;
  37   };
  38
  39   template<class MyMeshType>
  40   class PointLocatorAlgos: public GenericPointLocatorAlgos
  41   {
  42   private :
  43     double* _bb;
  44     BBTree<MyMeshType::MY_SPACEDIM,typename MyMeshType::MyConnType>* _tree;
  45     const MyMeshType& _mesh;
  46   public:
  47     PointLocatorAlgos(const MyMeshType& mesh):_mesh(mesh)
  48     {
  49       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
  50       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
  51       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
  52       int nelem = _mesh.getNumberOfElements();
  53       _bb = new double[SPACEDIM*2*nelem];
  54       const ConnType* conn = _mesh.getConnectivityPtr();
  55       const ConnType* conn_index = _mesh.getConnectivityIndexPtr();
  56       const double* coords=_mesh.getCoordinatesPtr();
  57       for (int i=0; i<nelem; i++)
  58         {
  59           for (int idim=0; idim<SPACEDIM; idim++)
  60             {
  61               _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)]=std::numeric_limits<double>::max();
  62               _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1]=-std::numeric_limits<double>::max();
  63             }
  64           for (int index= conn_index[i]; index < conn_index[i+1];index++)
  65             {
  66               //coordelem points to the coordinates of the current node of the i-th element
  67               const double* coordelem = coords+OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn[OTT<ConnType,numPol>::ind2C(index)])*SPACEDIM;
  68
  69               //the bounding box is updated by checking wheher the node is at the min/max in exach dimension
  70               for (int idim=0; idim<SPACEDIM;idim++)
  71                 {
  72                   _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)]=(coordelem[idim]<_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)])?coordelem[idim]:_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)];
  73                   _bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1]=(coordelem[idim]>_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1])?coordelem[idim]:_bb[2*(i*SPACEDIM+idim)+1];
  74                 }
  75             }
  76         }
  77       _tree=new BBTree<SPACEDIM,typename MyMeshType::MyConnType>(_bb,0,0,nelem);
  78     }
  79
  80     ~PointLocatorAlgos()
  81     {
  82       delete[] _bb;
  83       delete _tree;
  84     }
  85
  86     //returns the list of elements that contains
  87     //the point pointed to by x
  88     std::list<typename MyMeshType::MyConnType> locates(const double* x, double eps)
  89     {
  90       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
  91       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
  92       std::vector<ConnType> candidates;
  93       _tree->getElementsAroundPoint(x,candidates);
  94       std::list<ConnType> retlist;
  95       for(unsigned int i=0; i< candidates.size(); i++)
  96         {
  97           int ielem=candidates[i];
  98           if (elementContainsPoint(ielem,x,eps))
  99             retlist.push_back(OTT<ConnType,numPol>::indFC(ielem));
 100         }
 101       return retlist;
 102     }
 103
 104     static bool isElementContainsPointAlg2D(const double *ptToTest, const double *cellPts, int nbEdges, double eps)
 105     {
 106       /* with dimension 2, it suffices to check all the edges
 107          and see if the sign of double products from the point
 108          is always the same.
 109                          C
 110                         / \
 111                        /   \
 112              Xo       /     \
 113                      A-------B
 114
 115          here XA^XC and XC^XB have different signs*/
 116       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 117       int* sign = new int[nbEdges];
 118       for (int iedge=0; iedge<nbEdges; iedge++)
 119         {
 120           const double* A=cellPts+SPACEDIM*iedge;
 121           const double* B=cellPts+SPACEDIM*((iedge+1)%nbEdges);
 122           double a=mon_determinant(ptToTest, A, B);
 123           if(a<-eps)
 124             sign[iedge]=-1;
 125           else if(a>eps)
 126             sign[iedge]=1;
 127           else
 128             sign[iedge]=0;
 129         }
 130       bool ret=decideFromSign(sign, nbEdges);
 131       delete [] sign;
 132       return ret;
 133     }
 134
 135     static bool isElementContainsPointAlg3D(const double *ptToTest, const typename MyMeshType::MyConnType *conn_elem, int conn_elem_sz, const double *coords, const CellModel& cmType, double eps)
 136     {
 137       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 138       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 139       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 140
 141       int nbfaces = cmType.getNumberOfSons2(conn_elem,conn_elem_sz);
 142       int *sign = new int[nbfaces];
 143       int *connOfSon = new int[conn_elem_sz];
 144       for (int iface=0; iface<nbfaces; iface++)
 145         {
 146           NormalizedCellType typeOfSon;
 147           cmType.fillSonCellNodalConnectivity2(iface,conn_elem,conn_elem_sz,connOfSon,typeOfSon);
 148           const double* AA=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::coo2C(connOfSon[0]));
 149           const double* BB=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::coo2C(connOfSon[1]));
 150           const double* CC=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::coo2C(connOfSon[2]));
 151           double Vol=triple_product(AA,BB,CC,ptToTest);
 152           if (Vol<-eps)
 153             sign[iface]=-1;
 154           else if (Vol>eps)
 155             sign[iface]=1;
 156               else
 157                 sign[iface]=0;
 158         }
 159       bool ret=decideFromSign(sign, nbfaces);
 160       delete [] sign;
 161       delete [] connOfSon;
 162       return ret;
 163     }
 164
 165     static bool isElementContainsPoint(const double *ptToTest, NormalizedCellType type, const double *coords, const typename MyMeshType::MyConnType *conn_elem, int conn_elem_sz, double eps)
 166     {
 167       const int SPACEDIM=MyMeshType::MY_SPACEDIM;
 168       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 169       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 170
 171       const CellModel& cmType=CellModel::GetCellModel(type);
 172       //
 173       if (SPACEDIM==2)
 174         {
 175           int nbEdges=cmType.getNumberOfSons();
 176           double *pts = new double[nbEdges*SPACEDIM];
 177           for (int iedge=0; iedge<nbEdges; iedge++)
 178             {
 179               const double* a=coords+SPACEDIM*(OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_elem[iedge]));
 180               std::copy(a,a+SPACEDIM,pts+iedge*SPACEDIM);
 181             }
 182           bool ret=isElementContainsPointAlg2D(ptToTest,pts,nbEdges,eps);
 183           delete [] pts;
 184           return ret;
 185         }
 186
 187       if (SPACEDIM==3)
 188         {
 189           return isElementContainsPointAlg3D(ptToTest,conn_elem,conn_elem_sz,coords,cmType,eps);
 190         }
 191
 192       if(SPACEDIM==1)
 193         {
 194           double p1=coords[(OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_elem[0]))];
 195           double p2=coords[(OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_elem[1]))];
 196           double delta=fabs(p1-p2)+eps;
 197           double val=*ptToTest-std::min(p1,p2);
 198           return val>-eps && val<delta;
 199         }
 200       throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid spacedim detected ! Managed spaceDim are 2 and 3 !");
 201     }
 202
 203     bool elementContainsPoint(typename MyMeshType::MyConnType i, const double* x, double eps)
 204     {
 205       //as i is extracted from the BBTRee, it is already in C numbering
 206       //it is not necessary to convert it from F to C
 207       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 208       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 209
 210       const double* coords= _mesh.getCoordinatesPtr();
 211       const ConnType* conn=_mesh.getConnectivityPtr();
 212       const ConnType* conn_index= _mesh.getConnectivityIndexPtr();
 213       const ConnType* conn_elem=conn+OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_index[i]);
 214       int conn_elem_sz=conn_index[i+1]-conn_index[i];
 215       NormalizedCellType type=_mesh.getTypeOfElement(OTT<ConnType,numPol>::indFC(i));
 216       return isElementContainsPoint(x,type,coords,conn_elem,conn_elem_sz,eps);
 217     }
 218
 219     static bool decideFromSign(const int* sign, int nbelem)
 220     {
 221       int min_sign = 1;
 222       int max_sign = -1;
 223       for (int i=0; i<nbelem;i++)
 224         {
 225           min_sign=(sign[i]<min_sign)?sign[i]:min_sign;
 226           max_sign=(sign[i]>max_sign)?sign[i]:max_sign;
 227         }
 228       return (min_sign!=-1 || max_sign!=1);
 229     }
 230   };
 231
 232   template<class MyMeshType>
 233   class PointLocatorInSimplex : public PointLocatorAlgos<MyMeshType>
 234   {
 235     const MyMeshType& _mesh;
 236   public:
 237     PointLocatorInSimplex(const MyMeshType& mesh)
 238       :PointLocatorAlgos<MyMeshType>(mesh),_mesh(mesh)
 239     {
 240     }
 241
 242     //================================================================================
 243     /*!
 244      * \brief Returns nodes composing the simplex the point x is in
 245      */
 246     //================================================================================
 247
 248     virtual std::list<int> locates(const double* x, double eps)
 249     {
 250       typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
 251       const NumberingPolicy numPol=MyMeshType::My_numPol;
 252
 253       std::list<int> simplexNodes;
 254       std::list<int> candidates = PointLocatorAlgos<MyMeshType>::locates(x,eps);
 255       std::list<int>::iterator eIt = candidates.begin();
 256       for ( ; eIt != candidates.end(); ++eIt )
 257         {
 258           const int i = OTT<ConnType,numPol>::ind2C( *eIt );
 259           const double* coords= _mesh.getCoordinatesPtr();
 260           const ConnType* conn=_mesh.getConnectivityPtr();
 261           const ConnType* conn_index= _mesh.getConnectivityIndexPtr();
 262           const ConnType* conn_elem=conn+OTT<ConnType,numPol>::ind2C(conn_index[i]);
 263           int conn_elem_sz=conn_index[i+1]-conn_index[i];
 264           NormalizedCellType type=_mesh.getTypeOfElement(OTT<ConnType,numPol>::indFC(i));
 265           CellModel cell = CellModel::GetCellModel(type);
 266
 267           if ( cell.isQuadratic() )
 268             throw Exception("P2 not implemented yet");
 269
 270           if ( cell.isSimplex())
 271             {
 272               for ( int n = 0; n < conn_elem_sz; ++n )
 273                 simplexNodes.push_back( conn_elem[ n ]);
 274             }
 275           else
 276             {
 277               NormalizedCellType simlexType = cell.getDimension()==3 ? NORM_TETRA4 : NORM_TRI3;
 278               std::vector<int> sonNodes;
 279               NormalizedCellType sonType;
 280               const unsigned nbSons = cell.getNumberOfSons2( conn_elem, conn_elem_sz );
 281               for ( unsigned s = 0; s < nbSons; ++s )
 282                 {
 283                   sonNodes.resize( cell.getNumberOfNodesConstituentTheSon2( s, conn_elem, conn_elem_sz ));
 284                   cell.fillSonCellNodalConnectivity2( s, conn_elem, conn_elem_sz, &sonNodes[0], sonType );
 285                   std::set<int> sonNodesSet( sonNodes.begin(), sonNodes.end() );
 286
 287                   std::set< std::set< ConnType > > checkedSonSimplex;
 288                   for ( unsigned sn = 0; sn < sonNodes.size(); ++sn )
 289                     {
 290                       std::vector< ConnType > simplexConn( cell.getDimension() + 1 );
 291                       unsigned n;
 292                       for ( n = 0; n < cell.getDimension()-1; ++n )
 293                         simplexConn[n] = sonNodes[ (sn+n) % sonNodes.size() ];
 294
 295                       for ( unsigned n2 = 0; n2 < sonNodes.size()-cell.getDimension()+1; ++n2 )
 296                         {
 297                           simplexConn[n] = sonNodes[ (sn+n+n2) % sonNodes.size() ];
 298                           std::set< ConnType > sonSimplex( simplexConn.begin(), --simplexConn.end());
 299                           if ( checkedSonSimplex.insert( sonSimplex ).second )
 300                             {
 301                               for ( unsigned cn = 0; cn < conn_elem_sz; ++cn )
 302                                 if ( !sonNodesSet.count( conn_elem[cn] ))
 303                                   {
 304                                     simplexConn.back() = conn_elem[cn];
 305                                     if ( this->isElementContainsPoint( x, simlexType, coords,
 306                                                                        &simplexConn[0], simplexConn.size(), eps ))
 307                                       {
 308                                         simplexNodes.insert( simplexNodes.end(),
 309                                                              simplexConn.begin(), simplexConn.end());
 310                                         return simplexNodes;
 311                                       }
 312                                   }
 313                             }
 314                         }
 315                     }
 316                 }
 317             }
 318         }
 319       return simplexNodes;
 320     }
 321
 322   };
 323 }
 324
 325 #endif