src/SMESH/SMESH_MeshEditor.hxx

   1 //  SMESH SMESH_I : idl implementation based on 'SMESH' unit's calsses
   2 //
   3 //  Copyright (C) 2003  OPEN CASCADE, EADS/CCR, LIP6, CEA/DEN,
   4 //  CEDRAT, EDF R&D, LEG, PRINCIPIA R&D, BUREAU VERITAS
   5 //
   6 //  This library is free software; you can redistribute it and/or
   7 //  modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8 //  License as published by the Free Software Foundation; either
   9 //  version 2.1 of the License.
  10 //
  11 //  This library is distributed in the hope that it will be useful,
  12 //  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 //  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14 //  Lesser General Public License for more details.
  15 //
  16 //  You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17 //  License along with this library; if not, write to the Free Software
  18 //  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  19 //
  20 // See http://www.salome-platform.org/ or email : webmaster.salome@opencascade.com
  21 //
  22 //
  23 //
  24 // File      : SMESH_MeshEditor.hxx
  25 // Created   : Mon Apr 12 14:56:19 2004
  26 // Author    : Edward AGAPOV (eap)
  27 // Module    : SMESH
  28
  29
  30 #ifndef SMESH_MeshEditor_HeaderFile
  31 #define SMESH_MeshEditor_HeaderFile
  32
  33 #include "SMESH_Mesh.hxx"
  34 #include "SMESH_Controls.hxx"
  35 #include "SMESH_SequenceOfNode.hxx"
  36 #include "SMESH_SequenceOfElemPtr.hxx"
  37 #include "TColStd_HSequenceOfReal.hxx"
  38 #include "SMESH_MesherHelper.hxx"
  39 #include "SMDS_MeshElement.hxx"
  40
  41 #include <gp_Dir.hxx>
  42
  43 #include <list>
  44 #include <map>
  45
  46 typedef std::map<const SMDS_MeshElement*,
  47                  std::list<const SMDS_MeshElement*> >        TElemOfElemListMap;
  48 typedef std::map<const SMDS_MeshNode*, const SMDS_MeshNode*> TNodeNodeMap;
  49
  50 class SMDS_MeshFace;
  51 class SMDS_MeshNode;
  52 class gp_Ax1;
  53 class gp_Vec;
  54 class gp_Pnt;
  55
  56 // ============================================================
  57 /*!
  58  * \brief Set of elements sorted by ID, to be used to assure
  59  *  predictability of edition
  60  */
  61 // ============================================================
  62
  63 template < class TMeshElem = SMDS_MeshElement>
  64 struct TIDCompare {
  65   bool operator () (const TMeshElem* e1, const TMeshElem* e2) const
  66   { return e1->GetID() < e2->GetID(); }
  67 };
  68 typedef std::set< const SMDS_MeshElement*, TIDCompare< SMDS_MeshElement> > TIDSortedElemSet;
  69
  70 // ============================================================
  71 /*!
  72  * \brief Searcher for the node closest to point
  73  */
  74 // ============================================================
  75
  76 struct SMESH_NodeSearcher
  77 {
  78   virtual const SMDS_MeshNode* FindClosestTo( const gp_Pnt& pnt ) = 0;
  79 };
  80
  81 // ============================================================
  82 /*!
  83  * \brief Editor of a mesh
  84  */
  85 // ============================================================
  86
  87 class SMESH_MeshEditor {
  88
  89 public:
  90
  91   SMESH_MeshEditor( SMESH_Mesh* theMesh );
  92
  93   /*!
  94    * \brief Add element
  95    */
  96   SMDS_MeshElement* AddElement(const std::vector<const SMDS_MeshNode*> & nodes,
  97                                const SMDSAbs_ElementType                 type,
  98                                const bool                                isPoly,
  99                                const int                                 ID = 0);
 100   /*!
 101    * \brief Add element
 102    */
 103   SMDS_MeshElement* AddElement(const std::vector<int>  & nodeIDs,
 104                                const SMDSAbs_ElementType type,
 105                                const bool                isPoly,
 106                                const int                 ID = 0);
 107
 108   bool Remove (const std::list< int >& theElemIDs, const bool isNodes);
 109   // Remove a node or an element.
 110   // Modify a compute state of sub-meshes which become empty
 111
 112   bool InverseDiag (const SMDS_MeshElement * theTria1,
 113                     const SMDS_MeshElement * theTria2 );
 114   // Replace two neighbour triangles with ones built on the same 4 nodes
 115   // but having other common link.
 116   // Return False if args are improper
 117
 118   bool InverseDiag (const SMDS_MeshNode * theNode1,
 119                     const SMDS_MeshNode * theNode2 );
 120   // Replace two neighbour triangles sharing theNode1-theNode2 link
 121   // with ones built on the same 4 nodes but having other common link.
 122   // Return false if proper faces not found
 123
 124   bool DeleteDiag (const SMDS_MeshNode * theNode1,
 125                    const SMDS_MeshNode * theNode2 );
 126   // Replace two neighbour triangles sharing theNode1-theNode2 link
 127   // with a quadrangle built on the same 4 nodes.
 128   // Return false if proper faces not found
 129
 130   bool Reorient (const SMDS_MeshElement * theElement);
 131   // Reverse theElement orientation
 132
 133
 134   /*!
 135    * \brief Fuse neighbour triangles into quadrangles.
 136    * \param theElems     - The triangles to be fused.
 137    * \param theCriterion - Is used to choose a neighbour to fuse with.
 138    * \param theMaxAngle  - Is a max angle between element normals at which fusion
 139    *                       is still performed; theMaxAngle is mesured in radians.
 140    * \retval bool - Success or not.
 141    */
 142   bool TriToQuad (TIDSortedElemSet &                   theElems,
 143                   SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion,
 144                   const double                         theMaxAngle);
 145
 146   /*!
 147    * \brief Split quadrangles into triangles.
 148    * \param theElems     - The faces to be splitted.
 149    * \param theCriterion - Is used to choose a diagonal for splitting.
 150    * \retval bool - Success or not.
 151    */
 152   bool QuadToTri (TIDSortedElemSet &                   theElems,
 153                   SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion);
 154
 155   /*!
 156    * \brief Split quadrangles into triangles.
 157    * \param theElems  - The faces to be splitted.
 158    * \param the13Diag - Is used to choose a diagonal for splitting.
 159    * \retval bool - Success or not.
 160    */
 161   bool QuadToTri (TIDSortedElemSet & theElems,
 162                   const bool         the13Diag);
 163
 164   /*!
 165    * \brief Find better diagonal for splitting.
 166    * \param theQuad      - The face to find better splitting of.
 167    * \param theCriterion - Is used to choose a diagonal for splitting.
 168    * \retval int - 1 for 1-3 diagonal, 2 for 2-4, -1 - for errors.
 169    */
 170   int BestSplit (const SMDS_MeshElement*              theQuad,
 171                  SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion);
 172
 173
 174   enum SmoothMethod { LAPLACIAN = 0, CENTROIDAL };
 175
 176   void Smooth (TIDSortedElemSet &               theElements,
 177                std::set<const SMDS_MeshNode*> & theFixedNodes,
 178                const SmoothMethod               theSmoothMethod,
 179                const int                        theNbIterations,
 180                double                           theTgtAspectRatio = 1.0,
 181                const bool                       the2D = true);
 182   // Smooth theElements using theSmoothMethod during theNbIterations
 183   // or until a worst element has aspect ratio <= theTgtAspectRatio.
 184   // Aspect Ratio varies in range [1.0, inf].
 185   // If theElements is empty, the whole mesh is smoothed.
 186   // theFixedNodes contains additionally fixed nodes. Nodes built
 187   // on edges and boundary nodes are always fixed.
 188   // If the2D, smoothing is performed using UV parameters of nodes
 189   // on geometrical faces
 190
 191
 192   void RotationSweep (TIDSortedElemSet & theElements,
 193                       const gp_Ax1&      theAxis,
 194                       const double       theAngle,
 195                       const int          theNbSteps,
 196                       const double       theToler,
 197                       const bool         theMakeWalls=true);
 198   // Generate new elements by rotation of theElements around theAxis
 199   // by theAngle by theNbSteps
 200
 201   /*!
 202    * Auxilary flag for advanced extrusion.
 203    * BOUNDARY: create or not boundary for result of extrusion
 204    * SEW:      try to use existing nodes or create new nodes in any case
 205    */
 206   enum ExtrusionFlags {
 207     EXTRUSION_FLAG_BOUNDARY = 0x01,
 208     EXTRUSION_FLAG_SEW = 0x02
 209   };
 210
 211   /*!
 212    * special structire for control of extrusion functionality
 213    */
 214   struct ExtrusParam {
 215     gp_Dir myDir; // direction of extrusion
 216     Handle(TColStd_HSequenceOfReal) mySteps; // magnitudes for each step
 217     SMESH_SequenceOfNode myNodes; // nodes for using in sewing
 218   };
 219
 220   /*!
 221    * Create new node in the mesh with given coordinates
 222    * (auxilary for advanced extrusion)
 223    */
 224   const SMDS_MeshNode* CreateNode(const double x,
 225                                   const double y,
 226                                   const double z,
 227                                   const double tolnode,
 228                                   SMESH_SequenceOfNode& aNodes);
 229
 230   /*!
 231    * Generate new elements by extrusion of theElements
 232    * It is a method used in .idl file. All functionality
 233    * is implemented in the next method (see below) which
 234    * is used in the cuurent method.
 235    * param theElems - list of elements for extrusion
 236    * param newElemsMap returns history of extrusion
 237    * param theFlags set flags for performing extrusion (see description
 238    *   of enum ExtrusionFlags for additional information)
 239    * param theTolerance - uses for comparing locations of nodes if flag
 240    *   EXTRUSION_FLAG_SEW is set
 241    */
 242   void ExtrusionSweep
 243            (TIDSortedElemSet &  theElems,
 244             const gp_Vec&       theStep,
 245             const int           theNbSteps,
 246             TElemOfElemListMap& newElemsMap,
 247             const int           theFlags = EXTRUSION_FLAG_BOUNDARY,
 248             const double        theTolerance = 1.e-6);
 249
 250   /*!
 251    * Generate new elements by extrusion of theElements
 252    * param theElems - list of elements for extrusion
 253    * param newElemsMap returns history of extrusion
 254    * param theFlags set flags for performing extrusion (see description
 255    *   of enum ExtrusionFlags for additional information)
 256    * param theTolerance - uses for comparing locations of nodes if flag
 257    *   EXTRUSION_FLAG_SEW is set
 258    * param theParams - special structure for manage of extrusion
 259    */
 260   void ExtrusionSweep (TIDSortedElemSet &  theElems,
 261                        ExtrusParam&        theParams,
 262                        TElemOfElemListMap& newElemsMap,
 263                        const int           theFlags,
 264                        const double        theTolerance);
 265
 266
 267   // Generate new elements by extrusion of theElements
 268   // by theStep by theNbSteps
 269
 270   enum Extrusion_Error {
 271     EXTR_OK,
 272     EXTR_NO_ELEMENTS,
 273     EXTR_PATH_NOT_EDGE,
 274     EXTR_BAD_PATH_SHAPE,
 275     EXTR_BAD_STARTING_NODE,
 276     EXTR_BAD_ANGLES_NUMBER,
 277     EXTR_CANT_GET_TANGENT
 278     };
 279
 280   Extrusion_Error ExtrusionAlongTrack (TIDSortedElemSet &   theElements,
 281                                        SMESH_subMesh*       theTrackPattern,
 282                                        const SMDS_MeshNode* theNodeStart,
 283                                        const bool           theHasAngles,
 284                                        std::list<double>&   theAngles,
 285                                        const bool           theHasRefPoint,
 286                                        const gp_Pnt&        theRefPoint);
 287   // Generate new elements by extrusion of theElements along path given by theTrackPattern,
 288   // theHasAngles are the rotation angles, base point can be given by theRefPoint
 289
 290   void Transform (TIDSortedElemSet & theElements,
 291                   const gp_Trsf&     theTrsf,
 292                   const bool         theCopy);
 293   // Move or copy theElements applying theTrsf to their nodes
 294
 295   typedef std::list< std::list< const SMDS_MeshNode* > > TListOfListOfNodes;
 296
 297   void FindCoincidentNodes (std::set<const SMDS_MeshNode*> & theNodes,
 298                             const double                     theTolerance,
 299                             TListOfListOfNodes &             theGroupsOfNodes);
 300   // Return list of group of nodes close to each other within theTolerance.
 301   // Search among theNodes or in the whole mesh if theNodes is empty.
 302
 303   /*!
 304    * \brief Return SMESH_NodeSearcher
 305    */
 306   SMESH_NodeSearcher* GetNodeSearcher();
 307
 308   int SimplifyFace (const vector<const SMDS_MeshNode *> faceNodes,
 309                     vector<const SMDS_MeshNode *>&      poly_nodes,
 310                     vector<int>&                        quantities) const;
 311   // Split face, defined by <faceNodes>, into several faces by repeating nodes.
 312   // Is used by MergeNodes()
 313
 314   void MergeNodes (TListOfListOfNodes & theNodeGroups);
 315   // In each group, the cdr of nodes are substituted by the first one
 316   // in all elements.
 317
 318   typedef std::list< std::list< int > > TListOfListOfElementsID;
 319
 320   void FindEqualElements(std::set<const SMDS_MeshElement*> & theElements,
 321                          TListOfListOfElementsID &           theGroupsOfElementsID);
 322   // Return list of group of elements build on the same nodes.
 323   // Search among theElements or in the whole mesh if theElements is empty.
 324
 325   void MergeElements(TListOfListOfElementsID & theGroupsOfElementsID);
 326   // In each group remove all but first of elements.
 327
 328   void MergeEqualElements();
 329   // Remove all but one of elements built on the same nodes.
 330   // Return nb of successfully merged groups.
 331
 332   static bool CheckFreeBorderNodes(const SMDS_MeshNode* theNode1,
 333                                    const SMDS_MeshNode* theNode2,
 334                                    const SMDS_MeshNode* theNode3 = 0);
 335   // Return true if the three nodes are on a free border
 336
 337   static bool FindFreeBorder (const SMDS_MeshNode*                  theFirstNode,
 338                               const SMDS_MeshNode*                  theSecondNode,
 339                               const SMDS_MeshNode*                  theLastNode,
 340                               std::list< const SMDS_MeshNode* > &   theNodes,
 341                               std::list< const SMDS_MeshElement* >& theFaces);
 342   // Return nodes and faces of a free border if found
 343
 344   enum Sew_Error {
 345     SEW_OK,
 346     // for SewFreeBorder()
 347     SEW_BORDER1_NOT_FOUND,
 348     SEW_BORDER2_NOT_FOUND,
 349     SEW_BOTH_BORDERS_NOT_FOUND,
 350     SEW_BAD_SIDE_NODES,
 351     SEW_VOLUMES_TO_SPLIT,
 352     // for SewSideElements()
 353     SEW_DIFF_NB_OF_ELEMENTS,
 354     SEW_TOPO_DIFF_SETS_OF_ELEMENTS,
 355     SEW_BAD_SIDE1_NODES,
 356     SEW_BAD_SIDE2_NODES,
 357     SEW_INTERNAL_ERROR
 358     };
 359
 360
 361   Sew_Error SewFreeBorder (const SMDS_MeshNode* theBorderFirstNode,
 362                            const SMDS_MeshNode* theBorderSecondNode,
 363                            const SMDS_MeshNode* theBorderLastNode,
 364                            const SMDS_MeshNode* theSide2FirstNode,
 365                            const SMDS_MeshNode* theSide2SecondNode,
 366                            const SMDS_MeshNode* theSide2ThirdNode = 0,
 367                            const bool           theSide2IsFreeBorder = true,
 368                            const bool           toCreatePolygons = false,
 369                            const bool           toCreatePolyedrs = false);
 370   // Sew the free border to the side2 by replacing nodes in
 371   // elements on the free border with nodes of the elements
 372   // of the side 2. If nb of links in the free border and
 373   // between theSide2FirstNode and theSide2LastNode are different,
 374   // additional nodes are inserted on a link provided that no
 375   // volume elements share the splitted link.
 376   // The side 2 is a free border if theSide2IsFreeBorder == true.
 377   // Sewing is peformed between the given first, second and last
 378   // nodes on the sides.
 379   // theBorderFirstNode is merged with theSide2FirstNode.
 380   // if (!theSide2IsFreeBorder) then theSide2SecondNode gives
 381   // the last node on the side 2, which will be merged with
 382   // theBorderLastNode.
 383   // if (theSide2IsFreeBorder) then theSide2SecondNode will
 384   // be merged with theBorderSecondNode.
 385   // if (theSide2IsFreeBorder && theSide2ThirdNode == 0) then
 386   // the 2 free borders are sewn link by link and no additional
 387   // nodes are inserted.
 388   // Return false, if sewing failed.
 389
 390   Sew_Error SewSideElements (TIDSortedElemSet&    theSide1,
 391                              TIDSortedElemSet&    theSide2,
 392                              const SMDS_MeshNode* theFirstNode1ToMerge,
 393                              const SMDS_MeshNode* theFirstNode2ToMerge,
 394                              const SMDS_MeshNode* theSecondNode1ToMerge,
 395                              const SMDS_MeshNode* theSecondNode2ToMerge);
 396   // Sew two sides of a mesh. Nodes belonging to theSide1 are
 397   // merged with nodes of elements of theSide2.
 398   // Number of elements in theSide1 and in theSide2 must be
 399   // equal and they should have similar node connectivity.
 400   // The nodes to merge should belong to side s borders and
 401   // the first node should be linked to the second.
 402
 403   void InsertNodesIntoLink(const SMDS_MeshElement*          theFace,
 404                            const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode1,
 405                            const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode2,
 406                            std::list<const SMDS_MeshNode*>& theNodesToInsert,
 407                            const bool                       toCreatePoly = false);
 408   // insert theNodesToInsert into theFace between theBetweenNode1 and theBetweenNode2.
 409   // If toCreatePoly is true, replace theFace by polygon, else split theFace.
 410
 411   void UpdateVolumes (const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode1,
 412                       const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode2,
 413                       std::list<const SMDS_MeshNode*>& theNodesToInsert);
 414   // insert theNodesToInsert into all volumes, containing link
 415   // theBetweenNode1 - theBetweenNode2, between theBetweenNode1 and theBetweenNode2.
 416
 417   void ConvertToQuadratic(const bool theForce3d);
 418   //converts all mesh to quadratic one, deletes old elements, replacing
 419   //them with quadratic ones with the same id.
 420
 421   bool ConvertFromQuadratic();
 422   //converts all mesh from quadratic to ordinary ones, deletes old quadratic elements, replacing
 423   //them with ordinary mesh elements with the same id.
 424
 425
 426 //  static int SortQuadNodes (const SMDS_Mesh * theMesh,
 427 //                            int               theNodeIds[] );
 428 //  // Set 4 nodes of a quadrangle face in a good order.
 429 //  // Swap 1<->2 or 2<->3 nodes and correspondingly return
 430 //  // 1 or 2 else 0.
 431 //
 432 //  static bool SortHexaNodes (const SMDS_Mesh * theMesh,
 433 //                             int               theNodeIds[] );
 434 //  // Set 8 nodes of a hexahedron in a good order.
 435 //  // Return success status
 436
 437   static void AddToSameGroups (const SMDS_MeshElement* elemToAdd,
 438                                const SMDS_MeshElement* elemInGroups,
 439                                SMESHDS_Mesh *          aMesh);
 440   // Add elemToAdd to the groups the elemInGroups belongs to
 441
 442   static void RemoveElemFromGroups (const SMDS_MeshElement* removeelem,
 443                                     SMESHDS_Mesh *          aMesh);
 444   // remove elemToAdd from the groups
 445
 446   /*!
 447    * \brief Return nodes linked to the given one in elements of the type
 448    */
 449   static void GetLinkedNodes( const SMDS_MeshNode* node,
 450                               TIDSortedElemSet &   linkedNodes,
 451                               SMDSAbs_ElementType  type = SMDSAbs_All );
 452
 453   static const SMDS_MeshElement*
 454     FindFaceInSet(const SMDS_MeshNode*    n1,
 455                   const SMDS_MeshNode*    n2,
 456                   const TIDSortedElemSet& elemSet,
 457                   const TIDSortedElemSet& avoidSet);
 458   // Return a face having linked nodes n1 and n2 and which is
 459   // - not in avoidSet,
 460   // - in elemSet provided that !elemSet.empty()
 461
 462   /*!
 463    * \brief Find corresponding nodes in two sets of faces
 464     * \param theSide1 - first face set
 465     * \param theSide2 - second first face
 466     * \param theFirstNode1 - a boundary node of set 1
 467     * \param theFirstNode2 - a node of set 2 corresponding to theFirstNode1
 468     * \param theSecondNode1 - a boundary node of set 1 linked with theFirstNode1
 469     * \param theSecondNode2 - a node of set 2 corresponding to theSecondNode1
 470     * \param nReplaceMap - output map of corresponding nodes
 471     * \retval Sew_Error  - is a success or not
 472    */
 473   static Sew_Error FindMatchingNodes(set<const SMDS_MeshElement*>& theSide1,
 474                                      set<const SMDS_MeshElement*>& theSide2,
 475                                      const SMDS_MeshNode*          theFirstNode1,
 476                                      const SMDS_MeshNode*          theFirstNode2,
 477                                      const SMDS_MeshNode*          theSecondNode1,
 478                                      const SMDS_MeshNode*          theSecondNode2,
 479                                      TNodeNodeMap &                nReplaceMap);
 480
 481   /*!
 482    * \brief Returns true if given node is medium
 483     * \param n - node to check
 484     * \param typeToCheck - type of elements containing the node to ask about node status
 485     * \retval bool - check result
 486    */
 487   static bool IsMedium(const SMDS_MeshNode*      node,
 488                        const SMDSAbs_ElementType typeToCheck = SMDSAbs_All);
 489
 490   int FindShape (const SMDS_MeshElement * theElem);
 491   // Return an index of the shape theElem is on
 492   // or zero if a shape not found
 493
 494   SMESH_Mesh * GetMesh() { return myMesh; }
 495
 496   SMESHDS_Mesh * GetMeshDS() { return myMesh->GetMeshDS(); }
 497
 498   const SMESH_SequenceOfElemPtr& GetLastCreatedNodes() const { return myLastCreatedNodes; }
 499
 500   const SMESH_SequenceOfElemPtr& GetLastCreatedElems() const { return myLastCreatedElems; }
 501
 502 private:
 503
 504   /*!
 505    * \brief Convert elements contained in a submesh to quadratic
 506     * \retval int - nb of checked elements
 507    */
 508   int ConvertElemToQuadratic(SMESHDS_SubMesh *   theSm,
 509                              SMESH_MesherHelper& theHelper,
 510                              const bool          theForce3d);
 511
 512   /*!
 513    * \brief Convert quadratic elements to linear ones and remove quadratic nodes
 514     * \retval int - nb of checked elements
 515    */
 516   int RemoveQuadElem( SMESHDS_SubMesh *    theSm,
 517                       SMDS_ElemIteratorPtr theItr,
 518                       const int            theShapeID);
 519   //Auxiliary function for "ConvertFromQuadratic" is intended to
 520
 521 private:
 522
 523   SMESH_Mesh * myMesh;
 524
 525   /*!
 526    * Sequence for keeping nodes created during last operation
 527    */
 528   SMESH_SequenceOfElemPtr myLastCreatedNodes;
 529
 530   /*!
 531    * Sequence for keeping elements created during last operation
 532    */
 533   SMESH_SequenceOfElemPtr myLastCreatedElems;
 534
 535 };
 536
 537 #endif