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