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_SMESH.hxx"
  34
  35 #include "SMESH_Mesh.hxx"
  36 #include "SMESH_Controls.hxx"
  37 #include "SMESH_SequenceOfNode.hxx"
  38 #include "SMESH_SequenceOfElemPtr.hxx"
  39 #include "TColStd_HSequenceOfReal.hxx"
  40 #include "SMESH_MesherHelper.hxx"
  41 #include "SMDS_MeshElement.hxx"
  42
  43 #include <gp_Dir.hxx>
  44
  45 #include <list>
  46 #include <map>
  47
  48 typedef std::map<const SMDS_MeshElement*,
  49                  std::list<const SMDS_MeshElement*> >        TElemOfElemListMap;
  50 typedef std::map<const SMDS_MeshNode*, const SMDS_MeshNode*> TNodeNodeMap;
  51
  52 class SMDS_MeshFace;
  53 class SMDS_MeshNode;
  54 class gp_Ax1;
  55 class gp_Vec;
  56 class gp_Pnt;
  57
  58 // ============================================================
  59 /*!
  60  * \brief Set of elements sorted by ID, to be used to assure
  61  *  predictability of edition
  62  */
  63 // ============================================================
  64
  65 template < class TMeshElem = SMDS_MeshElement>
  66 struct TIDCompare {
  67   bool operator () (const TMeshElem* e1, const TMeshElem* e2) const
  68   { return e1->GetID() < e2->GetID(); }
  69 };
  70 typedef std::set< const SMDS_MeshElement*, TIDCompare< SMDS_MeshElement> > TIDSortedElemSet;
  71
  72 // ============================================================
  73 /*!
  74  * \brief Searcher for the node closest to point
  75  */
  76 // ============================================================
  77
  78 struct SMESH_NodeSearcher
  79 {
  80   virtual const SMDS_MeshNode* FindClosestTo( const gp_Pnt& pnt ) = 0;
  81 };
  82
  83 // ============================================================
  84 /*!
  85  * \brief Editor of a mesh
  86  */
  87 // ============================================================
  88
  89 class SMESH_EXPORT SMESH_MeshEditor {
  90
  91 public:
  92
  93   SMESH_MeshEditor( SMESH_Mesh* theMesh );
  94
  95   /*!
  96    * \brief Add element
  97    */
  98   SMDS_MeshElement* AddElement(const std::vector<const SMDS_MeshNode*> & nodes,
  99                                const SMDSAbs_ElementType                 type,
 100                                const bool                                isPoly,
 101                                const int                                 ID = 0);
 102   /*!
 103    * \brief Add element
 104    */
 105   SMDS_MeshElement* AddElement(const std::vector<int>  & nodeIDs,
 106                                const SMDSAbs_ElementType type,
 107                                const bool                isPoly,
 108                                const int                 ID = 0);
 109
 110   bool Remove (const std::list< int >& theElemIDs, const bool isNodes);
 111   // Remove a node or an element.
 112   // Modify a compute state of sub-meshes which become empty
 113
 114   bool InverseDiag (const SMDS_MeshElement * theTria1,
 115                     const SMDS_MeshElement * theTria2 );
 116   // Replace two neighbour triangles with ones built on the same 4 nodes
 117   // but having other common link.
 118   // Return False if args are improper
 119
 120   bool InverseDiag (const SMDS_MeshNode * theNode1,
 121                     const SMDS_MeshNode * theNode2 );
 122   // Replace two neighbour triangles sharing theNode1-theNode2 link
 123   // with ones built on the same 4 nodes but having other common link.
 124   // Return false if proper faces not found
 125
 126   bool DeleteDiag (const SMDS_MeshNode * theNode1,
 127                    const SMDS_MeshNode * theNode2 );
 128   // Replace two neighbour triangles sharing theNode1-theNode2 link
 129   // with a quadrangle built on the same 4 nodes.
 130   // Return false if proper faces not found
 131
 132   bool Reorient (const SMDS_MeshElement * theElement);
 133   // Reverse theElement orientation
 134
 135
 136   /*!
 137    * \brief Fuse neighbour triangles into quadrangles.
 138    * \param theElems     - The triangles to be fused.
 139    * \param theCriterion - Is used to choose a neighbour to fuse with.
 140    * \param theMaxAngle  - Is a max angle between element normals at which fusion
 141    *                       is still performed; theMaxAngle is mesured in radians.
 142    * \retval bool - Success or not.
 143    */
 144   bool TriToQuad (TIDSortedElemSet &                   theElems,
 145                   SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion,
 146                   const double                         theMaxAngle);
 147
 148   /*!
 149    * \brief Split quadrangles into triangles.
 150    * \param theElems     - The faces to be splitted.
 151    * \param theCriterion - Is used to choose a diagonal for splitting.
 152    * \retval bool - Success or not.
 153    */
 154   bool QuadToTri (TIDSortedElemSet &                   theElems,
 155                   SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion);
 156
 157   /*!
 158    * \brief Split quadrangles into triangles.
 159    * \param theElems  - The faces to be splitted.
 160    * \param the13Diag - Is used to choose a diagonal for splitting.
 161    * \retval bool - Success or not.
 162    */
 163   bool QuadToTri (TIDSortedElemSet & theElems,
 164                   const bool         the13Diag);
 165
 166   /*!
 167    * \brief Find better diagonal for splitting.
 168    * \param theQuad      - The face to find better splitting of.
 169    * \param theCriterion - Is used to choose a diagonal for splitting.
 170    * \retval int - 1 for 1-3 diagonal, 2 for 2-4, -1 - for errors.
 171    */
 172   int BestSplit (const SMDS_MeshElement*              theQuad,
 173                  SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion);
 174
 175
 176   enum SmoothMethod { LAPLACIAN = 0, CENTROIDAL };
 177
 178   void Smooth (TIDSortedElemSet &               theElements,
 179                std::set<const SMDS_MeshNode*> & theFixedNodes,
 180                const SmoothMethod               theSmoothMethod,
 181                const int                        theNbIterations,
 182                double                           theTgtAspectRatio = 1.0,
 183                const bool                       the2D = true);
 184   // Smooth theElements using theSmoothMethod during theNbIterations
 185   // or until a worst element has aspect ratio <= theTgtAspectRatio.
 186   // Aspect Ratio varies in range [1.0, inf].
 187   // If theElements is empty, the whole mesh is smoothed.
 188   // theFixedNodes contains additionally fixed nodes. Nodes built
 189   // on edges and boundary nodes are always fixed.
 190   // If the2D, smoothing is performed using UV parameters of nodes
 191   // on geometrical faces
 192
 193
 194   void RotationSweep (TIDSortedElemSet & theElements,
 195                       const gp_Ax1&      theAxis,
 196                       const double       theAngle,
 197                       const int          theNbSteps,
 198                       const double       theToler,
 199                       const bool         theMakeWalls=true);
 200   // Generate new elements by rotation of theElements around theAxis
 201   // by theAngle by theNbSteps
 202
 203   /*!
 204    * Auxilary flag for advanced extrusion.
 205    * BOUNDARY: create or not boundary for result of extrusion
 206    * SEW:      try to use existing nodes or create new nodes in any case
 207    */
 208   enum ExtrusionFlags {
 209     EXTRUSION_FLAG_BOUNDARY = 0x01,
 210     EXTRUSION_FLAG_SEW = 0x02
 211   };
 212
 213   /*!
 214    * special structire for control of extrusion functionality
 215    */
 216   struct ExtrusParam {
 217     gp_Dir myDir; // direction of extrusion
 218     Handle(TColStd_HSequenceOfReal) mySteps; // magnitudes for each step
 219     SMESH_SequenceOfNode myNodes; // nodes for using in sewing
 220   };
 221
 222   /*!
 223    * Create new node in the mesh with given coordinates
 224    * (auxilary for advanced extrusion)
 225    */
 226   const SMDS_MeshNode* CreateNode(const double x,
 227                                   const double y,
 228                                   const double z,
 229                                   const double tolnode,
 230                                   SMESH_SequenceOfNode& aNodes);
 231
 232   /*!
 233    * Generate new elements by extrusion of theElements
 234    * It is a method used in .idl file. All functionality
 235    * is implemented in the next method (see below) which
 236    * is used in the cuurent method.
 237    * param theElems - list of elements for extrusion
 238    * param newElemsMap returns history of extrusion
 239    * param theFlags set flags for performing extrusion (see description
 240    *   of enum ExtrusionFlags for additional information)
 241    * param theTolerance - uses for comparing locations of nodes if flag
 242    *   EXTRUSION_FLAG_SEW is set
 243    */
 244   void ExtrusionSweep
 245            (TIDSortedElemSet &  theElems,
 246             const gp_Vec&       theStep,
 247             const int           theNbSteps,
 248             TElemOfElemListMap& newElemsMap,
 249             const int           theFlags = EXTRUSION_FLAG_BOUNDARY,
 250             const double        theTolerance = 1.e-6);
 251
 252   /*!
 253    * Generate new elements by extrusion of theElements
 254    * param theElems - list of elements for extrusion
 255    * param newElemsMap returns history of extrusion
 256    * param theFlags set flags for performing extrusion (see description
 257    *   of enum ExtrusionFlags for additional information)
 258    * param theTolerance - uses for comparing locations of nodes if flag
 259    *   EXTRUSION_FLAG_SEW is set
 260    * param theParams - special structure for manage of extrusion
 261    */
 262   void ExtrusionSweep (TIDSortedElemSet &  theElems,
 263                        ExtrusParam&        theParams,
 264                        TElemOfElemListMap& newElemsMap,
 265                        const int           theFlags,
 266                        const double        theTolerance);
 267
 268
 269   // Generate new elements by extrusion of theElements
 270   // by theStep by theNbSteps
 271
 272   enum Extrusion_Error {
 273     EXTR_OK,
 274     EXTR_NO_ELEMENTS,
 275     EXTR_PATH_NOT_EDGE,
 276     EXTR_BAD_PATH_SHAPE,
 277     EXTR_BAD_STARTING_NODE,
 278     EXTR_BAD_ANGLES_NUMBER,
 279     EXTR_CANT_GET_TANGENT
 280     };
 281
 282   Extrusion_Error ExtrusionAlongTrack (TIDSortedElemSet &   theElements,
 283                                        SMESH_subMesh*       theTrackPattern,
 284                                        const SMDS_MeshNode* theNodeStart,
 285                                        const bool           theHasAngles,
 286                                        std::list<double>&   theAngles,
 287                                        const bool           theHasRefPoint,
 288                                        const gp_Pnt&        theRefPoint);
 289   // Generate new elements by extrusion of theElements along path given by theTrackPattern,
 290   // theHasAngles are the rotation angles, base point can be given by theRefPoint
 291
 292   void Transform (TIDSortedElemSet & theElements,
 293                   const gp_Trsf&     theTrsf,
 294                   const bool         theCopy);
 295   // Move or copy theElements applying theTrsf to their nodes
 296
 297   typedef std::list< std::list< const SMDS_MeshNode* > > TListOfListOfNodes;
 298
 299   void FindCoincidentNodes (std::set<const SMDS_MeshNode*> & theNodes,
 300                             const double                     theTolerance,
 301                             TListOfListOfNodes &             theGroupsOfNodes);
 302   // Return list of group of nodes close to each other within theTolerance.
 303   // Search among theNodes or in the whole mesh if theNodes is empty.
 304
 305   /*!
 306    * \brief Return SMESH_NodeSearcher
 307    */
 308   SMESH_NodeSearcher* GetNodeSearcher();
 309
 310   int SimplifyFace (const vector<const SMDS_MeshNode *> faceNodes,
 311                     vector<const SMDS_MeshNode *>&      poly_nodes,
 312                     vector<int>&                        quantities) const;
 313   // Split face, defined by <faceNodes>, into several faces by repeating nodes.
 314   // Is used by MergeNodes()
 315
 316   void MergeNodes (TListOfListOfNodes & theNodeGroups);
 317   // In each group, the cdr of nodes are substituted by the first one
 318   // in all elements.
 319
 320   typedef std::list< std::list< int > > TListOfListOfElementsID;
 321
 322   void FindEqualElements(std::set<const SMDS_MeshElement*> & theElements,
 323                          TListOfListOfElementsID &           theGroupsOfElementsID);
 324   // Return list of group of elements build on the same nodes.
 325   // Search among theElements or in the whole mesh if theElements is empty.
 326
 327   void MergeElements(TListOfListOfElementsID & theGroupsOfElementsID);
 328   // In each group remove all but first of elements.
 329
 330   void MergeEqualElements();
 331   // Remove all but one of elements built on the same nodes.
 332   // Return nb of successfully merged groups.
 333
 334   static bool CheckFreeBorderNodes(const SMDS_MeshNode* theNode1,
 335                                    const SMDS_MeshNode* theNode2,
 336                                    const SMDS_MeshNode* theNode3 = 0);
 337   // Return true if the three nodes are on a free border
 338
 339   static bool FindFreeBorder (const SMDS_MeshNode*                  theFirstNode,
 340                               const SMDS_MeshNode*                  theSecondNode,
 341                               const SMDS_MeshNode*                  theLastNode,
 342                               std::list< const SMDS_MeshNode* > &   theNodes,
 343                               std::list< const SMDS_MeshElement* >& theFaces);
 344   // Return nodes and faces of a free border if found
 345
 346   enum Sew_Error {
 347     SEW_OK,
 348     // for SewFreeBorder()
 349     SEW_BORDER1_NOT_FOUND,
 350     SEW_BORDER2_NOT_FOUND,
 351     SEW_BOTH_BORDERS_NOT_FOUND,
 352     SEW_BAD_SIDE_NODES,
 353     SEW_VOLUMES_TO_SPLIT,
 354     // for SewSideElements()
 355     SEW_DIFF_NB_OF_ELEMENTS,
 356     SEW_TOPO_DIFF_SETS_OF_ELEMENTS,
 357     SEW_BAD_SIDE1_NODES,
 358     SEW_BAD_SIDE2_NODES,
 359     SEW_INTERNAL_ERROR
 360     };
 361
 362
 363   Sew_Error SewFreeBorder (const SMDS_MeshNode* theBorderFirstNode,
 364                            const SMDS_MeshNode* theBorderSecondNode,
 365                            const SMDS_MeshNode* theBorderLastNode,
 366                            const SMDS_MeshNode* theSide2FirstNode,
 367                            const SMDS_MeshNode* theSide2SecondNode,
 368                            const SMDS_MeshNode* theSide2ThirdNode = 0,
 369                            const bool           theSide2IsFreeBorder = true,
 370                            const bool           toCreatePolygons = false,
 371                            const bool           toCreatePolyedrs = false);
 372   // Sew the free border to the side2 by replacing nodes in
 373   // elements on the free border with nodes of the elements
 374   // of the side 2. If nb of links in the free border and
 375   // between theSide2FirstNode and theSide2LastNode are different,
 376   // additional nodes are inserted on a link provided that no
 377   // volume elements share the splitted link.
 378   // The side 2 is a free border if theSide2IsFreeBorder == true.
 379   // Sewing is peformed between the given first, second and last
 380   // nodes on the sides.
 381   // theBorderFirstNode is merged with theSide2FirstNode.
 382   // if (!theSide2IsFreeBorder) then theSide2SecondNode gives
 383   // the last node on the side 2, which will be merged with
 384   // theBorderLastNode.
 385   // if (theSide2IsFreeBorder) then theSide2SecondNode will
 386   // be merged with theBorderSecondNode.
 387   // if (theSide2IsFreeBorder && theSide2ThirdNode == 0) then
 388   // the 2 free borders are sewn link by link and no additional
 389   // nodes are inserted.
 390   // Return false, if sewing failed.
 391
 392   Sew_Error SewSideElements (TIDSortedElemSet&    theSide1,
 393                              TIDSortedElemSet&    theSide2,
 394                              const SMDS_MeshNode* theFirstNode1ToMerge,
 395                              const SMDS_MeshNode* theFirstNode2ToMerge,
 396                              const SMDS_MeshNode* theSecondNode1ToMerge,
 397                              const SMDS_MeshNode* theSecondNode2ToMerge);
 398   // Sew two sides of a mesh. Nodes belonging to theSide1 are
 399   // merged with nodes of elements of theSide2.
 400   // Number of elements in theSide1 and in theSide2 must be
 401   // equal and they should have similar node connectivity.
 402   // The nodes to merge should belong to side s borders and
 403   // the first node should be linked to the second.
 404
 405   void InsertNodesIntoLink(const SMDS_MeshElement*          theFace,
 406                            const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode1,
 407                            const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode2,
 408                            std::list<const SMDS_MeshNode*>& theNodesToInsert,
 409                            const bool                       toCreatePoly = false);
 410   // insert theNodesToInsert into theFace between theBetweenNode1 and theBetweenNode2.
 411   // If toCreatePoly is true, replace theFace by polygon, else split theFace.
 412
 413   void UpdateVolumes (const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode1,
 414                       const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode2,
 415                       std::list<const SMDS_MeshNode*>& theNodesToInsert);
 416   // insert theNodesToInsert into all volumes, containing link
 417   // theBetweenNode1 - theBetweenNode2, between theBetweenNode1 and theBetweenNode2.
 418
 419   void ConvertToQuadratic(const bool theForce3d);
 420   //converts all mesh to quadratic one, deletes old elements, replacing
 421   //them with quadratic ones with the same id.
 422
 423   bool ConvertFromQuadratic();
 424   //converts all mesh from quadratic to ordinary ones, deletes old quadratic elements, replacing
 425   //them with ordinary mesh elements with the same id.
 426
 427
 428 //  static int SortQuadNodes (const SMDS_Mesh * theMesh,
 429 //                            int               theNodeIds[] );
 430 //  // Set 4 nodes of a quadrangle face in a good order.
 431 //  // Swap 1<->2 or 2<->3 nodes and correspondingly return
 432 //  // 1 or 2 else 0.
 433 //
 434 //  static bool SortHexaNodes (const SMDS_Mesh * theMesh,
 435 //                             int               theNodeIds[] );
 436 //  // Set 8 nodes of a hexahedron in a good order.
 437 //  // Return success status
 438
 439   static void AddToSameGroups (const SMDS_MeshElement* elemToAdd,
 440                                const SMDS_MeshElement* elemInGroups,
 441                                SMESHDS_Mesh *          aMesh);
 442   // Add elemToAdd to the groups the elemInGroups belongs to
 443
 444   static void RemoveElemFromGroups (const SMDS_MeshElement* removeelem,
 445                                     SMESHDS_Mesh *          aMesh);
 446   // remove elemToAdd from the groups
 447
 448   /*!
 449    * \brief Return nodes linked to the given one in elements of the type
 450    */
 451   static void GetLinkedNodes( const SMDS_MeshNode* node,
 452                               TIDSortedElemSet &   linkedNodes,
 453                               SMDSAbs_ElementType  type = SMDSAbs_All );
 454
 455   static const SMDS_MeshElement*
 456     FindFaceInSet(const SMDS_MeshNode*    n1,
 457                   const SMDS_MeshNode*    n2,
 458                   const TIDSortedElemSet& elemSet,
 459                   const TIDSortedElemSet& avoidSet);
 460   // Return a face having linked nodes n1 and n2 and which is
 461   // - not in avoidSet,
 462   // - in elemSet provided that !elemSet.empty()
 463
 464   /*!
 465    * \brief Find corresponding nodes in two sets of faces
 466     * \param theSide1 - first face set
 467     * \param theSide2 - second first face
 468     * \param theFirstNode1 - a boundary node of set 1
 469     * \param theFirstNode2 - a node of set 2 corresponding to theFirstNode1
 470     * \param theSecondNode1 - a boundary node of set 1 linked with theFirstNode1
 471     * \param theSecondNode2 - a node of set 2 corresponding to theSecondNode1
 472     * \param nReplaceMap - output map of corresponding nodes
 473     * \retval Sew_Error  - is a success or not
 474    */
 475   static Sew_Error FindMatchingNodes(set<const SMDS_MeshElement*>& theSide1,
 476                                      set<const SMDS_MeshElement*>& theSide2,
 477                                      const SMDS_MeshNode*          theFirstNode1,
 478                                      const SMDS_MeshNode*          theFirstNode2,
 479                                      const SMDS_MeshNode*          theSecondNode1,
 480                                      const SMDS_MeshNode*          theSecondNode2,
 481                                      TNodeNodeMap &                nReplaceMap);
 482
 483   /*!
 484    * \brief Returns true if given node is medium
 485     * \param n - node to check
 486     * \param typeToCheck - type of elements containing the node to ask about node status
 487     * \retval bool - check result
 488    */
 489   static bool IsMedium(const SMDS_MeshNode*      node,
 490                        const SMDSAbs_ElementType typeToCheck = SMDSAbs_All);
 491
 492   int FindShape (const SMDS_MeshElement * theElem);
 493   // Return an index of the shape theElem is on
 494   // or zero if a shape not found
 495
 496   SMESH_Mesh * GetMesh() { return myMesh; }
 497
 498   SMESHDS_Mesh * GetMeshDS() { return myMesh->GetMeshDS(); }
 499
 500   const SMESH_SequenceOfElemPtr& GetLastCreatedNodes() const { return myLastCreatedNodes; }
 501
 502   const SMESH_SequenceOfElemPtr& GetLastCreatedElems() const { return myLastCreatedElems; }
 503
 504 private:
 505
 506   /*!
 507    * \brief Convert elements contained in a submesh to quadratic
 508     * \retval int - nb of checked elements
 509    */
 510   int ConvertElemToQuadratic(SMESHDS_SubMesh *   theSm,
 511                              SMESH_MesherHelper& theHelper,
 512                              const bool          theForce3d);
 513
 514   /*!
 515    * \brief Convert quadratic elements to linear ones and remove quadratic nodes
 516     * \retval int - nb of checked elements
 517    */
 518   int RemoveQuadElem( SMESHDS_SubMesh *    theSm,
 519                       SMDS_ElemIteratorPtr theItr,
 520                       const int            theShapeID);
 521   //Auxiliary function for "ConvertFromQuadratic" is intended to
 522
 523 private:
 524
 525   SMESH_Mesh * myMesh;
 526
 527   /*!
 528    * Sequence for keeping nodes created during last operation
 529    */
 530   SMESH_SequenceOfElemPtr myLastCreatedNodes;
 531
 532   /*!
 533    * Sequence for keeping elements created during last operation
 534    */
 535   SMESH_SequenceOfElemPtr myLastCreatedElems;
 536
 537 };
 538
 539 #endif