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