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