src/medtool/src/INTERP_KERNEL/Interpolation3D.txx

   1 // Copyright (C) 2007-2015  CEA/DEN, EDF R&D
   2 //
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   9 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
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  12 //
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  14 // License along with this library; if not, write to the Free Software
  15 // Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  16 //
  17 // See http://www.salome-platform.org/ or email : webmaster.salome@opencascade.com
  18 //
  19 // Author : Anthony Geay (CEA/DEN)
  20
  21 #ifndef __INTERPOLATION3D_TXX__
  22 #define __INTERPOLATION3D_TXX__
  23
  24 #include "Interpolation3D.hxx"
  25 #include "Interpolation.txx"
  26 #include "MeshElement.txx"
  27 #include "TransformedTriangle.hxx"
  28 #include "PolyhedronIntersectorP0P0.txx"
  29 #include "PointLocator3DIntersectorP0P0.txx"
  30 #include "PolyhedronIntersectorP0P1.txx"
  31 #include "PointLocator3DIntersectorP0P1.txx"
  32 #include "PolyhedronIntersectorP1P0.txx"
  33 #include "PolyhedronIntersectorP1P0Bary.txx"
  34 #include "PointLocator3DIntersectorP1P0.txx"
  35 #include "PolyhedronIntersectorP1P1.txx"
  36 #include "PointLocator3DIntersectorP1P1.txx"
  37 #include "Barycentric3DIntersectorP1P1.txx"
  38 #include "Log.hxx"
  39 // If defined, use recursion to traverse the binary search tree, else use the BBTree class
  40 //#define USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
  41
  42 #ifdef USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
  43 #include "MeshRegion.txx"
  44 #include "RegionNode.hxx"
  45 #include <stack>
  46
  47 #else // use BBTree class
  48
  49 #include "BBTree.txx"
  50
  51 #endif
  52
  53 namespace INTERP_KERNEL
  54 {
  55   /**
  56    * Calculates the matrix of volumes of intersection between the elements of srcMesh and the elements of targetMesh.
  57    * The calculation is done in two steps. First a filtering process reduces the number of pairs of elements for which the
  58    * calculation must be carried out by eliminating pairs that do not intersect based on their bounding boxes. Then, the
  59    * volume of intersection is calculated by an object of type Intersector3D for the remaining pairs, and entered into the
  60    * intersection matrix.
  61    *
  62    * The matrix is partially sparse : it is a vector of maps of integer - double pairs.
  63    * It can also be an INTERP_KERNEL::Matrix object.
  64    * The length of the vector is equal to the number of target elements - for each target element there is a map, regardless
  65    * of whether the element intersects any source elements or not. But in the maps there are only entries for those source elements
  66    * which have a non-zero intersection volume with the target element. The vector has indices running from
  67    * 0 to (nb target elements - 1), meaning that the map for target element i is stored at index i - 1. In the maps, however,
  68    * the indexing is more natural : the intersection volume of the target element i with source element j is found at matrix[i-1][j].
  69    *
  70
  71    * @param srcMesh     3-dimensional source mesh
  72    * @param targetMesh  3-dimesional target mesh, containing only tetraedra
  73    * @param result      matrix in which the result is stored
  74    *
  75    */
  76   template<class MyMeshType, class MatrixType>
  77   int Interpolation3D::interpolateMeshes(const MyMeshType& srcMesh, const MyMeshType& targetMesh, MatrixType& result, const std::string& method)
  78   {
  79     typedef typename MyMeshType::MyConnType ConnType;
  80     // create MeshElement objects corresponding to each element of the two meshes
  81     const unsigned long numSrcElems = srcMesh.getNumberOfElements();
  82     const unsigned long numTargetElems = targetMesh.getNumberOfElements();
  83
  84     LOG(2, "Source mesh has " << numSrcElems << " elements and target mesh has " << numTargetElems << " elements ");
  85
  86     std::vector<MeshElement<ConnType>*> srcElems(numSrcElems);
  87     std::vector<MeshElement<ConnType>*> targetElems(numTargetElems);
  88
  89     std::map<MeshElement<ConnType>*, int> indices;
  90
  91     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
  92       srcElems[i] = new MeshElement<ConnType>(i, srcMesh);
  93
  94     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
  95       targetElems[i] = new MeshElement<ConnType>(i, targetMesh);
  96
  97     Intersector3D<MyMeshType,MatrixType>* intersector=0;
  98     std::string methC = InterpolationOptions::filterInterpolationMethod(method);
  99     if(methC=="P0P0")
 100       {
 101         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 102           {
 103           case Triangulation:
 104             intersector=new PolyhedronIntersectorP0P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 105             break;
 106           case PointLocator:
 107             intersector=new PointLocator3DIntersectorP0P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 108             break;
 109           default:
 110             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P0P0 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 111           }
 112       }
 113     else if(methC=="P0P1")
 114       {
 115         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 116           {
 117           case Triangulation:
 118             intersector=new PolyhedronIntersectorP0P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 119             break;
 120           case PointLocator:
 121             intersector=new PointLocator3DIntersectorP0P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 122             break;
 123           default:
 124             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P0P1 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 125           }
 126       }
 127     else if(methC=="P1P0")
 128       {
 129         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 130           {
 131           case Triangulation:
 132             intersector=new PolyhedronIntersectorP1P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 133             break;
 134           case PointLocator:
 135             intersector=new PointLocator3DIntersectorP1P0<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 136             break;
 137           case Barycentric:
 138             intersector=new PolyhedronIntersectorP1P0Bary<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 139             break;
 140           default:
 141             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P1P0 interp specified : must be Triangle, PointLocator or Barycentric.");
 142           }
 143       }
 144     else if(methC=="P1P1")
 145       {
 146         switch(InterpolationOptions::getIntersectionType())
 147           {
 148           case Triangulation:
 149             intersector=new PolyhedronIntersectorP1P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getSplittingPolicy());
 150             break;
 151           case PointLocator:
 152             intersector=new PointLocator3DIntersectorP1P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 153             break;
 154           case Barycentric:
 155             intersector=new Barycentric3DIntersectorP1P1<MyMeshType,MatrixType>(targetMesh, srcMesh, getPrecision());
 156             break;
 157           default:
 158             throw INTERP_KERNEL::Exception("Invalid 3D intersection type for P1P1 interp specified : must be Triangle or PointLocator.");
 159           }
 160       }
 161     else
 162       throw Exception("Invalid method choosed must be in \"P0P0\", \"P0P1\", \"P1P0\" or \"P1P1\".");
 163     // create empty maps for all source elements
 164     result.resize(intersector->getNumberOfRowsOfResMatrix());
 165
 166 #ifdef USE_RECURSIVE_BBOX_FILTER
 167
 168     /*
 169      * Performs a depth-first search over srcMesh, using bounding boxes to recursively eliminate the elements of targetMesh
 170      * which cannot intersect smaller and smaller regions of srcMesh. At each level, each region is divided in two, forming
 171      * a binary search tree with leaves consisting of only one element of the source mesh together with the elements of the
 172      * target mesh that can intersect it. The recursion is implemented with a stack of RegionNodes, each one containing a
 173      * source region and a target region. Each region has an associated bounding box and a vector of pointers to the elements
 174      * that belong to it. Each MeshElement contains a bounding box and the global number of the corresponding element in the mesh.
 175      */
 176
 177     // create initial RegionNode and fill up its source region with all the source mesh elements and
 178     // its target region with all the target mesh elements whose bounding box
 179     // intersects that of the source region
 180
 181     RegionNode<ConnType>* firstNode = new RegionNode<ConnType>();
 182
 183     MeshRegion<ConnType>& srcRegion = firstNode->getSrcRegion();
 184
 185     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
 186       {
 187         srcRegion.addElement(srcElems[i], srcMesh);
 188       }
 189
 190     MeshRegion<ConnType>& targetRegion = firstNode->getTargetRegion();
 191
 192     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
 193       {
 194         if(!srcRegion.isDisjointWithElementBoundingBox( *(targetElems[i]) ))
 195           {
 196             targetRegion.addElement(targetElems[i], targetMesh);
 197           }
 198       }
 199
 200     // Using a stack, descend recursively, creating at each step two new RegionNodes having as source region the left and
 201     // right part of the source region of the current node (created using MeshRegion::split()) and as target region all the
 202     // elements of the target mesh whose bounding box intersects the corresponding part
 203     // Continue until the source region contains only one element, at which point the intersection volumes are
 204     // calculated with all the remaining target mesh elements and stored in the matrix if they are non-zero.
 205
 206     std::stack< RegionNode<ConnType>* > nodes;
 207     nodes.push(firstNode);
 208
 209     while(!nodes.empty())
 210       {
 211         RegionNode<ConnType>* currNode = nodes.top();
 212         nodes.pop();
 213         LOG(4, "Popping node ");
 214
 215         if(currNode->getTargetRegion().getNumberOfElements() == 1)
 216           {
 217             // calculate volumes
 218             LOG(4, " - One element");
 219
 220             MeshElement<ConnType>* targetElement = *(currNode->getTargetRegion().getBeginElements());
 221             std::vector<ConnType> intersectElems;
 222             for(typename std::vector< MeshElement<ConnType>* >::const_iterator iter = currNode->getSrcRegion().getBeginElements();iter != currNode->getSrcRegion().getEndElements();++iter)
 223               intersectElems.push_back((*iter)->getIndex());
 224             intersector->intersectCells(targetElement->getIndex(),intersectElems,result);
 225           }
 226         else // recursion
 227           {
 228
 229             LOG(4, " - Recursion");
 230
 231             RegionNode<ConnType>* leftNode = new RegionNode<ConnType>();
 232             RegionNode<ConnType>* rightNode = new RegionNode<ConnType>();
 233
 234             // split current source region
 235             //} decide on axis
 236             static BoundingBox::BoxCoord axis = BoundingBox::XMAX;
 237
 238             currNode->getTargetRegion().split(leftNode->getTargetRegion(), rightNode->getTargetRegion(), axis, targetMesh);
 239
 240             LOG(5, "After split, left target region has " << leftNode->getTargetRegion().getNumberOfElements()
 241                 << " elements and right target region has " << rightNode->getTargetRegion().getNumberOfElements()
 242                 << " elements");
 243
 244             // ugly hack to avoid problem with enum which does not start at 0
 245             // I guess I ought to implement ++ for it instead ...
 246             // Anyway, it basically chooses the next axis, cyclically
 247             axis = (axis != BoundingBox::ZMAX) ? static_cast<BoundingBox::BoxCoord>(axis + 1) : BoundingBox::XMAX;
 248
 249             // add source elements of current node that overlap the target regions of the new nodes
 250             LOG(5, " -- Adding source elements");
 251             int numLeftElements = 0;
 252             int numRightElements = 0;
 253             for(typename std::vector<MeshElement<ConnType>*>::const_iterator iter = currNode->getSrcRegion().getBeginElements() ;
 254                 iter != currNode->getSrcRegion().getEndElements() ; ++iter)
 255               {
 256                 LOG(6, " --- New target node");
 257
 258                 if(!leftNode->getTargetRegion().isDisjointWithElementBoundingBox(**iter))
 259                   {
 260                     leftNode->getSrcRegion().addElement(*iter, srcMesh);
 261                     ++numLeftElements;
 262                   }
 263
 264                 if(!rightNode->getTargetRegion().isDisjointWithElementBoundingBox(**iter))
 265                   {
 266                     rightNode->getSrcRegion().addElement(*iter, srcMesh);
 267                     ++numRightElements;
 268                   }
 269
 270               }
 271
 272             LOG(5, "Left src region has " << numLeftElements << " elements and right src region has "
 273                 << numRightElements << " elements");
 274
 275             // push new nodes on stack
 276             if(numLeftElements != 0)
 277               {
 278                 nodes.push(leftNode);
 279               }
 280             else
 281               {
 282                 delete leftNode;
 283               }
 284
 285             if(numRightElements != 0)
 286               {
 287                 nodes.push(rightNode);
 288               }
 289             else
 290               {
 291                 delete rightNode;
 292               }
 293           }
 294
 295         // all nodes are deleted here
 296         delete currNode;
 297
 298         LOG(4, "Next iteration. Nodes left : " << nodes.size());
 299       }
 300
 301 #else // Use BBTree
 302
 303       // create BBTree structure
 304       // - get bounding boxes
 305     double* bboxes = new double[6 * numSrcElems];
 306     int* srcElemIdx = new int[numSrcElems];
 307     for(unsigned long i = 0; i < numSrcElems ; ++i)
 308       {
 309         // get source bboxes in right order
 310         const BoundingBox* box = srcElems[i]->getBoundingBox();
 311         bboxes[6*i+0] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMIN);
 312         bboxes[6*i+1] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMAX);
 313         bboxes[6*i+2] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMIN);
 314         bboxes[6*i+3] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMAX);
 315         bboxes[6*i+4] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMIN);
 316         bboxes[6*i+5] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMAX);
 317
 318         // source indices have to begin with zero for BBox, I think
 319         srcElemIdx[i] = srcElems[i]->getIndex();
 320       }
 321
 322     BBTree<3,ConnType> tree(bboxes, srcElemIdx, 0, numSrcElems);
 323
 324     // for each target element, get source elements with which to calculate intersection
 325     // - calculate intersection by calling intersectCells
 326     for(unsigned long i = 0; i < numTargetElems; ++i)
 327       {
 328         const BoundingBox* box = targetElems[i]->getBoundingBox();
 329         const int targetIdx = targetElems[i]->getIndex();
 330
 331         // get target bbox in right order
 332         double targetBox[6];
 333         targetBox[0] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMIN);
 334         targetBox[1] = box->getCoordinate(BoundingBox::XMAX);
 335         targetBox[2] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMIN);
 336         targetBox[3] = box->getCoordinate(BoundingBox::YMAX);
 337         targetBox[4] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMIN);
 338         targetBox[5] = box->getCoordinate(BoundingBox::ZMAX);
 339
 340         std::vector<ConnType> intersectElems;
 341
 342         tree.getIntersectingElems(targetBox, intersectElems);
 343
 344         if ( !intersectElems.empty() )
 345           intersector->intersectCells(targetIdx,intersectElems,result);
 346       }
 347
 348     delete [] bboxes;
 349     delete [] srcElemIdx;
 350
 351 #endif
 352     // free allocated memory
 353     int ret=intersector->getNumberOfColsOfResMatrix();
 354
 355     delete intersector;
 356
 357     for(unsigned long i = 0 ; i < numSrcElems ; ++i)
 358       {
 359         delete srcElems[i];
 360       }
 361     for(unsigned long i = 0 ; i < numTargetElems ; ++i)
 362       {
 363         delete targetElems[i];
 364       }
 365     return ret;
 366
 367   }
 368 }
 369
 370 #endif