Salome HOME
Merge from V6_main 15/03/2013
[tools/medcoupling.git] / doc / doxygen / interpkernel.dox
index deba6a46106227b883f41eee0f910f8a9d48cb96..b0c92bd8548562a3c28a4d05d4da189a4cd73da5 100644 (file)
 /*!
-\page interpkernel Interpolation kernel toolkit
+\page interpkernel Interpolation kernel
 
 \section InterpKerIntro Introduction
 
 The main purpose of this module is to propose a set of algorithms for
-mesh interpolation \b fully \b independant \b of \b mesh \b datastructure to
+mesh interpolation \b fully \b independant \b of \b the \b mesh \b datastructure to
 support several type of format. This component is parameterized as
 much as possible using C++ templates.
 For the moment only interpolators for unstructured meshes are present in
-%interpolation kernel.
-
-\section InterpKerTheory Theory of interpolation
-
-\subsection InterpKerPerfOverl Mesh overlapping
-
-When interpolation is performed between a source mesh S and a target
-mesh T the aspect of overlapping is important. In fact if any cell of
-of S is fully overlapped by cells of T and inversely any cell of T is
-fully overlapped by cells of S the meshes S and T are said \b
-coincidant and some general formulae in next sub section are simpler.
-As far as possible in the next sub sections the formulae for
-coincidant and non-coincidant meshes will be given.
-
-\subsection InterpKerRemapGlobal Global conservative remapping
-
-For fields with polynomial representation on each cell, the components of the discretized field  \f$ \phi_s \f$ on the source side can be expressed as linear combinations of the components of the discretized field \f$ \phi_t \f$ on the target side, in terms of a matrix-vector product : 
-
-\f[
- \phi_t=W.\phi_s.
-\f]
-
-All the aim of interpolators is to compute W depending on a physical
-quantities and the type of interpolation wanted (P0, P1, P1d etc...).
-
-For the \b intensive \b field \f$ \phi \f$ from the
-source mesh \f$ S \f$ to the target mesh \f$ T \f$ the interpolation should preserve the
-integral of \f$ \phi \f$ on any domain. At the discrete level, for any
-target cell \f$ T_i \f$, the following \b general \b interpolation \b
-equation \anchor InterpKerGenralEq has to
-be always verified :
-
-\f[
-\int_{T_i} \phi = \sum_{S_j\cap T_i \neq \emptyset} \int_{T_i\cap S_j} \phi. 
-\f]
-
-To compute \f$ W_{ij} \f$
-this equation is used. The evaluation of integrals depends on the source and target meshes and on the nature of interpolation chosen : P0, P1, P1d etc... For the moment it is only possible to
-remap fields with P0 representations.
-
-\subsection InterpKerRemapInt Conservative remapping of intensive physical quantities
-
-At the basis of many CFD numerical schemes is the fact that physical
-quantities such as density, momentum per unit volume or energy per
-unit volume obey some balance laws that should be preserved at the
-discrete level on every cell. This property is critical for example to
-accurately capture shockwaves. 
-
-\subsection InterpKerP0P0Int cell-cell (P0->P0) conservative remapping of intensive physical quantities
-
-In the \ref InterpKerGenralEq "general interpolation equation" the
-left hand side becomes :
-
-\f[
-\int_{T_i} \phi = (\sum_{S_j} Vol(T_i\cap S_j)).\phi_{T_i}. 
-\f]
-
-\note \f$ \sum_{S_j} Vol(T_i\cap S_j) = Vol(T_i) \f$ \ref InterpKerPerfOverl "in case of perfect overlapping".
-
-In the \ref InterpKerGenralEq "general interpolation equation" the
-right hand side becomes :
-
-\f[
-\sum_{S_j\cap T_i \neq \emptyset} \int_{T_i\cap S_j} \phi = \sum_{S_j\cap T_i \neq \emptyset} {Vol(T_i\cap S_j)}.\phi_{S_j}. 
-\f]
-
-In the case where the \b intensive field values are constant on each
-cell, the coefficients of the linear remapping matrix \f$ W \f$ are
-given by the formula :
-
-\f[
- W_{ij}=\frac{Vol(T_i\cap S_j)}{ \sum_{S_j} Vol(T_i\cap S_j) }. 
-\f]
-
-and \ref InterpKerPerfOverl "in case of perfect overlapping" :
-
-\f[
- W_{ij}=\frac{Vol(T_i\cap S_j)}{ Vol(T_i) }. 
-\f]
-
-Where Vol represents the volume with mesh dimension of interpolation equals to 3, the
-area when mesh dimension equals to 2, and length when mesh dimension equals to 1.
-
-\subsection InterpKerRemapExt Conservative remapping of extensive physical quantities
-
-In code coupling from neutronics to hydraulic code \b extensive field
-of power is exchanged and the all power as to be kept the same. The
-principle is to 'intensify' the field to move on from extensive field
-\e P to an intensive one \f$ \phi \f$.
-
-\subsection InterpKerP0P0Ext cell-cell (P0->P0) conservative remapping of extensive physical quantities
-
-In the \ref InterpKerGenralEq "general interpolation equation" the
-left hand side becomes :
-
-\f[
-\int_{T_i} \phi = P_{T_i}. 
-\f]
-
-In the \ref InterpKerGenralEq "general interpolation equation" the
-right hand side becomes :
-
-\f[
-\sum_{S_j\cap T_i \neq \emptyset} \int_{T_i\cap S_j} \phi =
-\sum_{S_j\cap T_i \neq \emptyset} \frac{Vol(T_i\cap S_j)}{\sum_{T_i} Vol(T_i \cap S_j)}.P_{S_j}.
-\f]
-
-\note \f$ \sum_{T_i} Vol(T_i \cap S_j) = Vol(S_j) \f$ \ref InterpKerPerfOverl "in case of perfect overlapping".
-
-In the case where the \b extensive field values are constant on each
-cell, the coefficients of the linear remapping matrix \f$ W \f$ are
-given by the formula :
-
-\f[
- W_{ij}=\frac{Vol(T_i\cap S_j)}{ \sum_{T_i} Vol(T_i \cap S_j) }. 
-\f]
-
-and \ref InterpKerPerfOverl "in case of perfect overlapping" :
-
-\f[
- W_{ij}=\frac{Vol(T_i\cap S_j)}{ Vol(S_j) }. 
-\f]
+the %interpolation kernel.
 
 \section InterpKerMainArchitecture Main architecture of interpolation kernel.
 
-In %interpolation kernel, the algorithm that computes \f$ W_{ij} \f$ given cell i
-in source mesh and cell j in target mesh is called intersector.
+In the %interpolation kernel, algorithms that computes the intersection \f$ T_i\cap S_j\f$ given the locations and geometries of source cell \f$ S_j \f$
+and target cell \f$ T_i \f$ are called \ref InterpKerIntersectors.
 
-As seen in \ref InterpKerTheory "the theory of interpolation", for all interpolation the aim is to
-fill the W matrix (which is generally a sparse matrix). Fundamatally for each pair (i,j) \f$ W_{ij} \f$ is obtained
-by calling each time the wanted intersector. The problem is that each call to algorithm
+As can be seen in \ref ConsInterp "the theory of interpolation", all the proposed interpolators aim at
+filling the interpolation matrix W (which is generally sparse). For each pair (i,j), \f$ W_{ij} \f$ is obtained
+by calling the desired intersector. The problem is that each call to this algorithm
 is CPU-expensive.
-To reduce the computation time a first filtering is done to found a
-maximim of (i,j) pairs where \f$ W_{ij} \f$ is obviously equal to 0. Typically it
-is the case when a cell in source mesh is too far from an another cell
-in target mesh each other.
+To reduce the computational time, a first filtering is done to detect
+pairs (i,j) \f$ W_{ij} \f$ is obviously equal to 0. It is typically the case when a cell in the source mesh 
+is too far from an another cell in the target mesh each.
 
 So for a given type of interpolation, the computation of W is
 performed in two steps :
 
-      -# A filtering process reduces the number of pairs of
-      elements for which the calculation must be carried out by
-      eliminating pairs that do not intersect through a comparison of
-      their bounding boxes. It reduces as much as possible call to intersector.
-      -# For all remaining pairs calling for each intersector (see \ref interpolation2D, \ref interpolation3Dsurf or \ref interpolation3D).
+-# A filtering process reduces the number of pairs of elements for which the calculation must be carried out by
+   eliminating the pairs whose bounding boxes do not intersect.
+-# For all remaining pairs calling for each intersector (click here for the available \ref InterpKerIntersectors).
 
-Each interpolator inherits from INTERP_KERNEL::Interpolation ( whatever
-its dimension and its type ) that is a
-CRTP class in order to clearly see the main API without useless CPU cost.
+Whatever its dimension and type, each interpolator inherits from INTERP_KERNEL::Interpolation which is a
+template (CRTP) class than enable an easy access to the main API without useless CPU cost.
 
 \subsection InterpKerMeshType class MeshType
 
 Each Interpolators and Intersectors are parameterized (templated in
 C++ langage) with \c class \c MeshType . This type of generalization
 has been chosen to reduce at maximum overhead. \n
-Thanks to this principle \b intersectors \b and \b interpolators \b are \b usable
-\b with \b several \b formats \b without \b preformance \b loss. For example MED, VTK...\n
+Thanks to this principle intersectors and interpolators are usable
+with \bseveral \b mesh \b formats such as \c MED or \c VTK, \b without \b preformance \b loss.
 \c MeshType is a concept that should strictly fulfilled the following
 rules :
 
-      - Const values / Types
-        - MyConnType : represents type of connectivity index. This is typically \c int or \c long \c int .
-        - MY_SPACEDIM : space dimension. Dimension relative to coordinates.
-        - MY_MESHDIM : the dimension of all cells in meshes.
-        - My_numPol : policy of numbering. C Format ( \f$ [0,n-1] \f$ ) or FORTRAN ( \f$ [1,n] \f$ ).
-      - Methods
-        -# \code void getBoundingBox(double *boundingBox) const \endcode
-        -# \code INTERP_KERNEL::NormalizedCellType getTypeOfElement(MyConnType eltId) const \endcode
-        -# \code unsigned char getNumberOfNodesOfElement(MyConnType eltId) const \endcode
-        -# \code unsigned long getNumberOfNodes() const \endcode
-        -# \code unsigned long getNumberOfElements() const \endcode
-        -# \code const MyConnType *getConnectivityPtr() const \endcode
-        -# \code const double *getCoordinatesPtr() const \endcode
-        -# \code const MyConnType *getConnectivityIndexPtr() const \endcode
-        -# \code void ReleaseTempArrays() \endcode
-      - Formats of arrays
-        - the array returned by \c getCoordinatesPtr must be a \b full \b interlace array.
-        - the arrays returned by \c getConnectivityPtr and \c
-        - getConnectivityIndexPtr must be with the same principle as it is in \ref medmemConnArrays "medmem". Of course the numbering format may change according to \a My_numPol policy.
-
-\note The arrays formats of connectivity is kept close to MED. It is
-close to VTK too but slightly different. So it needs VTK side a copy
-on wrap. To avoid this copy of a part of connectivity structure, iterator should be used.
+- Const values / Types
+  - MyConnType : represents type of connectivity index. This is typically \c int or \c long \c int .
+  - MY_SPACEDIM : space dimension. Dimension relative to coordinates.
+  - MY_MESHDIM : the dimension of all cells in meshes.
+  - My_numPol : policy of numbering. C Format ( \f$ [0,n-1] \f$ ) or FORTRAN ( \f$ [1,n] \f$ ).
+- Methods
+  -# \code void getBoundingBox(double *boundingBox) const \endcode
+  -# \code INTERP_KERNEL::NormalizedCellType getTypeOfElement(MyConnType eltId) const \endcode
+  -# \code unsigned char getNumberOfNodesOfElement(MyConnType eltId) const \endcode
+  -# \code unsigned long getNumberOfNodes() const \endcode
+  -# \code unsigned long getNumberOfElements() const \endcode
+  -# \code const MyConnType *getConnectivityPtr() const \endcode
+  -# \code const double *getCoordinatesPtr() const \endcode
+  -# \code const MyConnType *getConnectivityIndexPtr() const \endcode
+  -# \code void releaseTempArrays() \endcode
+- Formats of arrays
+  - the array returned by \c getCoordinatesPtr must be a \b full \b interlace array.
+  - the arrays returned by \c getConnectivityPtr and \c getConnectivityIndexPtr must be with the same principle as it is in \ref medmemConnArrays "medmem". Of course the numbering format may change according to \a My_numPol policy.
+
+Note that the array format for connectivity is kept close to MED. It is
+close to VTK format too but slightly different. So it may require for the VTK side a copy
+on wrap. To avoid this copy of a part of the connectivity structure, an iterator should be used.
 
 \subsection InterpKerMatrixType class MatrixType
 
 As already said, the matrix returned by interpolator is typically a sparse matrix. Instances of
-\c class \c MatrixType are used to stores these results of
-interpolation. To be able to be filled by the interpolator the \c MatrixType class has to match the following concept :
-
-      - Methods
-        -# \code void resize(uint nbrows) \endcode
-        -# \code Row &operator [] (uint irow) \endcode
-
-\c class \c Row has to match at least following concept :
-
-      - Methods
-        - \code void insert(const std::pair<int,T>& myPair) \endcode
-
-\note \c std::vector\c < \c std::map<int,double> > is a candidate for
-\c MatrixType.
-
-\section InterpKerGenUsage Usage of interpolation kernel.
-
-\subsection InterpKerHighLevUsage high-level usage
-
-This the simplest mode of usage of interpolator. This way is strongly
-linked with MED data-structure. All interpolators is completely hidden
-to you. Even sparse interpolation matrix is hidden. An exemple of
-usage :
-
-\code
-...
-std::string sourceFileName("source.med");
-MEDMEM::MESH med_source_mesh(MED_DRIVER,sourceFileName,"Source_Mesh");
-std::string targetFileName("target.med");
-MEDMEM::MESH med_target_mesh(MED_DRIVER,targetFileName,"Target_Mesh");
-FIELD<double> sourceField(MED_DRIVER,sourceFileName,"Density",0,0);
-FIELD<double> targetField;
-Remapper mapper;
-mapper.prepare(med_source_mesh,med_target_mesh);
-mapper.transfer(sourceField,targetField);
-//use targetField
-...
-\endcode
-
-\subsection InterpKerMidLevUsage middle-level usage
-
-This mode is the mode that needs the minimum of prerequisites
-(algorithms and the datastructure you intend to use). On the other
-hand it is needed to specify precisely nature of interpolator.
-
-As consequence of genericity of interpolators,  they are usable only by
-instanciating an underneath mesh data structure. The two following
-examples show how to use interpolator at this level.
+\c class \c MatrixType are used to store the resulting interpolation matrix. To be able to be filled by the interpolator the \c MatrixType class has to match the following concept :
 
-- The simplest way to use the interpolator with MED datastructure is :
+- Methods
+  -# \code void resize(uint nbrows) \endcode
+  -# \code Row &operator [] (uint irow) \endcode
 
-\code
-...
-std::string sourceFileName("source.med");
-MEDMEM::MESH med_source_mesh(MED_DRIVER,sourceFileName,"Source_Mesh");
-std::string targetFileName("target.med");
-MEDMEM::MESH med_target_mesh(MED_DRIVER,targetFileName,"Target_Mesh");
-// Ok at this point we have our mesh in MED-Memory format.
-// Go to wrap med_source_mesh and med_target_mesh.
-MEDNormalizedUnstructuredMesh<2,2> wrap_source_mesh(&med_source_mesh);
-MEDNormalizedUnstructuredMesh<2,2> wrap_target_mesh(&med_target_mesh);
-// Go for interpolation...
-INTERP_KERNEL::Interpolation2D myInterpolator;
-//optionnal call to parametrize your interpolation. First precision, tracelevel, intersector wanted.
-myInterpolator.setOptions(1e-7,0,Geometric2D);
-INTERP_KERNEL::Matrix<double,ALL_FORTRAN_MODE> resultMatrix;
-myInterpolator.interpolateMeshes(wrap_source_mesh,wrap_target_mesh,resultMatrix,"P0P0");
-//Ok let's multiply resultMatrix by source field to interpolate to target field.
-resultMatrix.multiply(...)
-...
-\endcode
+\c class \c Row has to match at least the following concept :
 
-- Same with VTK datastructure :
+- Methods
+  - \code void insert(const std::pair<int,T>& myPair) \endcode
 
-\code
-...
-vtkXMLUnstructuredGridReader *readerSource=vtkXMLUnstructuredGridReader::New();
-readerSource->SetFileName("source.vtu");
-vtkUnstructuredGrid *vtk_source_mesh=readerSource->GetOutput();
-readerSource->Update();
-vtkXMLUnstructuredGridReader *readerTarget=vtkXMLUnstructuredGridReader::New();
-readerTarget->SetFileName("target.vtu");
-vtkUnstructuredGrid *vtk_target_mesh=readerTarget->GetOutput();
-readerTarget->Update();
-// Ok at this point we have our mesh in VTK format.
-// Go to wrap vtk_source_mesh and vtk_target_mesh.
-VTKNormalizedUnstructuredMesh<2> wrap_source_mesh(vtk_source_mesh);
-VTKNormalizedUnstructuredMesh<2> wrap_target_mesh(vtk_target_mesh);
-// Go for interpolation...
-INTERP_KERNEL::Interpolation2D myInterpolator;
-//optionnal call to parametrize your interpolation. First precision, tracelevel, intersector wanted.
-myInterpolator.setOptions(1e-7,0,Geometric2D);
-INTERP_KERNEL::Matrix<double,ALL_C_MODE> resultMatrix;
-myInterpolator.interpolateMeshes(wrap_source_mesh,wrap_target_mesh,resultMatrix,"P0P0");
-//Ok let's multiply resultMatrix by source field to interpolate to target field.
-resultMatrix.multiply(...)
-//clean-up
-readerSource->Delete();
-readerTarget->Delete();
-...
-\endcode
+Note that \c std::vector\c < \c std::map<int,double> > is a candidate for \c MatrixType.
 
-*/
+*/
\ No newline at end of file