Salome HOME
Update copyrights
[modules/smesh.git] / src / MEDWrapper / MED_GaussDef.cxx
1 // Copyright (C) 2007-2019  CEA/DEN, EDF R&D, OPEN CASCADE
2 //
3 // This library is free software; you can redistribute it and/or
4 // modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
5 // License as published by the Free Software Foundation; either
6 // version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
7 //
8 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
9 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
10 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
11 // Lesser General Public License for more details.
12 //
13 // You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
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
20 #include "MED_GaussDef.hxx"
21 #include "MED_Utilities.hxx"
22 #include "MED_GaussUtils.hxx"
23
24 namespace MED
25 {
26   //---------------------------------------------------------------
27
28   void TGaussDef::add(const double x, const double weight)
29   {
30     if ( dim() != 1 )
31       EXCEPTION( std::logic_error,"dim() != 1");
32     if ( myWeights.capacity() == myWeights.size() )
33       EXCEPTION( std::logic_error,"Extra gauss point");
34     myCoords.push_back( x );
35     myWeights.push_back( weight );
36   }
37   void TGaussDef::add(const double x, const double y, const double weight)
38   {
39     if ( dim() != 2 )
40       EXCEPTION( std::logic_error,"dim() != 2");
41     if ( myWeights.capacity() == myWeights.size() )
42       EXCEPTION( std::logic_error,"Extra gauss point");
43     myCoords.push_back( x );
44     myCoords.push_back( y );
45     myWeights.push_back( weight );
46   }
47   void TGaussDef::add(const double x, const double y, const double z, const double weight)
48   {
49     if ( dim() != 3 )
50       EXCEPTION( std::logic_error,"dim() != 3");
51     if ( myWeights.capacity() == myWeights.size() )
52       EXCEPTION( std::logic_error,"Extra gauss point");
53     myCoords.push_back( x );
54     myCoords.push_back( y );
55     myCoords.push_back( z );
56     myWeights.push_back( weight );
57   }
58   void TGaussDef::setRefCoords(const TShapeFun& aShapeFun)
59   {
60     myRefCoords.reserve( aShapeFun.myRefCoord.size() );
61     myRefCoords.assign( aShapeFun.myRefCoord.begin(),
62                         aShapeFun.myRefCoord.end() );
63   }
64
65   //---------------------------------------------------------------
66   /*!
67    * \brief Fill definition of gauss points family
68    */
69   //---------------------------------------------------------------
70
71   TGaussDef::TGaussDef(const int geom, const int nbGauss, const int variant)
72   {
73     myType = geom;
74     myCoords .reserve( nbGauss * dim() );
75     myWeights.reserve( nbGauss );
76
77     switch ( geom ) {
78
79     case eSEG2:
80     case eSEG3:
81       if (geom == eSEG2) setRefCoords( TSeg2a() );
82       else               setRefCoords( TSeg3a() );
83       switch ( nbGauss ) {
84       case 1: {
85         add( 0.0, 2.0 ); break;
86       }
87       case 2: {
88         const double a = 0.577350269189626;
89         add(  a,  1.0 );
90         add( -a,  1.0 ); break;
91       }
92       case 3: {
93         const double a = 0.774596669241;
94         const double P1 = 1./1.8;
95         const double P2 = 1./1.125;
96         add( -a,  P1 );
97         add(  0,  P2 );
98         add(  a,  P1 ); break;
99       }
100       case 4: {
101         const double a  = 0.339981043584856, b  = 0.861136311594053;
102         const double P1 = 0.652145154862546, P2 = 0.347854845137454 ;
103         add(  a,  P1 );
104         add( -a,  P1 );
105         add(  b,  P2 );
106         add( -b,  P2 ); break;
107       }
108       default:
109         EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for SEG"<<nbGauss);
110       }
111       break;
112
113     case eTRIA3:
114     case eTRIA6:
115       if ( variant == 1 ) {
116         if (geom == eTRIA3) setRefCoords( TTria3b() );
117         else                setRefCoords( TTria6b() );
118         switch ( nbGauss ) {
119         case 1: { // FPG1
120           add( 1/3., 1/3., 1/2. ); break;
121         }
122         case 3: { // FPG3
123           // what about COT3 ???
124           add( 1/6., 1/6., 1/6. );
125           add( 2/3., 1/6., 1/6. );
126           add( 1/6., 2/3., 1/6. ); break;
127         }
128         case 4: { // FPG4
129           add( 1/5., 1/5.,  25/(24*4.) );
130           add( 3/5., 1/5.,  25/(24*4.) );
131           add( 1/5., 3/5.,  25/(24*4.) );
132           add( 1/3., 1/3., -27/(24*4.) ); break;
133         }
134         case 6: { // FPG6
135           const double P1 = 0.11169079483905, P2 = 0.0549758718227661;
136           const double a  = 0.445948490915965, b = 0.091576213509771;
137           add(     b,     b, P2 );
138           add( 1-2*b,     b, P2 );
139           add(     b, 1-2*b, P2 );
140           add(     a, 1-2*a, P1 );
141           add(     a,     a, P1 );
142           add( 1-2*a,     a, P1 ); break;
143         }
144         case 7: { // FPG7
145           const double A  = 0.470142064105115;
146           const double B  = 0.101286507323456;
147           const double P1 = 0.066197076394253;
148           const double P2 = 0.062969590272413;
149           add(  1/3.,  1/3., 9/80. );
150           add(     A,     A, P1 );
151           add( 1-2*A,     A, P1 );
152           add(     A, 1-2*A, P1 );
153           add(     B,     B, P2 );
154           add( 1-2*B,     B, P2 );
155           add(     B, 1-2*B, P2 ); break;
156         }
157         case 12: { // FPG12
158           const double A  = 0.063089014491502;
159           const double B  = 0.249286745170910;
160           const double C  = 0.310352451033785;
161           const double D  = 0.053145049844816;
162           const double P1 = 0.025422453185103;
163           const double P2 = 0.058393137863189;
164           const double P3 = 0.041425537809187;
165           add(     A,     A, P1 );
166           add( 1-2*A,     A, P1 );
167           add(     A, 1-2*A, P1 );
168           add(     B,     B, P2 );
169           add( 1-2*B,     B, P2 );
170           add(     B, 1-2*B, P2 );
171           add(     C,     D, P3 );
172           add(     D,     C, P3 );
173           add( 1-C-D,     C, P3 );
174           add( 1-C-D,     D, P3 );
175           add(     C, 1-C-D, P3 );
176           add(     D, 1-C-D, P3 ); break;
177         }
178         default:
179           EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for TRIA, variant 1: "
180                      <<nbGauss);
181         }
182       }
183       else if ( variant == 2 ) {
184         if (geom == eTRIA3) setRefCoords( TTria3a() );
185         else                setRefCoords( TTria6a() );
186         switch ( nbGauss ) {
187         case 1: {
188           add( -1/3., -1/3., 2. ); break;
189         }
190         case 3: {
191           add( -2/3.,  1/3., 2/3. );
192           add( -2/3., -2/3., 2/3. );
193           add(  1/3., -2/3., 2/3. ); break;
194         }
195         case 6: {
196           const double P1 = 0.11169079483905, P2 = 0.0549758718227661;
197           const double A  = 0.445948490915965, B = 0.091576213509771;
198           add( 2*B-1, 1-4*B, 4*P2 );
199           add( 2*B-1, 2*B-1, 4*P2 );
200           add( 1-4*B, 2*B-1, 4*P2 );
201           add( 1-4*A, 2*A-1, 4*P1 );
202           add( 2*A-1, 1-4*A, 4*P1 );
203           add( 2*A-1, 2*A-1, 4*P1 ); break;
204         }
205         default:
206           EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for TRIA, variant 2: "
207                      <<nbGauss);
208         }
209       }
210       else if ( variant == 3 ) {
211         if (geom == eTRIA3) setRefCoords( TTria3b() );
212         else                setRefCoords( TTria6b() );
213         switch ( nbGauss ) {
214         case 4: {
215           add( 1/3., 1/3., -27/96 );
216           add( 0.2 , 0.2 ,  25/96 );
217           add( 0.6 , 0.2 ,  25/96 );
218           add( 0.2 , 0.6 ,  25/96 ); break;
219         }
220         default:
221           EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for TRIA, variant 3: "
222                      <<nbGauss);
223         }
224       }
225       break;
226
227     case eQUAD4:
228     case eQUAD8:
229       if ( variant == 1 ) {
230         if (geom == eQUAD4) setRefCoords( TQuad4b() );
231         else                setRefCoords( TQuad8b() );
232         switch ( nbGauss ) {
233         case 1: { // FPG1
234           add(  0,  0,  4 ); break;
235         }
236         case 4: { // FPG4
237           const double a = 1/sqrt(3.);
238           add( -a, -a,  1 );
239           add(  a, -a,  1 );
240           add(  a,  a,  1 );
241           add( -a,  a,  1 ); break;
242         }
243         case 9: { // FPG9
244           const double a = 0.774596669241483;
245           add( -a, -a,  25/81. );
246           add(  a, -a,  25/81. );
247           add(  a,  a,  25/81. );
248           add( -a,  a,  25/81. );
249           add( 0., -a,  40/81. );
250           add(  a, 0.,  40/81. );
251           add( 0.,  a,  40/81. );
252           add( -a, 0.,  40/81. );
253           add( 0., 0.,  64/81. ); break;
254         }
255         default:
256           EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for QUAD, variant 1: "
257                      <<nbGauss);
258         }
259       }
260       else if ( variant == 2 ) {
261         if (geom == eQUAD4) setRefCoords( TQuad4a() );
262         else                setRefCoords( TQuad8a() );
263         switch ( nbGauss ) {
264         case 4: {
265           const double a = 1/sqrt(3.);
266           add( -a,  a,  1 );
267           add( -a, -a,  1 );
268           add(  a, -a,  1 );
269           add(  a,  a,  1 ); break;
270         }
271         case 9: {
272           const double a = 0.774596669241483;
273           add( -a,  a,  25/81. );
274           add( -a, -a,  25/81. );
275           add(  a, -a,  25/81. );
276           add(  a,  a,  25/81. );
277           add( -a, 0.,  40/81. );
278           add( 0., -a,  40/81. );
279           add(  a, 0.,  40/81. );
280           add( 0.,  a,  40/81. );
281           add( 0., 0.,  64/81. ); break;
282         }
283         default:
284           EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for QUAD, variant 1: "
285                      <<nbGauss);
286         }
287       }
288       else if ( variant == 3 ) {
289         if (geom == eQUAD4) setRefCoords( TQuad4b() );
290         else                setRefCoords( TQuad8b() );
291         switch ( nbGauss ) {
292         case 4: {
293           const double a = 3/sqrt(3.);
294           add( -a, -a,  1 );
295           add( -a,  a,  1 );
296           add(  a, -a,  1 );
297           add(  a,  a,  1 ); break;
298         }
299         case 9: {
300           const double a = sqrt(3/5.), c1 = 5/9., c2 = 8/9.;
301           const double c12 = c1*c2, c22 = c2*c2, c1c2 = c1*c2;
302           add( -a, -a,  c12  );
303           add( -a, 0.,  c1c2 );
304           add( -a,  a,  c12  );
305           add( 0., -a,  c1c2 );
306           add( 0., 0.,  c22  );
307           add( 0.,  a,  c1c2 );
308           add(  a, -a,  c12  );
309           add(  a, 0.,  c1c2 );
310           add(  a,  a,  c12  ); break;
311         }
312         default:
313           EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for QUAD, variant 3: "
314                      <<nbGauss);
315         }
316       }
317       break;
318
319     case eTETRA4:
320     case eTETRA10:
321       if (geom == eTETRA4) setRefCoords( TTetra4a() );
322       else                 setRefCoords( TTetra10a() );
323       switch ( nbGauss ) {
324       case 4: { // FPG4
325         const double a = (5 - sqrt(5.))/20., b = (5 + 3*sqrt(5.))/20.;
326         add(  a,  a,  a,  1/24. );
327         add(  a,  a,  b,  1/24. );
328         add(  a,  b,  a,  1/24. );
329         add(  b,  a,  a,  1/24. ); break;
330       }
331       case 5: { // FPG5
332         const double a = 0.25, b = 1/6., c = 0.5;
333         add(  a,  a,  a, -2/15. );
334         add(  b,  b,  b,  3/40. );
335         add(  b,  b,  c,  3/40. );
336         add(  b,  c,  b,  3/40. );
337         add(  c,  b,  b,  3/40. ); break;
338       }
339       case 15: { // FPG15
340         const double a = 0.25;
341         const double b1 = (7 + sqrt(15.))/34., c1 = (13 + 3*sqrt(15.))/34., d = (5 - sqrt(15.))/20.;
342         const double b2 = (7 - sqrt(15.))/34., c2 = (13 - 3*sqrt(15.))/34., e = (5 + sqrt(15.))/20.;
343         const double P1 = (2665 - 14*sqrt(15.))/226800.;
344         const double P2 = (2665 + 14*sqrt(15.))/226800.;
345         add(  a,  a,  a,  8/405.);//_____
346         add( b1, b1, b1,  P1    );
347         add( b1, b1, c1,  P1    );
348         add( b1, c1, b1,  P1    );
349         add( c1, b1, b1,  P1    );//_____
350         add( b2, b2, b2,  P2    );
351         add( b2, b2, c2,  P2    );
352         add( b2, c2, b2,  P2    );
353         add( c2, b2, b2,  P2    );//_____
354         add(  d,  d,  e,  5/567.);
355         add(  d,  e,  d,  5/567.);
356         add(  e,  d,  d,  5/567.);
357         add(  d,  e,  e,  5/567.);
358         add(  e,  d,  e,  5/567.);
359         add(  e,  e,  d,  5/567.);
360         break;
361       }
362       default:
363         EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for TETRA: "<<nbGauss);
364       }
365       break;
366
367     case ePYRA5:
368     case ePYRA13:
369       if (geom == ePYRA5) setRefCoords( TPyra5a() );
370       else                setRefCoords( TPyra13a() );
371       switch ( nbGauss ) {
372       case 5: { // FPG5
373         const double h1 = 0.1531754163448146;
374         const double h2 = 0.6372983346207416;
375         add(  .5,  0.,  h1,  2/15. );
376         add(  0.,  .5,  h1,  2/15. );
377         add( -.5,  0.,  h1,  2/15. );
378         add(  0., -.5,  h1,  2/15. );
379         add(  0.,  0.,  h2,  2/15. ); break;
380       }
381       case 6: { // FPG6
382         const double p1 = 0.1024890634400000 ;
383         const double p2 = 0.1100000000000000 ;
384         const double p3 = 0.1467104129066667 ;
385         const double a  = 0.5702963741068025 ;
386         const double h1 = 0.1666666666666666 ;
387         const double h2 = 0.08063183038464675;
388         const double h3 = 0.6098484849057127 ;
389         add(  a, 0.,  h1,  p1 );
390         add( 0.,  a,  h1,  p1 );
391         add( -a, 0.,  h1,  p1 );
392         add( 0., -a,  h1,  p1 );
393         add( 0., 0.,  h2,  p2 );
394         add( 0., 0.,  h3,  p3 ); break;
395       }
396       case 27: { // FPG27
397         const double a1  = 0.788073483;
398         const double b6  = 0.499369002;
399         const double b1  = 0.848418011;
400         const double c8  = 0.478508449;
401         const double c1  = 0.652816472;
402         const double d12 = 0.032303742;
403         const double d1  = 1.106412899;
404         double z = 1/2., fz = b1/2*(1 - z);
405         add(  0.,  0.,   z,  a1 ); // 1
406         add(  fz,  fz,   z,  b6 ); // 2
407         add( -fz,  fz,   z,  b6 ); // 3
408         add( -fz, -fz,   z,  b6 ); // 4
409         add(  fz, -fz,   z,  b6 ); // 5
410         z = (1 - b1)/2.;
411         add(  0.,  0.,   z,  b6 ); // 6
412         z = (1 + b1)/2.;
413         add(  0.,  0.,   z,  b6 ); // 7
414         z = (1 - c1)/2.; fz = c1*(1 - z);
415         add(  fz,  0.,   z,  c8 ); // 8
416         add(  0.,  fz,   z,  c8 ); // 9
417         add( -fz,  0.,   z,  c8 ); // 10
418         add(  0., -fz,   z,  c8 ); // 11
419         z = (1 + c1)/2.; fz = c1*(1 - z);
420         add(  fz,  0.,   z,  c8 ); // 12
421         add(  0.,  fz,   z,  c8 ); // 13
422         add( -fz,  0.,   z,  c8 ); // 14
423         add(  0., -fz,   z,  c8 ); // 15
424         z = (1 - d1)/2., fz = d1/2*(1 - z);
425         add(  fz,  fz,   z,  d12); // 16
426         add( -fz,  fz,   z,  d12); // 17
427         add( -fz, -fz,   z,  d12); // 18
428         add(  fz, -fz,   z,  d12); // 19
429         z = 1/2.; fz = d1*(1 - z);
430         add(  fz,  0.,   z,  d12); // 20
431         add(  0.,  fz,   z,  d12); // 21
432         add( -fz,  0.,   z,  d12); // 22
433         add(  0., -fz,   z,  d12); // 23
434         z = (1 + d1)/2., fz = d1/2*(1 - z);
435         add(  fz,  fz,   z,  d12); // 24
436         add( -fz,  fz,   z,  d12); // 25
437         add( -fz, -fz,   z,  d12); // 26
438         add(  fz, -fz,   z,  d12); // 27
439         break;
440       }
441       default:
442         EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for PYRA: "<<nbGauss);
443       }
444       break;
445     case ePENTA6:
446     case ePENTA15:
447       if (geom == ePENTA6) setRefCoords( TPenta6a() );
448       else                 setRefCoords( TPenta15a() );
449       switch ( nbGauss ) {
450       case 6: { // FPG6
451         const double a = sqrt(3.)/3.;
452         add( -a, .5, .5,  1/6. );
453         add( -a, 0., .5,  1/6. );
454         add( -a, .5, 0.,  1/6. );
455         add(  a, .5, .5,  1/6. );
456         add(  a, 0., .5,  1/6. );
457         add(  a, .5, 0.,  1/6. ); break;
458       }
459       case 8: { // FPG8
460         const double a = 0.577350269189626;
461         add( -a, 1/3., 1/3., -27/96. );
462         add( -a,  0.6,  0.2,  25/96. );
463         add( -a,  0.2,  0.6,  25/96. );
464         add( -a,  0.2,  0.2,  25/96. );
465         add( +a, 1/3., 1/3., -27/96. );
466         add( +a,  0.6,  0.2,  25/96. );
467         add( +a,  0.2,  0.6,  25/96. );
468         add( +a,  0.2,  0.2,  25/96. ); break;
469       }
470       case 21: { // FPG21
471         const double d = sqrt(3/5.), c1 = 5/9., c2 = 8/9.; // d <=> alfa
472         const double a = (6 + sqrt(15.))/21.;
473         const double b = (6 - sqrt(15.))/21.;
474         const double P1 = (155 + sqrt(15.))/2400.;
475         const double P2 = (155 - sqrt(15.))/2400.;  //___
476         add( -d,  1/3.,  1/3., c1*9/80. );//___
477         add( -d,     a,     a, c1*P1    );
478         add( -d, 1-2*a,     a, c1*P1    );
479         add( -d,     a, 1-2*a, c1*P1    );//___
480         add( -d,     b,     b, c1*P2    );
481         add( -d, 1-2*b,     b, c1*P2    );
482         add( -d,     b, 1-2*b, c1*P2    );//___
483         add( 0.,  1/3.,  1/3., c2*9/80. );//___
484         add( 0.,     a,     a, c2*P1    );
485         add( 0., 1-2*a,     a, c2*P1    );
486         add( 0.,     a, 1-2*a, c2*P1    );//___
487         add( 0.,     b,     b, c2*P2    );
488         add( 0., 1-2*b,     b, c2*P2    );
489         add( 0.,     b, 1-2*b, c2*P2    );//___
490         add(  d,  1/3.,  1/3., c1*9/80. );//___
491         add(  d,     a,     a, c1*P1    );
492         add(  d, 1-2*a,     a, c1*P1    );
493         add(  d,     a, 1-2*a, c1*P1    );//___
494         add(  d,     b,     b, c1*P2    );
495         add(  d, 1-2*b,     b, c1*P2    );
496         add(  d,     b, 1-2*b, c1*P2    );//___
497         break;
498       }
499       default:
500         EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for PENTA: " <<nbGauss);
501       }
502       break;
503
504     case eHEXA8:
505     case eHEXA20:
506       if (geom == eHEXA8) setRefCoords( THexa8a() );
507       else                setRefCoords( THexa20a() );
508       switch ( nbGauss ) {
509       case 8: { // FPG8
510         const double a = sqrt(3.)/3.;
511         add( -a, -a, -a,  1. );
512         add( -a, -a,  a,  1. );
513         add( -a,  a, -a,  1. );
514         add( -a,  a,  a,  1. );
515         add(  a, -a, -a,  1. );
516         add(  a, -a,  a,  1. );
517         add(  a,  a, -a,  1. );
518         add(  a,  a,  a,  1. ); break;
519       }
520       case 27: { // FPG27
521         const double a = sqrt(3/5.), c1 = 5/9., c2 = 8/9.;
522         const double c12 = c1*c1, c13 = c1*c1*c1;
523         const double c22 = c2*c2, c23 = c2*c2*c2;
524         add( -a, -a, -a,   c13  ); // 1
525         add( -a, -a, 0., c12*c2 ); // 2
526         add( -a, -a,  a,   c13  ); // 3
527         add( -a, 0., -a, c12*c2 ); // 4
528         add( -a, 0., 0., c1*c22 ); // 5
529         add( -a, 0.,  a, c12*c2 ); // 6
530         add( -a,  a, -a,   c13  ); // 7
531         add( -a,  a, 0., c12*c2 ); // 8
532         add( -a,  a,  a,   c13  ); // 9
533         add( 0., -a, -a, c12*c2 ); // 10
534         add( 0., -a, 0., c1*c22 ); // 11
535         add( 0., -a,  a, c12*c2 ); // 12
536         add( 0., 0., -a, c1*c22 ); // 13
537         add( 0., 0., 0.,   c23  ); // 14
538         add( 0., 0.,  a, c1*c22 ); // 15
539         add( 0.,  a, -a, c12*c2 ); // 16
540         add( 0.,  a, 0., c1*c22 ); // 17
541         add( 0.,  a,  a, c12*c2 ); // 18
542         add(  a, -a, -a,   c13  ); // 19
543         add(  a, -a, 0., c12*c2 ); // 20
544         add(  a, -a,  a,   c13  ); // 21
545         add(  a, 0., -a, c12*c2 ); // 22
546         add(  a, 0., 0., c1*c22 ); // 23
547         add(  a, 0.,  a, c12*c2 ); // 24
548         add(  a,  a, -a,   c13  ); // 25
549         add(  a,  a, 0., c12*c2 ); // 26
550         add(  a,  a,  a,   c13  ); // 27
551         break;
552       }
553       default:
554         EXCEPTION( std::logic_error,"Invalid nb of gauss points for PENTA: " <<nbGauss);
555       }
556       break;
557
558     default:
559       EXCEPTION( std::logic_error,"unexpected EGeometrieElement: "<< geom);
560     }
561
562     if ( myWeights.capacity() != myWeights.size() )
563       EXCEPTION( std::logic_error,"Not all gauss points defined");
564   }
565 }