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_SMESH.hxx"
  34
  35 #include "SMESH_Mesh.hxx"
  36 #include "SMESH_Controls.hxx"
  37 #include "SMESH_SequenceOfNode.hxx"
  38 #include "SMESH_SequenceOfElemPtr.hxx"
  39 #include "gp_Dir.hxx"
  40 #include "TColStd_HSequenceOfReal.hxx"
  41 #include "SMESH_MesherHelper.hxx"
  42 #include "SMDS_MeshElement.hxx"
  43
  44 #include <list>
  45 #include <map>
  46
  47 typedef map<const SMDS_MeshElement*,
  48             list<const SMDS_MeshElement*> > TElemOfElemListMap;
  49 typedef map<const SMDS_MeshNode*, const SMDS_MeshNode*> TNodeNodeMap;
  50
  51 typedef map<const SMDS_MeshNode*, SMESHDS_SubMesh*>           RemoveQuadNodeMap;
  52 typedef map<const SMDS_MeshNode*, SMESHDS_SubMesh*>::iterator ItRemoveQuadNodeMap;
  53
  54 class SMDS_MeshFace;
  55 class SMDS_MeshNode;
  56 class gp_Ax1;
  57 class gp_Vec;
  58 class gp_Pnt;
  59
  60 class SMESH_EXPORT SMESH_MeshEditor {
  61 public:
  62
  63   // define a set of elements sorted by ID, to be used to assure
  64   // predictability of edition
  65   struct TIDCompare {
  66     bool operator () (const SMDS_MeshElement* e1, const SMDS_MeshElement* e2)
  67     { return e1->GetID() < e2->GetID(); }
  68   };
  69   typedef set< const SMDS_MeshElement*, TIDCompare > TIDSortedElemSet;
  70
  71   /*!
  72    * \brief Insert element in a map of elements sorted by ID
  73     * \param elem - element to insert
  74     * \param elemMap - the map to fill in
  75    */
  76   static void Insert(const SMDS_MeshElement*                 elem,
  77                      std::map<int,const SMDS_MeshElement*> & elemMap) {
  78     elemMap.insert( make_pair( elem->GetID(), elem ));
  79   }
  80
  81 public:
  82
  83   SMESH_MeshEditor( SMESH_Mesh* theMesh );
  84
  85   bool Remove (const std::list< int >& theElemIDs, const bool isNodes);
  86   // Remove a node or an element.
  87   // Modify a compute state of sub-meshes which become empty
  88
  89   bool InverseDiag (const SMDS_MeshElement * theTria1,
  90                     const SMDS_MeshElement * theTria2 );
  91   // Replace two neighbour triangles with ones built on the same 4 nodes
  92   // but having other common link.
  93   // Return False if args are improper
  94
  95   bool InverseDiag (const SMDS_MeshNode * theNode1,
  96                     const SMDS_MeshNode * theNode2 );
  97   // Replace two neighbour triangles sharing theNode1-theNode2 link
  98   // with ones built on the same 4 nodes but having other common link.
  99   // Return false if proper faces not found
 100
 101   bool DeleteDiag (const SMDS_MeshNode * theNode1,
 102                    const SMDS_MeshNode * theNode2 );
 103   // Replace two neighbour triangles sharing theNode1-theNode2 link
 104   // with a quadrangle built on the same 4 nodes.
 105   // Return false if proper faces not found
 106
 107   bool Reorient (const SMDS_MeshElement * theElement);
 108   // Reverse theElement orientation
 109
 110
 111   /*!
 112    * \brief Fuse neighbour triangles into quadrangles.
 113    * \param theElems     - The triangles to be fused.
 114    * \param theCriterion - Is used to choose a neighbour to fuse with.
 115    * \param theMaxAngle  - Is a max angle between element normals at which fusion
 116    *                       is still performed; theMaxAngle is mesured in radians.
 117    * \retval bool - Success or not.
 118    */
 119   bool TriToQuad (std::map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElems,
 120                   SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion,
 121                   const double                         theMaxAngle);
 122
 123   /*!
 124    * \brief Split quadrangles into triangles.
 125    * \param theElems     - The faces to be splitted.
 126    * \param theCriterion - Is used to choose a diagonal for splitting.
 127    * \retval bool - Success or not.
 128    */
 129   bool QuadToTri (std::map<int,const SMDS_MeshElement*> &  theElems,
 130                   SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion);
 131
 132   /*!
 133    * \brief Split quadrangles into triangles.
 134    * \param theElems  - The faces to be splitted.
 135    * \param the13Diag - Is used to choose a diagonal for splitting.
 136    * \retval bool - Success or not.
 137    */
 138   bool QuadToTri (std::map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElems,
 139                   const bool                          the13Diag);
 140
 141   /*!
 142    * \brief Find better diagonal for splitting.
 143    * \param theQuad      - The face to find better splitting of.
 144    * \param theCriterion - Is used to choose a diagonal for splitting.
 145    * \retval int - 1 for 1-3 diagonal, 2 for 2-4, -1 - for errors.
 146    */
 147   int BestSplit (const SMDS_MeshElement*              theQuad,
 148                  SMESH::Controls::NumericalFunctorPtr theCriterion);
 149
 150
 151   enum SmoothMethod { LAPLACIAN = 0, CENTROIDAL };
 152
 153   void Smooth (std::map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElements,
 154                std::set<const SMDS_MeshNode*> &    theFixedNodes,
 155                const SmoothMethod                  theSmoothMethod,
 156                const int                           theNbIterations,
 157                double                              theTgtAspectRatio = 1.0,
 158                const bool                          the2D = true);
 159   // Smooth theElements using theSmoothMethod during theNbIterations
 160   // or until a worst element has aspect ratio <= theTgtAspectRatio.
 161   // Aspect Ratio varies in range [1.0, inf].
 162   // If theElements is empty, the whole mesh is smoothed.
 163   // theFixedNodes contains additionally fixed nodes. Nodes built
 164   // on edges and boundary nodes are always fixed.
 165   // If the2D, smoothing is performed using UV parameters of nodes
 166   // on geometrical faces
 167
 168
 169   void RotationSweep (std::map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElements,
 170                       const gp_Ax1&                       theAxis,
 171                       const double                        theAngle,
 172                       const int                           theNbSteps,
 173                       const double                        theToler);
 174   // Generate new elements by rotation of theElements around theAxis
 175   // by theAngle by theNbSteps
 176
 177   /*!
 178    * Auxilary flag for advanced extrusion.
 179    * BOUNDARY: create or not boundary for result of extrusion
 180    * SEW:      try to use existing nodes or create new nodes in any case
 181    */
 182   enum ExtrusionFlags {
 183     EXTRUSION_FLAG_BOUNDARY = 0x01,
 184     EXTRUSION_FLAG_SEW = 0x02
 185   };
 186
 187   /*!
 188    * special structire for control of extrusion functionality
 189    */
 190   struct ExtrusParam {
 191     gp_Dir myDir; // direction of extrusion
 192     Handle(TColStd_HSequenceOfReal) mySteps; // magnitudes for each step
 193     SMESH_SequenceOfNode myNodes; // nodes for using in sewing
 194   };
 195
 196   /*!
 197    * Create new node in the mesh with given coordinates
 198    * (auxilary for advanced extrusion)
 199    */
 200   const SMDS_MeshNode* CreateNode(const double x,
 201                                   const double y,
 202                                   const double z,
 203                                   const double tolnode,
 204                                   SMESH_SequenceOfNode& aNodes);
 205
 206   /*!
 207    * Generate new elements by extrusion of theElements
 208    * It is a method used in .idl file. All functionality
 209    * is implemented in the next method (see below) which
 210    * is used in the cuurent method.
 211    * param theElems - list of elements for extrusion
 212    * param newElemsMap returns history of extrusion
 213    * param theFlags set flags for performing extrusion (see description
 214    *   of enum ExtrusionFlags for additional information)
 215    * param theTolerance - uses for comparing locations of nodes if flag
 216    *   EXTRUSION_FLAG_SEW is set
 217    */
 218   void ExtrusionSweep
 219            (map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElems,
 220             const gp_Vec&                  theStep,
 221             const int                      theNbSteps,
 222             TElemOfElemListMap&            newElemsMap,
 223             const int                      theFlags = EXTRUSION_FLAG_BOUNDARY,
 224             const double                   theTolerance = 1.e-6);
 225
 226   /*!
 227    * Generate new elements by extrusion of theElements
 228    * param theElems - list of elements for extrusion
 229    * param newElemsMap returns history of extrusion
 230    * param theFlags set flags for performing extrusion (see description
 231    *   of enum ExtrusionFlags for additional information)
 232    * param theTolerance - uses for comparing locations of nodes if flag
 233    *   EXTRUSION_FLAG_SEW is set
 234    * param theParams - special structure for manage of extrusion
 235    */
 236   void ExtrusionSweep (map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElems,
 237                        ExtrusParam&                   theParams,
 238                        TElemOfElemListMap&            newElemsMap,
 239                        const int                      theFlags,
 240                        const double                   theTolerance);
 241
 242
 243   // Generate new elements by extrusion of theElements
 244   // by theStep by theNbSteps
 245
 246   enum Extrusion_Error {
 247     EXTR_OK,
 248     EXTR_NO_ELEMENTS,
 249     EXTR_PATH_NOT_EDGE,
 250     EXTR_BAD_PATH_SHAPE,
 251     EXTR_BAD_STARTING_NODE,
 252     EXTR_BAD_ANGLES_NUMBER,
 253     EXTR_CANT_GET_TANGENT
 254     };
 255
 256   Extrusion_Error ExtrusionAlongTrack (std::map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElements,
 257                                        SMESH_subMesh*                      theTrackPattern,
 258                                        const SMDS_MeshNode*                theNodeStart,
 259                                        const bool                          theHasAngles,
 260                                        std::list<double>&                  theAngles,
 261                                        const bool                          theHasRefPoint,
 262                                        const gp_Pnt&                       theRefPoint);
 263   // Generate new elements by extrusion of theElements along path given by theTrackPattern,
 264   // theHasAngles are the rotation angles, base point can be given by theRefPoint
 265
 266   void Transform (std::map<int,const SMDS_MeshElement*> & theElements,
 267                   const gp_Trsf&                      theTrsf,
 268                   const bool                          theCopy);
 269   // Move or copy theElements applying theTrsf to their nodes
 270
 271   typedef std::list< std::list< const SMDS_MeshNode* > > TListOfListOfNodes;
 272
 273   void FindCoincidentNodes (std::set<const SMDS_MeshNode*> & theNodes,
 274                             const double                     theTolerance,
 275                             TListOfListOfNodes &             theGroupsOfNodes);
 276   // Return list of group of nodes close to each other within theTolerance.
 277   // Search among theNodes or in the whole mesh if theNodes is empty.
 278
 279   int SimplifyFace (const vector<const SMDS_MeshNode *> faceNodes,
 280                     vector<const SMDS_MeshNode *>&      poly_nodes,
 281                     vector<int>&                        quantities) const;
 282   // Split face, defined by <faceNodes>, into several faces by repeating nodes.
 283   // Is used by MergeNodes()
 284
 285   void MergeNodes (TListOfListOfNodes & theNodeGroups);
 286   // In each group, the cdr of nodes are substituted by the first one
 287   // in all elements.
 288
 289   void MergeEqualElements();
 290   // Remove all but one of elements built on the same nodes.
 291   // Return nb of successfully merged groups.
 292
 293   static bool CheckFreeBorderNodes(const SMDS_MeshNode* theNode1,
 294                                    const SMDS_MeshNode* theNode2,
 295                                    const SMDS_MeshNode* theNode3 = 0);
 296   // Return true if the three nodes are on a free border
 297
 298   static bool FindFreeBorder (const SMDS_MeshNode*                  theFirstNode,
 299                               const SMDS_MeshNode*                  theSecondNode,
 300                               const SMDS_MeshNode*                  theLastNode,
 301                               std::list< const SMDS_MeshNode* > &   theNodes,
 302                               std::list< const SMDS_MeshElement* >& theFaces);
 303   // Return nodes and faces of a free border if found
 304
 305   enum Sew_Error {
 306     SEW_OK,
 307     // for SewFreeBorder()
 308     SEW_BORDER1_NOT_FOUND,
 309     SEW_BORDER2_NOT_FOUND,
 310     SEW_BOTH_BORDERS_NOT_FOUND,
 311     SEW_BAD_SIDE_NODES,
 312     SEW_VOLUMES_TO_SPLIT,
 313     // for SewSideElements()
 314     SEW_DIFF_NB_OF_ELEMENTS,
 315     SEW_TOPO_DIFF_SETS_OF_ELEMENTS,
 316     SEW_BAD_SIDE1_NODES,
 317     SEW_BAD_SIDE2_NODES,
 318     SEW_INTERNAL_ERROR
 319     };
 320
 321
 322   Sew_Error SewFreeBorder (const SMDS_MeshNode* theBorderFirstNode,
 323                            const SMDS_MeshNode* theBorderSecondNode,
 324                            const SMDS_MeshNode* theBorderLastNode,
 325                            const SMDS_MeshNode* theSide2FirstNode,
 326                            const SMDS_MeshNode* theSide2SecondNode,
 327                            const SMDS_MeshNode* theSide2ThirdNode = 0,
 328                            const bool           theSide2IsFreeBorder = true,
 329                            const bool           toCreatePolygons = false,
 330                            const bool           toCreatePolyedrs = false);
 331   // Sew the free border to the side2 by replacing nodes in
 332   // elements on the free border with nodes of the elements
 333   // of the side 2. If nb of links in the free border and
 334   // between theSide2FirstNode and theSide2LastNode are different,
 335   // additional nodes are inserted on a link provided that no
 336   // volume elements share the splitted link.
 337   // The side 2 is a free border if theSide2IsFreeBorder == true.
 338   // Sewing is peformed between the given first, second and last
 339   // nodes on the sides.
 340   // theBorderFirstNode is merged with theSide2FirstNode.
 341   // if (!theSide2IsFreeBorder) then theSide2SecondNode gives
 342   // the last node on the side 2, which will be merged with
 343   // theBorderLastNode.
 344   // if (theSide2IsFreeBorder) then theSide2SecondNode will
 345   // be merged with theBorderSecondNode.
 346   // if (theSide2IsFreeBorder && theSide2ThirdNode == 0) then
 347   // the 2 free borders are sewn link by link and no additional
 348   // nodes are inserted.
 349   // Return false, if sewing failed.
 350
 351   Sew_Error SewSideElements (std::map<int,const SMDS_MeshElement*>& theSide1,
 352                              std::map<int,const SMDS_MeshElement*>& theSide2,
 353                              const SMDS_MeshNode*               theFirstNode1ToMerge,
 354                              const SMDS_MeshNode*               theFirstNode2ToMerge,
 355                              const SMDS_MeshNode*               theSecondNode1ToMerge,
 356                              const SMDS_MeshNode*               theSecondNode2ToMerge);
 357   // Sew two sides of a mesh. Nodes belonging to theSide1 are
 358   // merged with nodes of elements of theSide2.
 359   // Number of elements in theSide1 and in theSide2 must be
 360   // equal and they should have similar node connectivity.
 361   // The nodes to merge should belong to side s borders and
 362   // the first node should be linked to the second.
 363
 364   void InsertNodesIntoLink(const SMDS_MeshElement*          theFace,
 365                            const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode1,
 366                            const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode2,
 367                            std::list<const SMDS_MeshNode*>& theNodesToInsert,
 368                            const bool                       toCreatePoly = false);
 369   // insert theNodesToInsert into theFace between theBetweenNode1 and theBetweenNode2.
 370   // If toCreatePoly is true, replace theFace by polygon, else split theFace.
 371
 372   void UpdateVolumes (const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode1,
 373                       const SMDS_MeshNode*             theBetweenNode2,
 374                       std::list<const SMDS_MeshNode*>& theNodesToInsert);
 375   // insert theNodesToInsert into all volumes, containing link
 376   // theBetweenNode1 - theBetweenNode2, between theBetweenNode1 and theBetweenNode2.
 377
 378   void ConvertToQuadratic(const bool theForce3d);
 379   //converts all mesh to quadratic one, deletes old elements, replacing
 380   //them with quadratic ones with the same id.
 381
 382   bool ConvertFromQuadratic();
 383   //converts all mesh from quadratic to ordinary ones, deletes old quadratic elements, replacing
 384   //them with ordinary mesh elements with the same id.
 385
 386
 387 //  static int SortQuadNodes (const SMDS_Mesh * theMesh,
 388 //                            int               theNodeIds[] );
 389 //  // Set 4 nodes of a quadrangle face in a good order.
 390 //  // Swap 1<->2 or 2<->3 nodes and correspondingly return
 391 //  // 1 or 2 else 0.
 392 //
 393 //  static bool SortHexaNodes (const SMDS_Mesh * theMesh,
 394 //                             int               theNodeIds[] );
 395 //  // Set 8 nodes of a hexahedron in a good order.
 396 //  // Return success status
 397
 398   static void AddToSameGroups (const SMDS_MeshElement* elemToAdd,
 399                                const SMDS_MeshElement* elemInGroups,
 400                                SMESHDS_Mesh *          aMesh);
 401   // Add elemToAdd to the groups the elemInGroups belongs to
 402
 403   static void RemoveElemFromGroups (const SMDS_MeshElement* removeelem,
 404                                     SMESHDS_Mesh *          aMesh);
 405   // remove elemToAdd from the groups
 406
 407   static const SMDS_MeshElement*
 408     FindFaceInSet(const SMDS_MeshNode*                     n1,
 409                   const SMDS_MeshNode*                     n2,
 410                   const std::map<int,const SMDS_MeshElement*>& elemSet,
 411                   const std::map<int,const SMDS_MeshElement*>& avoidSet);
 412   // Return a face having linked nodes n1 and n2 and which is
 413   // - not in avoidSet,
 414   // - in elemSet provided that !elemSet.empty()
 415
 416   /*!
 417    * \brief Find corresponding nodes in two sets of faces
 418     * \param theSide1 - first face set
 419     * \param theSide2 - second first face
 420     * \param theFirstNode1 - a boundary node of set 1
 421     * \param theFirstNode2 - a node of set 2 corresponding to theFirstNode1
 422     * \param theSecondNode1 - a boundary node of set 1 linked with theFirstNode1
 423     * \param theSecondNode2 - a node of set 2 corresponding to theSecondNode1
 424     * \param nReplaceMap - output map of corresponding nodes
 425     * \retval Sew_Error  - is a success or not
 426    */
 427   static Sew_Error FindMatchingNodes(set<const SMDS_MeshElement*>& theSide1,
 428                                      set<const SMDS_MeshElement*>& theSide2,
 429                                      const SMDS_MeshNode*          theFirstNode1,
 430                                      const SMDS_MeshNode*          theFirstNode2,
 431                                      const SMDS_MeshNode*          theSecondNode1,
 432                                      const SMDS_MeshNode*          theSecondNode2,
 433                                      TNodeNodeMap &                nReplaceMap);
 434
 435   /*!
 436    * \brief Returns true if given node is medium
 437     * \param n - node to check
 438     * \param typeToCheck - type of elements containing the node to ask about node status
 439     * \retval bool - check result
 440    */
 441   static bool IsMedium(const SMDS_MeshNode*      node,
 442                        const SMDSAbs_ElementType typeToCheck = SMDSAbs_All);
 443
 444   int FindShape (const SMDS_MeshElement * theElem);
 445   // Return an index of the shape theElem is on
 446   // or zero if a shape not found
 447
 448   SMESH_Mesh * GetMesh() { return myMesh; }
 449
 450   SMESHDS_Mesh * GetMeshDS() { return myMesh->GetMeshDS(); }
 451
 452   SMESH_SequenceOfElemPtr GetLastCreatedNodes() { return myLastCreatedNodes; }
 453
 454   SMESH_SequenceOfElemPtr GetLastCreatedElems() { return myLastCreatedElems; }
 455
 456 private:
 457
 458   void ConvertElemToQuadratic(SMESHDS_SubMesh *theSm,
 459                               SMESH_MesherHelper* theHelper,
 460                               const bool theForce3d);
 461   //Auxiliary function for "ConvertToQuadratic" is intended to convert
 462   //elements contained in submesh to quadratic
 463
 464   void RemoveQuadElem( SMESHDS_SubMesh *theSm,
 465                        SMDS_ElemIteratorPtr theItr,
 466                        RemoveQuadNodeMap& theRemoveNodeMap);
 467   //Auxiliary function for "ConvertFromQuadratic" is intended to convert quadratic
 468   //element to ordinary and for removing quadratic nodes
 469
 470 private:
 471
 472   SMESH_Mesh * myMesh;
 473
 474   /*!
 475    * Sequence for keeping nodes created during last operation
 476    */
 477   SMESH_SequenceOfElemPtr myLastCreatedNodes;
 478
 479   /*!
 480    * Sequence for keeping elements created during last operation
 481    */
 482   SMESH_SequenceOfElemPtr myLastCreatedElems;
 483
 484 };
 485
 486 #endif