src/SMESH/SMESH_MesherHelper.hxx

   1 //  Copyright (C) 2007-2008  CEA/DEN, EDF R&D, OPEN CASCADE
   2 //
   3 //  Copyright (C) 2003-2007  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 // File:      SMESH_MesherHelper.hxx
  23 // Created:   15.02.06 14:48:09
  24 // Author:    Sergey KUUL
  25 //
  26 #ifndef SMESH_MesherHelper_HeaderFile
  27 #define SMESH_MesherHelper_HeaderFile
  28
  29 #include "SMESH_SMESH.hxx"
  30
  31 #include "SMESH_MeshEditor.hxx" // needed for many meshers
  32 #include <SMDS_MeshNode.hxx>
  33 #include <SMDS_QuadraticEdge.hxx>
  34
  35 #include <Geom_Surface.hxx>
  36 #include <TopoDS_Face.hxx>
  37 #include <TopoDS_Shape.hxx>
  38 #include <gp_Pnt2d.hxx>
  39
  40 #include <map>
  41
  42 typedef std::map<SMESH_TLink, const SMDS_MeshNode*>           TLinkNodeMap;
  43 typedef std::map<SMESH_TLink, const SMDS_MeshNode*>::iterator ItTLinkNode;
  44
  45 /*!
  46  * \brief It helps meshers to add elements
  47  *
  48  * It allow meshers not to care about creation of medium nodes
  49  * when filling a quadratic mesh. Helper does it itself.
  50  * It defines degree of elements to create when IsQuadraticSubMesh()
  51  * is called.
  52  */
  53
  54 typedef std::vector<const SMDS_MeshNode* > TNodeColumn;
  55 typedef std::map< double, TNodeColumn > TParam2ColumnMap;
  56
  57 class SMESH_EXPORT SMESH_MesherHelper
  58 {
  59 public:
  60   // ---------- PUBLIC UTILITIES ----------
  61
  62   /*!
  63    * \brief Returns true if given node is medium
  64     * \param n - node to check
  65     * \param typeToCheck - type of elements containing the node to ask about node status
  66     * \retval bool - check result
  67    */
  68   static bool IsMedium(const SMDS_MeshNode*      node,
  69                        const SMDSAbs_ElementType typeToCheck = SMDSAbs_All);
  70
  71   /*!
  72    * \brief Load nodes bound to face into a map of node columns
  73     * \param theParam2ColumnMap - map of node columns to fill
  74     * \param theFace - the face on which nodes are searched for
  75     * \param theBaseEdge - the edge nodes of which are columns' bases
  76     * \param theMesh - the mesh containing nodes
  77     * \retval bool - false if something is wrong
  78    *
  79    * The key of the map is a normalized parameter of each
  80    * base node on theBaseEdge.
  81    * This method works in supposition that nodes on the face
  82    * forms a rectangular grid and elements can be quardrangles or triangles
  83    */
  84   static bool LoadNodeColumns(TParam2ColumnMap & theParam2ColumnMap,
  85                               const TopoDS_Face& theFace,
  86                               const TopoDS_Edge& theBaseEdge,
  87                               SMESHDS_Mesh*      theMesh);
  88   /*!
  89    * \brief Return support shape of a node
  90    * \param node - the node
  91    * \param meshDS - mesh DS
  92    * \retval TopoDS_Shape - found support shape
  93    */
  94   static TopoDS_Shape GetSubShapeByNode(const SMDS_MeshNode* node,
  95                                         SMESHDS_Mesh*        meshDS);
  96
  97   /*!
  98    * \brief Return a valid node index, fixing the given one if necessary
  99     * \param ind - node index
 100     * \param nbNodes - total nb of nodes
 101     * \retval int - valid node index
 102    */
 103   static int WrapIndex(const int ind, const int nbNodes) {
 104     if ( ind < 0 ) return nbNodes + ind % nbNodes;
 105     if ( ind >= nbNodes ) return ind % nbNodes;
 106     return ind;
 107   }
 108
 109   /*!
 110    * \brief Return number of unique ancestors of the shape
 111    */
 112   static int NbAncestors(const TopoDS_Shape& shape,
 113                          const SMESH_Mesh&   mesh,
 114                          TopAbs_ShapeEnum    ancestorType=TopAbs_SHAPE);
 115
 116 public:
 117   // ---------- PUBLIC INSTANCE METHODS ----------
 118
 119   // constructor
 120   SMESH_MesherHelper(SMESH_Mesh& theMesh);
 121
 122   SMESH_Mesh* GetMesh() const { return myMesh; }
 123
 124   SMESHDS_Mesh* GetMeshDS() const { return GetMesh()->GetMeshDS(); }
 125
 126   /*!
 127    * Check submesh for given shape: if all elements on this shape are quadratic,
 128    * quadratic elements will be created. Also fill myTLinkNodeMap
 129    */
 130   bool IsQuadraticSubMesh(const TopoDS_Shape& theShape);
 131   /*!
 132    * \brief Set order of elements to create without calling IsQuadraticSubMesh()
 133    */
 134   void SetIsQuadratic(const bool theBuildQuadratic)
 135   { myCreateQuadratic = theBuildQuadratic; }
 136   /*!
 137    * \brief Return myCreateQuadratic flag
 138    */
 139   bool GetIsQuadratic() const { return myCreateQuadratic; }
 140
 141   /*!
 142    * \brief Move medium nodes of faces and volumes to fix distorted elements
 143    * \param volumeOnly - fix nodes on geom faces or not if the shape is solid
 144    */
 145   void FixQuadraticElements(bool volumeOnly=true);
 146
 147   /*!
 148    * \brief To set created elements on the shape set by IsQuadraticSubMesh()
 149    *        or the next methods. By defaul elements are set on the shape if
 150    *        a mesh has no shape to be meshed
 151    */
 152   void SetElementsOnShape(bool toSet) { mySetElemOnShape = toSet; }
 153
 154   /*!
 155    * \brief Set shape to make elements on without calling IsQuadraticSubMesh()
 156    */
 157   void SetSubShape(const int           subShapeID);//!==SMESHDS_Mesh::ShapeToIndex(shape)
 158   void SetSubShape(const TopoDS_Shape& subShape);
 159   /*!
 160    * \brief Return ID of the shape set by IsQuadraticSubMesh() or SetSubShape()
 161     * \retval int - shape index in SMESHDS
 162    */
 163   int GetSubShapeID() const { return myShapeID; }
 164   /*!
 165    * \brief Return the shape set by IsQuadraticSubMesh() or SetSubShape()
 166    */
 167   TopoDS_Shape GetSubShape() const  { return myShape; }
 168
 169   /*!
 170    * Creates a node
 171    */
 172   SMDS_MeshNode* AddNode(double x, double y, double z, int ID = 0);
 173   /*!
 174    * Creates quadratic or linear edge
 175    */
 176   SMDS_MeshEdge* AddEdge(const SMDS_MeshNode* n1,
 177                          const SMDS_MeshNode* n2,
 178                          const int id = 0,
 179                          const bool force3d = true);
 180   /*!
 181    * Creates quadratic or linear triangle
 182    */
 183   SMDS_MeshFace* AddFace(const SMDS_MeshNode* n1,
 184                          const SMDS_MeshNode* n2,
 185                          const SMDS_MeshNode* n3,
 186                          const int id=0,
 187                          const bool force3d = false);
 188   /*!
 189    * Creates quadratic or linear quadrangle
 190    */
 191   SMDS_MeshFace* AddFace(const SMDS_MeshNode* n1,
 192                          const SMDS_MeshNode* n2,
 193                          const SMDS_MeshNode* n3,
 194                          const SMDS_MeshNode* n4,
 195                          const int id = 0,
 196                          const bool force3d = false);
 197   /*!
 198    * Creates quadratic or linear tetraahedron
 199    */
 200   SMDS_MeshVolume* AddVolume(const SMDS_MeshNode* n1,
 201                              const SMDS_MeshNode* n2,
 202                              const SMDS_MeshNode* n3,
 203                              const SMDS_MeshNode* n4,
 204                              const int id = 0,
 205                              const bool force3d = true);
 206   /*!
 207    * Creates quadratic or linear pyramid
 208    */
 209   SMDS_MeshVolume* AddVolume(const SMDS_MeshNode* n1,
 210                              const SMDS_MeshNode* n2,
 211                              const SMDS_MeshNode* n3,
 212                              const SMDS_MeshNode* n4,
 213                              const SMDS_MeshNode* n5,
 214                              const int id = 0,
 215                              const bool force3d = true);
 216   /*!
 217    * Creates quadratic or linear pentahedron
 218    */
 219   SMDS_MeshVolume* AddVolume(const SMDS_MeshNode* n1,
 220                              const SMDS_MeshNode* n2,
 221                              const SMDS_MeshNode* n3,
 222                              const SMDS_MeshNode* n4,
 223                              const SMDS_MeshNode* n5,
 224                              const SMDS_MeshNode* n6,
 225                              const int id = 0,
 226                              const bool force3d = true);
 227   /*!
 228    * Creates quadratic or linear hexahedron
 229    */
 230   SMDS_MeshVolume* AddVolume(const SMDS_MeshNode* n1,
 231                              const SMDS_MeshNode* n2,
 232                              const SMDS_MeshNode* n3,
 233                              const SMDS_MeshNode* n4,
 234                              const SMDS_MeshNode* n5,
 235                              const SMDS_MeshNode* n6,
 236                              const SMDS_MeshNode* n7,
 237                              const SMDS_MeshNode* n8,
 238                              const int id = 0,
 239                              bool force3d = true);
 240   /*!
 241    * \brief Return U of the given node on the edge
 242    */
 243   double GetNodeU(const TopoDS_Edge&   theEdge,
 244                   const SMDS_MeshNode* theNode,
 245                   bool*                check=0);
 246   /*!
 247    * \brief Return node UV on face
 248    *  \param inFaceNode - a node of element being created located inside a face
 249    */
 250   gp_XY GetNodeUV(const TopoDS_Face&   F,
 251                   const SMDS_MeshNode* n,
 252                   const SMDS_MeshNode* inFaceNode=0,
 253                   bool*                check=0) const;
 254   /*!
 255    * \brief Check and fix node UV on a face
 256    *  \param force - check even if checks of other nodes on this face passed OK
 257    *  \retval bool - false if UV is bad and could not be fixed
 258    */
 259   bool CheckNodeUV(const TopoDS_Face&   F,
 260                    const SMDS_MeshNode* n,
 261                    gp_XY&               uv,
 262                    const double         tol,
 263                    const bool           force=false) const;
 264   /*!
 265    * \brief Check and fix node U on an edge
 266    *  \param force - check even if checks of other nodes on this edge passed OK
 267    *  \retval bool - false if U is bad and could not be fixed
 268    */
 269   bool CheckNodeU(const TopoDS_Edge&   E,
 270                   const SMDS_MeshNode* n,
 271                   double&              u,
 272                   const double         tol,
 273                   const bool           force=false) const;
 274   /*!
 275    * \brief Return middle UV taking in account surface period
 276    */
 277   static gp_XY GetMiddleUV(const Handle(Geom_Surface)& surface,
 278                            const gp_XY&                uv1,
 279                            const gp_XY&                uv2);
 280   /*!
 281    * \brief Check if inFaceNode argument is necessary for call GetNodeUV(F,..)
 282     * \retval bool - return true if the face is periodic
 283     *
 284     * If F is Null, answer about subshape set through IsQuadraticSubMesh() or
 285     * SetSubShape()
 286    */
 287   bool GetNodeUVneedInFaceNode(const TopoDS_Face& F = TopoDS_Face()) const;
 288
 289   /*!
 290    * \brief Check if shape is a degenerated edge or it's vertex
 291     * \param subShape - edge or vertex index in SMESHDS
 292     * \retval bool - true if subShape is a degenerated shape
 293     *
 294     * It works only if IsQuadraticSubMesh() or SetSubShape() has been called
 295    */
 296   bool IsDegenShape(const int subShape) const
 297   { return myDegenShapeIds.find( subShape ) != myDegenShapeIds.end(); }
 298   /*!
 299    * \brief Check if the shape set through IsQuadraticSubMesh() or SetSubShape()
 300    *        has a degenerated edges
 301     * \retval bool - true if it has
 302    */
 303   bool HasDegeneratedEdges() const { return !myDegenShapeIds.empty(); }
 304
 305   /*!
 306    * \brief Check if shape is a seam edge or it's vertex
 307     * \param subShape - edge or vertex index in SMESHDS
 308     * \retval bool - true if subShape is a seam shape
 309     *
 310     * It works only if IsQuadraticSubMesh() or SetSubShape() has been called.
 311     * Seam shape has two 2D alternative represenations on the face
 312    */
 313   bool IsSeamShape(const int subShape) const
 314   { return mySeamShapeIds.find( subShape ) != mySeamShapeIds.end(); }
 315   /*!
 316    * \brief Check if shape is a seam edge or it's vertex
 317     * \param subShape - edge or vertex
 318     * \retval bool - true if subShape is a seam shape
 319     *
 320     * It works only if IsQuadraticSubMesh() or SetSubShape() has been called.
 321     * Seam shape has two 2D alternative represenations on the face
 322    */
 323   bool IsSeamShape(const TopoDS_Shape& subShape) const
 324   { return IsSeamShape( GetMeshDS()->ShapeToIndex( subShape )); }
 325   /*!
 326    * \brief Return true if an edge or a vertex encounters twice in face wire
 327    *  \param subShape - Id of edge or vertex
 328    */
 329   bool IsRealSeam(const int subShape) const
 330   { return mySeamShapeIds.find( -subShape ) != mySeamShapeIds.end(); }
 331   /*!
 332    * \brief Return true if an edge or a vertex encounters twice in face wire
 333    *  \param subShape - edge or vertex
 334    */
 335   bool IsRealSeam(const TopoDS_Shape& subShape) const
 336   { return IsRealSeam( GetMeshDS()->ShapeToIndex( subShape)); }
 337   /*!
 338    * \brief Check if the shape set through IsQuadraticSubMesh() or SetSubShape()
 339    *        has a seam edge
 340     * \retval bool - true if it has
 341    */
 342   bool HasSeam() const { return !mySeamShapeIds.empty(); }
 343   /*!
 344    * \brief Return index of periodic parametric direction of a closed face
 345     * \retval int - 1 for U, 2 for V direction
 346    */
 347   int GetPeriodicIndex() const { return myParIndex; }
 348   /*!
 349    * \brief Return an alternative parameter for a node on seam
 350    */
 351   double GetOtherParam(const double param) const;
 352
 353   /*!
 354    * \brief Return existing or create new medium nodes between given ones
 355    *  \param force3d - true means node creation at the middle between the
 356    *                   two given nodes, else node position is found on its
 357    *                   supporting geometrical shape, if any.
 358    */
 359   const SMDS_MeshNode* GetMediumNode(const SMDS_MeshNode* n1,
 360                                      const SMDS_MeshNode* n2,
 361                                      const bool force3d);
 362   /*!
 363    * \brief Add a link in my data structure
 364    */
 365   void AddTLinkNode(const SMDS_MeshNode* n1,
 366                     const SMDS_MeshNode* n2,
 367                     const SMDS_MeshNode* n12);
 368   /*!
 369    * \brief Add many links in my data structure
 370    */
 371   void AddTLinkNodeMap(const TLinkNodeMap& aMap)
 372     { myTLinkNodeMap.insert(aMap.begin(), aMap.end()); }
 373
 374   /**
 375    * Returns myTLinkNodeMap
 376    */
 377   const TLinkNodeMap& GetTLinkNodeMap() const { return myTLinkNodeMap; }
 378
 379   /**
 380    * Check mesh without geometry for: if all elements on this shape are quadratic,
 381    * quadratic elements will be created.
 382    * Used then generated 3D mesh without geometry.
 383    */
 384   enum MType{ LINEAR, QUADRATIC, COMP };
 385   MType IsQuadraticMesh();
 386
 387 protected:
 388
 389   /*!
 390    * \brief Select UV on either of 2 pcurves of a seam edge, closest to the given UV
 391     * \param uv1 - UV on the seam
 392     * \param uv2 - UV within a face
 393     * \retval gp_Pnt2d - selected UV
 394    */
 395   gp_Pnt2d GetUVOnSeam( const gp_Pnt2d& uv1, const gp_Pnt2d& uv2 ) const;
 396
 397  private:
 398
 399   // Forbiden copy constructor
 400   SMESH_MesherHelper (const SMESH_MesherHelper& theOther) {};
 401
 402   // special map for using during creation of quadratic elements
 403   TLinkNodeMap    myTLinkNodeMap;
 404
 405   std::set< int > myDegenShapeIds;
 406   std::set< int > mySeamShapeIds;
 407   double          myPar1[2], myPar2[2]; // U and V bounds of a closed periodic surface
 408   int             myParIndex;     // bounds' index (1-U, 2-V, 3-both)
 409
 410   TopoDS_Shape    myShape;
 411   SMESH_Mesh*     myMesh;
 412   int             myShapeID;
 413
 414   // to create quadratic elements
 415   bool            myCreateQuadratic;
 416   bool            mySetElemOnShape;
 417   std::set< int > myOkNodePosShapes;
 418
 419 };
 420
 421
 422 #endif