src/SMESH/SMESH_Pattern.hxx

   1 // Copyright (C) 2007-2012  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
  23 // File      : SMESH_Pattern.hxx
  24 // Created   : Mon Aug  2 10:30:00 2004
  25 // Author    : Edward AGAPOV (eap)
  26 //
  27 #ifndef SMESH_Pattern_HeaderFile
  28 #define SMESH_Pattern_HeaderFile
  29
  30 #include "SMESH_SMESH.hxx"
  31
  32 #include <vector>
  33 #include <list>
  34 #include <map>
  35 #include <set>
  36 #include <iostream>
  37
  38 #include <TopoDS_Shape.hxx>
  39 #include <TopTools_IndexedMapOfOrientedShape.hxx>
  40 #include <gp_XYZ.hxx>
  41 #include <gp_XY.hxx>
  42 #include <gp_Pnt.hxx>
  43
  44 class SMDS_MeshElement;
  45 class SMDS_MeshFace;
  46 class SMDS_MeshVolume;
  47 class SMDS_MeshNode;
  48 class SMESH_Mesh;
  49 class SMESHDS_SubMesh;
  50 class TopoDS_Shell;
  51 class TopoDS_Vertex;
  52 class TopoDS_Face;
  53 class TopoDS_Edge;
  54
  55 //
  56 // Class allowing meshing by mapping of pre-defined patterns: it generates
  57 // a 2D mesh on a geometrical face or a 3D mesh inside a geometrical block
  58 // of 6 faces.
  59 //
  60
  61 class SMESH_EXPORT SMESH_Pattern {
  62  public:
  63
  64   SMESH_Pattern ();
  65
  66   void Clear();
  67   // clear fields
  68
  69   bool Load (const char* theFileContents);
  70   // Load a pattern from <theFileContents>
  71
  72   bool Load (SMESH_Mesh*        theMesh,
  73              const TopoDS_Face& theFace,
  74              bool               theProject = false);
  75   // Create a pattern from the mesh built on <theFace>.
  76   // <theProject>==true makes override nodes positions
  77   // on <theFace> computed by mesher
  78
  79   bool Load (SMESH_Mesh*         theMesh,
  80              const TopoDS_Shell& theBlock);
  81   // Create a pattern from the mesh built on <theBlock>
  82
  83   bool Save (std::ostream& theFile);
  84   // Save the loaded pattern into theFile
  85
  86   bool Apply (const TopoDS_Face&   theFace,
  87               const TopoDS_Vertex& theVertexOnKeyPoint1,
  88               const bool           theReverse);
  89   // Compute nodes coordinates applying
  90   // the loaded pattern to <theFace>. The first key-point
  91   // will be mapped into <theVertexOnKeyPoint1>, which must
  92   // be in the outer wire of theFace
  93
  94   bool Apply (const TopoDS_Shell&  theBlock,
  95               const TopoDS_Vertex& theVertex000,
  96               const TopoDS_Vertex& theVertex001);
  97   // Compute nodes coordinates applying
  98   // the loaded pattern to <theBlock>. The (0,0,0) key-point
  99   // will be mapped into <theVertex000>. The
 100   // (0,0,1) key-point will be mapped into <theVertex001>.
 101
 102   bool Apply (const SMDS_MeshFace* theFace,
 103               const int            theNodeIndexOnKeyPoint1,
 104               const bool           theReverse);
 105   // Compute nodes coordinates applying
 106   // the loaded pattern to <theFace>. The first key-point
 107   // will be mapped into <theNodeIndexOnKeyPoint1>-th node
 108
 109   bool Apply (SMESH_Mesh*          theMesh,
 110               const SMDS_MeshFace* theFace,
 111               const TopoDS_Shape&  theSurface,
 112               const int            theNodeIndexOnKeyPoint1,
 113               const bool           theReverse);
 114   // Compute nodes coordinates applying
 115   // the loaded pattern to <theFace>. The first key-point
 116   // will be mapped into <theNodeIndexOnKeyPoint1>-th node
 117
 118   bool Apply (SMESH_Mesh*                     theMesh,
 119               std::set<const SMDS_MeshFace*>& theFaces,
 120               const int                       theNodeIndexOnKeyPoint1,
 121               const bool                      theReverse);
 122   // Compute nodes coordinates applying
 123   // the loaded pattern to <theFaces>. The first key-point
 124   // will be mapped into <theNodeIndexOnKeyPoint1>-th node
 125
 126   bool Apply (const SMDS_MeshVolume* theVolume,
 127               const int              theNode000Index,
 128               const int              theNode001Index);
 129   // Compute nodes coordinates applying
 130   // the loaded pattern to <theVolume>. The (0,0,0) key-point
 131   // will be mapped into <theNode000Index>-th node. The
 132   // (0,0,1) key-point will be mapped into <theNode000Index>-th
 133   // node.
 134
 135   bool Apply (std::set<const SMDS_MeshVolume*>& theVolumes,
 136               const int                         theNode000Index,
 137               const int                         theNode001Index);
 138   // Compute nodes coordinates applying
 139   // the loaded pattern to <theVolumes>. The (0,0,0) key-point
 140   // will be mapped into <theNode000Index>-th node. The
 141   // (0,0,1) key-point will be mapped into <theNode000Index>-th
 142   // node.
 143
 144   bool GetMappedPoints ( std::list<const gp_XYZ *> & thePoints ) const;
 145   // Return nodes coordinates computed by Apply() method
 146
 147   bool MakeMesh(SMESH_Mesh* theMesh,
 148                 const bool toCreatePolygons = false,
 149                 const bool toCreatePolyedrs = false);
 150   // Create nodes and elements in <theMesh> using nodes
 151   // coordinates computed by either of Apply...() methods
 152
 153   // ----------
 154   // Inquiries
 155   // ----------
 156
 157   enum ErrorCode {
 158     ERR_OK,
 159     // Load(file)
 160     ERR_READ_NB_POINTS, // couldn't read nb of points
 161     ERR_READ_POINT_COORDS, // invalid nb of point coordinates
 162     ERR_READ_TOO_FEW_POINTS,  // too few points in a pattern
 163     ERR_READ_3D_COORD,  // coordinate of 3D point out of [0,1] range
 164     ERR_READ_NO_KEYPOINT, // no key-points in 2D pattern
 165     ERR_READ_BAD_INDEX, // invalid point index
 166     ERR_READ_ELEM_POINTS, // invalid nb of points in element
 167     ERR_READ_NO_ELEMS, // no elements in a pattern
 168     ERR_READ_BAD_KEY_POINT, // a key-point not on a boundary
 169     // Save(file)
 170     ERR_SAVE_NOT_LOADED, // pattern was not loaded
 171     // Load(shape)
 172     ERR_LOAD_EMPTY_SUBMESH, // no elements to load
 173     // Load(face)
 174     ERR_LOADF_NARROW_FACE, // too narrow face
 175     ERR_LOADF_CLOSED_FACE, // closed face
 176     ERR_LOADF_CANT_PROJECT, // impossible to project nodes
 177     // Load(volume)
 178     ERR_LOADV_BAD_SHAPE, // volume is not a brick of 6 faces
 179     ERR_LOADV_COMPUTE_PARAMS, // cant compute point parameters
 180     // Apply(shape)
 181     ERR_APPL_NOT_COMPUTED, // mapping failed
 182     ERR_APPL_NOT_LOADED, // pattern was not loaded
 183     ERR_APPL_BAD_DIMENTION, // wrong shape dimention
 184     ERR_APPL_BAD_NB_VERTICES, // keypoints - vertices mismatch
 185     // Apply(face)
 186     ERR_APPLF_BAD_TOPOLOGY, // bad pattern topology
 187     ERR_APPLF_BAD_VERTEX, // first vertex not on an outer face boundary
 188     ERR_APPLF_INTERNAL_EEROR, // program error
 189     // Apply(volume)
 190     ERR_APPLV_BAD_SHAPE, // volume is not a brick of 6 faces
 191     // Apply(mesh_face)
 192     ERR_APPLF_BAD_FACE_GEOM, // bad face geometry
 193     // MakeMesh
 194     ERR_MAKEM_NOT_COMPUTED, // mapping failed
 195     //Unexpected error
 196     ERR_UNEXPECTED // Unexpected of the pattern mapping alorithm
 197   };
 198
 199   ErrorCode GetErrorCode() const { return myErrorCode; }
 200   // return ErrorCode of the last operation
 201
 202   bool IsLoaded() const { return !myPoints.empty() && !myElemPointIDs.empty(); }
 203   // Return true if a pattern was successfully loaded
 204
 205   bool Is2D() const { return myIs2D; }
 206   // Return true if the loaded pattern is a 2D one
 207
 208   bool GetPoints ( std::list<const gp_XYZ *> & thePoints ) const;
 209   // Return nodes coordinates of the pattern
 210
 211   const std::list< int > & GetKeyPointIDs () const { return myKeyPointIDs; }
 212   // Return indices of key-points within the sequences returned by
 213   // GetPoints() and GetMappedPoints()
 214
 215   const std::list< std::list< int > >& GetElementPointIDs (bool applied) const
 216   { return myElemXYZIDs.empty() || !applied ? myElemPointIDs : myElemXYZIDs; }
 217   // Return nodal connectivity of the elements of the pattern
 218
 219   void DumpPoints() const;
 220   // Debug
 221
 222   // -----------------------------
 223   // Utilities for advanced usage
 224   // -----------------------------
 225
 226   TopoDS_Shape GetSubShape( const int i ) const {
 227     if ( i < 1 || i > myShapeIDMap.Extent() ) return TopoDS_Shape();
 228     return myShapeIDMap( i );
 229   }
 230   // Return a shape from myShapeIDMap where shapes are indexed so that first go
 231   // ordered vertices, then ordered edge, then faces and maybe a shell
 232
 233 private:
 234   // private methods
 235
 236   struct TPoint {
 237     gp_XYZ myInitXYZ; // loaded postion
 238     gp_XY  myInitUV;
 239     double myInitU; // [0,1]
 240     gp_Pnt myXYZ; // position to compute
 241     gp_XY  myUV;
 242     double myU;
 243     TPoint();
 244   };
 245   friend std::ostream & operator <<(std::ostream & OS, const TPoint& p);
 246
 247   bool setErrorCode( const ErrorCode theErrorCode );
 248   // set ErrorCode and return true if it is Ok
 249
 250   bool setShapeToMesh(const TopoDS_Shape& theShape);
 251   // Set a shape to be meshed. Return True if meshing is possible
 252
 253   std::list< TPoint* > & getShapePoints(const TopoDS_Shape& theShape);
 254   // Return list of points located on theShape.
 255   // A list of edge-points include vertex-points (for 2D pattern only).
 256   // A list of face-points doesnt include edge-points.
 257   // A list of volume-points doesnt include face-points.
 258
 259   std::list< TPoint* > & getShapePoints(const int theShapeID);
 260   // Return list of points located on the shape
 261
 262   bool findBoundaryPoints();
 263   // If loaded from file, find points to map on edges and faces and
 264   // compute their parameters
 265
 266   void arrangeBoundaries (std::list< std::list< TPoint* > >& boundaryPoints);
 267   // if there are several wires, arrange boundaryPoints so that
 268   // the outer wire goes first and fix inner wires orientation;
 269   // update myKeyPointIDs to correspond to the order of key-points
 270   // in boundaries; sort internal boundaries by the nb of key-points
 271
 272   void computeUVOnEdge( const TopoDS_Edge& theEdge, const std::list< TPoint* > & ePoints );
 273   // compute coordinates of points on theEdge
 274
 275   bool compUVByIsoIntersection (const std::list< std::list< TPoint* > >& boundaryPoints,
 276                                 const gp_XY&                   theInitUV,
 277                                 gp_XY&                         theUV,
 278                                 bool &                         theIsDeformed);
 279   // compute UV by intersection of iso-lines found by points on edges
 280
 281   bool compUVByElasticIsolines(const std::list< std::list< TPoint* > >& boundaryPoints,
 282                                const std::list< TPoint* >&         pointsToCompute);
 283   // compute UV as nodes of iso-poly-lines consisting of
 284   // segments keeping relative size as in the pattern
 285
 286   double setFirstEdge (std::list< TopoDS_Edge > & theWire, int theFirstEdgeID);
 287   // choose the best first edge of theWire; return the summary distance
 288   // between point UV computed by isolines intersection and
 289   // eventual UV got from edge p-curves
 290
 291   typedef std::list< std::list< TopoDS_Edge > > TListOfEdgesList;
 292
 293   bool sortSameSizeWires (TListOfEdgesList &                theWireList,
 294                           const TListOfEdgesList::iterator& theFromWire,
 295                           const TListOfEdgesList::iterator& theToWire,
 296                           const int                         theFirstEdgeID,
 297                           std::list< std::list< TPoint* > >&          theEdgesPointsList );
 298   // sort wires in theWireList from theFromWire until theToWire,
 299   // the wires are set in the order to correspond to the order
 300   // of boundaries; after sorting, edges in the wires are put
 301   // in a good order, point UVs on edges are computed and points
 302   // are appended to theEdgesPointsList
 303
 304   typedef std::set<const SMDS_MeshNode*> TNodeSet;
 305
 306   void mergePoints (const bool uniteGroups);
 307   // Merge XYZ on edges and/or faces.
 308
 309   void makePolyElements(const std::vector< const SMDS_MeshNode* >& theNodes,
 310                         const bool                                 toCreatePolygons,
 311                         const bool                                 toCreatePolyedrs);
 312   // prepare intermediate data to create Polygons and Polyhedrons
 313
 314   void createElements(SMESH_Mesh*                                 theMesh,
 315                       const std::vector<const SMDS_MeshNode* >&   theNodesVector,
 316                       const std::list< std::list< int > > &       theElemNodeIDs,
 317                       const std::vector<const SMDS_MeshElement*>& theElements);
 318   // add elements to the mesh
 319
 320   bool getFacesDefinition(const SMDS_MeshNode**                      theBndNodes,
 321                           const int                                  theNbBndNodes,
 322                           const std::vector< const SMDS_MeshNode* >& theNodes,
 323                           std::list< int >&                          theFaceDefs,
 324                           std::vector<int>&                          theQuantity);
 325   // fill faces definition for a volume face defined by theBndNodes
 326   // return true if a face definition changes
 327
 328
 329   bool isReversed(const SMDS_MeshNode*    theFirstNode,
 330                   const std::list< int >& theIdsList) const;
 331   // check xyz ids order in theIdsList taking into account
 332   // theFirstNode on a link
 333
 334   void clearMesh(SMESH_Mesh* theMesh) const;
 335   // clear mesh elements existing on myShape in theMesh
 336
 337   static SMESHDS_SubMesh * getSubmeshWithElements(SMESH_Mesh*         theMesh,
 338                                                   const TopoDS_Shape& theShape);
 339   // return submesh containing elements bound to theShape in theMesh
 340
 341  private:
 342   // fields
 343
 344   typedef std::list< int > TElemDef; // element definition is its nodes ids
 345
 346   bool                                 myIs2D;
 347   std::vector< TPoint >                myPoints;
 348   std::list< int >                     myKeyPointIDs;
 349   std::list< TElemDef >                myElemPointIDs;
 350
 351   ErrorCode                            myErrorCode;
 352   bool                                 myIsComputed;
 353   bool                                 myIsBoundaryPointsFound;
 354
 355   TopoDS_Shape                         myShape;
 356   // all functions assure that shapes are indexed so that first go
 357   // ordered vertices, then ordered edge, then faces and maybe a shell
 358   TopTools_IndexedMapOfOrientedShape   myShapeIDMap;
 359   std::map< int, std::list< TPoint* > >     myShapeIDToPointsMap;
 360
 361   // for the 2d case:
 362   // nb of key-points in each of pattern boundaries
 363   std::list< int >                     myNbKeyPntInBoundary;
 364
 365
 366   // to compute while applying to mesh elements, not to shapes
 367
 368   std::vector<gp_XYZ>                  myXYZ;            // XYZ of nodes to create
 369   std::list< TElemDef >                myElemXYZIDs;     // new elements definitions
 370   std::map< int, const SMDS_MeshNode*> myXYZIdToNodeMap; // map XYZ id to node of a refined element
 371   std::vector<const SMDS_MeshElement*> myElements;       // refined elements
 372   std::vector<const SMDS_MeshNode*>    myOrderedNodes;
 373
 374    // elements to replace with polygon or polyhedron
 375   std::vector<const SMDS_MeshElement*> myPolyElems;
 376   // definitions of new poly elements
 377   std::list< TElemDef >                myPolyElemXYZIDs;
 378   std::list< std::vector<int> >        myPolyhedronQuantities;
 379
 380   // map a boundary to XYZs on it;
 381   // a boundary (edge or face) is defined as a set of its nodes,
 382   // XYZs on a boundary are indices of myXYZ s
 383   std::map<TNodeSet,std::list<std::list<int> > >  myIdsOnBoundary;
 384   // map XYZ id to element it is in
 385   std::map< int, std::list< TElemDef* > >         myReverseConnectivity;
 386 };
 387
 388
 389 #endif