src/SMESH/SMESH_Pattern.hxx

   1 //  Copyright (C) 2003  OPEN CASCADE, EADS/CCR, LIP6, CEA/DEN,
   2 //  CEDRAT, EDF R&D, LEG, PRINCIPIA R&D, BUREAU VERITAS
   3 //
   4 //  This library is free software; you can redistribute it and/or
   5 //  modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   6 //  License as published by the Free Software Foundation; either
   7 //  version 2.1 of the License.
   8 //
   9 //  This library is distributed in the hope that it will be useful,
  10 //  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11 //  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12 //  Lesser General Public License for more details.
  13 //
  14 //  You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  15 //  License along with this library; if not, write to the Free Software
  16 //  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  17 //
  18 // See http://www.salome-platform.org/ or email : webmaster.salome@opencascade.com
  19
  20 // File      : SMESH_Pattern.hxx
  21 // Created   : Mon Aug  2 10:30:00 2004
  22 // Author    : Edward AGAPOV (eap)
  23
  24 #ifndef SMESH_Pattern_HeaderFile
  25 #define SMESH_Pattern_HeaderFile
  26
  27 #include "SMESH_SMESH.hxx"
  28
  29 #include <vector>
  30 #include <list>
  31 #include <map>
  32 #include <set>
  33 #include <iostream>
  34
  35 #include <TopoDS_Shape.hxx>
  36 #include <TopTools_IndexedMapOfOrientedShape.hxx>
  37 #include <gp_XYZ.hxx>
  38 #include <gp_XY.hxx>
  39 #include <gp_Pnt.hxx>
  40
  41 class SMDS_MeshElement;
  42 class SMDS_MeshFace;
  43 class SMDS_MeshVolume;
  44 class SMDS_MeshNode;
  45 class SMESH_Mesh;
  46 class SMESHDS_SubMesh;
  47 class TopoDS_Shell;
  48 class TopoDS_Vertex;
  49 class TopoDS_Face;
  50 class TopoDS_Edge;
  51
  52 //
  53 // Class allowing meshing by mapping of pre-defined patterns: it generates
  54 // a 2D mesh on a geometrical face or a 3D mesh inside a geometrical block
  55 // of 6 faces.
  56 //
  57
  58 class SMESH_EXPORT SMESH_Pattern {
  59  public:
  60
  61   SMESH_Pattern ();
  62
  63   void Clear();
  64   // clear fields
  65
  66   bool Load (const char* theFileContents);
  67   // Load a pattern from <theFileContents>
  68
  69   bool Load (SMESH_Mesh*        theMesh,
  70              const TopoDS_Face& theFace,
  71              bool               theProject = false);
  72   // Create a pattern from the mesh built on <theFace>.
  73   // <theProject>==true makes override nodes positions
  74   // on <theFace> computed by mesher
  75
  76   bool Load (SMESH_Mesh*         theMesh,
  77              const TopoDS_Shell& theBlock);
  78   // Create a pattern from the mesh built on <theBlock>
  79
  80   bool Save (std::ostream& theFile);
  81   // Save the loaded pattern into theFile
  82
  83   bool Apply (const TopoDS_Face&   theFace,
  84               const TopoDS_Vertex& theVertexOnKeyPoint1,
  85               const bool           theReverse);
  86   // Compute nodes coordinates applying
  87   // the loaded pattern to <theFace>. The first key-point
  88   // will be mapped into <theVertexOnKeyPoint1>, which must
  89   // be in the outer wire of theFace
  90
  91   bool Apply (const TopoDS_Shell&  theBlock,
  92               const TopoDS_Vertex& theVertex000,
  93               const TopoDS_Vertex& theVertex001);
  94   // Compute nodes coordinates applying
  95   // the loaded pattern to <theBlock>. The (0,0,0) key-point
  96   // will be mapped into <theVertex000>. The
  97   // (0,0,1) key-point will be mapped into <theVertex001>.
  98
  99   bool Apply (const SMDS_MeshFace* theFace,
 100               const int            theNodeIndexOnKeyPoint1,
 101               const bool           theReverse);
 102   // Compute nodes coordinates applying
 103   // the loaded pattern to <theFace>. The first key-point
 104   // will be mapped into <theNodeIndexOnKeyPoint1>-th node
 105
 106   bool Apply (SMESH_Mesh*          theMesh,
 107               const SMDS_MeshFace* theFace,
 108               const TopoDS_Shape&  theSurface,
 109               const int            theNodeIndexOnKeyPoint1,
 110               const bool           theReverse);
 111   // Compute nodes coordinates applying
 112   // the loaded pattern to <theFace>. The first key-point
 113   // will be mapped into <theNodeIndexOnKeyPoint1>-th node
 114
 115   bool Apply (SMESH_Mesh*                     theMesh,
 116               std::set<const SMDS_MeshFace*>& theFaces,
 117               const int                       theNodeIndexOnKeyPoint1,
 118               const bool                      theReverse);
 119   // Compute nodes coordinates applying
 120   // the loaded pattern to <theFaces>. The first key-point
 121   // will be mapped into <theNodeIndexOnKeyPoint1>-th node
 122
 123   bool Apply (const SMDS_MeshVolume* theVolume,
 124               const int              theNode000Index,
 125               const int              theNode001Index);
 126   // Compute nodes coordinates applying
 127   // the loaded pattern to <theVolume>. The (0,0,0) key-point
 128   // will be mapped into <theNode000Index>-th node. The
 129   // (0,0,1) key-point will be mapped into <theNode000Index>-th
 130   // node.
 131
 132   bool Apply (std::set<const SMDS_MeshVolume*>& theVolumes,
 133               const int                         theNode000Index,
 134               const int                         theNode001Index);
 135   // Compute nodes coordinates applying
 136   // the loaded pattern to <theVolumes>. The (0,0,0) key-point
 137   // will be mapped into <theNode000Index>-th node. The
 138   // (0,0,1) key-point will be mapped into <theNode000Index>-th
 139   // node.
 140
 141   bool GetMappedPoints ( std::list<const gp_XYZ *> & thePoints ) const;
 142   // Return nodes coordinates computed by Apply() method
 143
 144   bool MakeMesh(SMESH_Mesh* theMesh,
 145                 const bool toCreatePolygons = false,
 146                 const bool toCreatePolyedrs = false);
 147   // Create nodes and elements in <theMesh> using nodes
 148   // coordinates computed by either of Apply...() methods
 149
 150   // ----------
 151   // Inquiries
 152   // ----------
 153
 154   enum ErrorCode {
 155     ERR_OK,
 156     // Load(file)
 157     ERR_READ_NB_POINTS, // couldn't read nb of points
 158     ERR_READ_POINT_COORDS, // invalid nb of point coordinates
 159     ERR_READ_TOO_FEW_POINTS,  // too few points in a pattern
 160     ERR_READ_3D_COORD,  // coordinate of 3D point out of [0,1] range
 161     ERR_READ_NO_KEYPOINT, // no key-points in 2D pattern
 162     ERR_READ_BAD_INDEX, // invalid point index
 163     ERR_READ_ELEM_POINTS, // invalid nb of points in element
 164     ERR_READ_NO_ELEMS, // no elements in a pattern
 165     ERR_READ_BAD_KEY_POINT, // a key-point not on a boundary
 166     // Save(file)
 167     ERR_SAVE_NOT_LOADED, // pattern was not loaded
 168     // Load(shape)
 169     ERR_LOAD_EMPTY_SUBMESH, // no elements to load
 170     // Load(face)
 171     ERR_LOADF_NARROW_FACE, // too narrow face
 172     ERR_LOADF_CLOSED_FACE, // closed face
 173     ERR_LOADF_CANT_PROJECT, // impossible to project nodes
 174     // Load(volume)
 175     ERR_LOADV_BAD_SHAPE, // volume is not a brick of 6 faces
 176     ERR_LOADV_COMPUTE_PARAMS, // cant compute point parameters
 177     // Apply(shape)
 178     ERR_APPL_NOT_COMPUTED, // mapping failed
 179     ERR_APPL_NOT_LOADED, // pattern was not loaded
 180     ERR_APPL_BAD_DIMENTION, // wrong shape dimention
 181     ERR_APPL_BAD_NB_VERTICES, // keypoints - vertices mismatch
 182     // Apply(face)
 183     ERR_APPLF_BAD_TOPOLOGY, // bad pattern topology
 184     ERR_APPLF_BAD_VERTEX, // first vertex not on an outer face boundary
 185     ERR_APPLF_INTERNAL_EEROR, // program error
 186     // Apply(volume)
 187     ERR_APPLV_BAD_SHAPE, // volume is not a brick of 6 faces
 188     // Apply(mesh_face)
 189     ERR_APPLF_BAD_FACE_GEOM, // bad face geometry
 190     // MakeMesh
 191     ERR_MAKEM_NOT_COMPUTED // mapping failed
 192   };
 193
 194   ErrorCode GetErrorCode() const { return myErrorCode; }
 195   // return ErrorCode of the last operation
 196
 197   bool IsLoaded() const { return !myPoints.empty() && !myElemPointIDs.empty(); }
 198   // Return true if a pattern was successfully loaded
 199
 200   bool Is2D() const { return myIs2D; }
 201   // Return true if the loaded pattern is a 2D one
 202
 203   bool GetPoints ( std::list<const gp_XYZ *> & thePoints ) const;
 204   // Return nodes coordinates of the pattern
 205
 206   const std::list< int > & GetKeyPointIDs () const { return myKeyPointIDs; }
 207   // Return indices of key-points within the sequences returned by
 208   // GetPoints() and GetMappedPoints()
 209
 210   const std::list< std::list< int > >& GetElementPointIDs (bool applied) const
 211   { return myElemXYZIDs.empty() || !applied ? myElemPointIDs : myElemXYZIDs; }
 212   // Return nodal connectivity of the elements of the pattern
 213
 214   void DumpPoints() const;
 215   // Debug
 216
 217   // -----------------------------
 218   // Utilities for advanced usage
 219   // -----------------------------
 220
 221   TopoDS_Shape GetSubShape( const int i ) const {
 222     if ( i < 1 || i > myShapeIDMap.Extent() ) return TopoDS_Shape();
 223     return myShapeIDMap( i );
 224   }
 225   // Return a shape from myShapeIDMap where shapes are indexed so that first go
 226   // ordered vertices, then ordered edge, then faces and maybe a shell
 227
 228 private:
 229   // private methods
 230
 231   struct TPoint {
 232     gp_XYZ myInitXYZ; // loaded postion
 233     gp_XY  myInitUV;
 234     double myInitU; // [0,1]
 235     gp_Pnt myXYZ; // position to compute
 236     gp_XY  myUV;
 237     double myU;
 238     TPoint();
 239   };
 240   friend std::ostream & operator <<(std::ostream & OS, const TPoint& p);
 241
 242   bool setErrorCode( const ErrorCode theErrorCode )
 243   { myErrorCode = theErrorCode; return myErrorCode == ERR_OK; }
 244   // set ErrorCode and return true if it is Ok
 245
 246   bool setShapeToMesh(const TopoDS_Shape& theShape);
 247   // Set a shape to be meshed. Return True if meshing is possible
 248
 249   list< TPoint* > & getShapePoints(const TopoDS_Shape& theShape);
 250   // Return list of points located on theShape.
 251   // A list of edge-points include vertex-points (for 2D pattern only).
 252   // A list of face-points doesnt include edge-points.
 253   // A list of volume-points doesnt include face-points.
 254
 255   list< TPoint* > & getShapePoints(const int theShapeID);
 256   // Return list of points located on the shape
 257
 258   bool findBoundaryPoints();
 259   // If loaded from file, find points to map on edges and faces and
 260   // compute their parameters
 261
 262   void arrangeBoundaries (list< list< TPoint* > >& boundaryPoints);
 263   // if there are several wires, arrange boundaryPoints so that
 264   // the outer wire goes first and fix inner wires orientation;
 265   // update myKeyPointIDs to correspond to the order of key-points
 266   // in boundaries; sort internal boundaries by the nb of key-points
 267
 268   void computeUVOnEdge( const TopoDS_Edge& theEdge, const list< TPoint* > & ePoints );
 269   // compute coordinates of points on theEdge
 270
 271   bool compUVByIsoIntersection (const list< list< TPoint* > >& boundaryPoints,
 272                                 const gp_XY&                   theInitUV,
 273                                 gp_XY&                         theUV,
 274                                 bool &                         theIsDeformed);
 275   // compute UV by intersection of iso-lines found by points on edges
 276
 277   bool compUVByElasticIsolines(const list< list< TPoint* > >& boundaryPoints,
 278                                const list< TPoint* >&         pointsToCompute);
 279   // compute UV as nodes of iso-poly-lines consisting of
 280   // segments keeping relative size as in the pattern
 281
 282   double setFirstEdge (list< TopoDS_Edge > & theWire, int theFirstEdgeID);
 283   // choose the best first edge of theWire; return the summary distance
 284   // between point UV computed by isolines intersection and
 285   // eventual UV got from edge p-curves
 286
 287   typedef list< list< TopoDS_Edge > > TListOfEdgesList;
 288
 289   bool sortSameSizeWires (TListOfEdgesList &                theWireList,
 290                           const TListOfEdgesList::iterator& theFromWire,
 291                           const TListOfEdgesList::iterator& theToWire,
 292                           const int                         theFirstEdgeID,
 293                           list< list< TPoint* > >&          theEdgesPointsList );
 294   // sort wires in theWireList from theFromWire until theToWire,
 295   // the wires are set in the order to correspond to the order
 296   // of boundaries; after sorting, edges in the wires are put
 297   // in a good order, point UVs on edges are computed and points
 298   // are appended to theEdgesPointsList
 299
 300   typedef std::set<const SMDS_MeshNode*> TNodeSet;
 301
 302   void mergePoints (const bool uniteGroups);
 303   // Merge XYZ on edges and/or faces.
 304
 305   void makePolyElements(const std::vector< const SMDS_MeshNode* >& theNodes,
 306                         const bool                                 toCreatePolygons,
 307                         const bool                                 toCreatePolyedrs);
 308   // prepare intermediate data to create Polygons and Polyhedrons
 309
 310   void createElements(SMESH_Mesh*                                 theMesh,
 311                       const std::vector<const SMDS_MeshNode* >&   theNodesVector,
 312                       const std::list< std::list< int > > &       theElemNodeIDs,
 313                       const std::vector<const SMDS_MeshElement*>& theElements);
 314   // add elements to the mesh
 315
 316   bool getFacesDefinition(const SMDS_MeshNode**                      theBndNodes,
 317                           const int                                  theNbBndNodes,
 318                           const std::vector< const SMDS_MeshNode* >& theNodes,
 319                           std::list< int >&                          theFaceDefs,
 320                           std::vector<int>&                          theQuantity);
 321   // fill faces definition for a volume face defined by theBndNodes
 322   // return true if a face definition changes
 323
 324
 325   bool isReversed(const SMDS_MeshNode*    theFirstNode,
 326                   const std::list< int >& theIdsList) const;
 327   // check xyz ids order in theIdsList taking into account
 328   // theFirstNode on a link
 329
 330   void clearMesh(SMESH_Mesh* theMesh) const;
 331   // clear mesh elements existing on myShape in theMesh
 332
 333   static SMESHDS_SubMesh * getSubmeshWithElements(SMESH_Mesh*         theMesh,
 334                                                   const TopoDS_Shape& theShape);
 335   // return submesh containing elements bound to theShape in theMesh
 336
 337  private:
 338   // fields
 339
 340   typedef std::list< int > TElemDef; // element definition is its nodes ids
 341
 342   bool                                 myIs2D;
 343   std::vector< TPoint >                myPoints;
 344   std::list< int >                     myKeyPointIDs;
 345   std::list< TElemDef >                myElemPointIDs;
 346
 347   ErrorCode                            myErrorCode;
 348   bool                                 myIsComputed;
 349   bool                                 myIsBoundaryPointsFound;
 350
 351   TopoDS_Shape                         myShape;
 352   // all functions assure that shapes are indexed so that first go
 353   // ordered vertices, then ordered edge, then faces and maybe a shell
 354   TopTools_IndexedMapOfOrientedShape   myShapeIDMap;
 355   std::map< int, list< TPoint* > >     myShapeIDToPointsMap;
 356
 357   // for the 2d case:
 358   // nb of key-points in each of pattern boundaries
 359   std::list< int >                     myNbKeyPntInBoundary;
 360
 361
 362   // to compute while applying to mesh elements, not to shapes
 363
 364   std::vector<gp_XYZ>                  myXYZ;            // XYZ of nodes to create
 365   std::list< TElemDef >                myElemXYZIDs;     // new elements definitions
 366   std::map< int, const SMDS_MeshNode*> myXYZIdToNodeMap; // map XYZ id to node of a refined element
 367   std::vector<const SMDS_MeshElement*> myElements;       // refined elements
 368   std::vector<const SMDS_MeshNode*>    myOrderedNodes;
 369
 370    // elements to replace with polygon or polyhedron
 371   std::vector<const SMDS_MeshElement*> myPolyElems;
 372   // definitions of new poly elements
 373   std::list< TElemDef >                myPolyElemXYZIDs;
 374   std::list< std::vector<int> >        myPolyhedronQuantities;
 375
 376   // map a boundary to XYZs on it;
 377   // a boundary (edge or face) is defined as a set of its nodes,
 378   // XYZs on a boundary are indices of myXYZ s
 379   std::map<TNodeSet,std::list<std::list<int> > >  myIdsOnBoundary;
 380   // map XYZ id to element it is in
 381   std::map< int, std::list< TElemDef* > >         myReverseConnectivity;
 382 };
 383
 384
 385 #endif