src/SMESHUtils/SMESH_ControlPnt.cxx

   1 // Copyright (C) 2007-2020  CEA/DEN, EDF R&D, OPEN CASCADE
   2 //
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   9 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
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  12 //
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  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 // Author : Lioka RAZAFINDRAZAKA (CEA)
  21
  22 #include "SMESH_ControlPnt.hxx"
  23
  24 #include <BRepBndLib.hxx>
  25 #include <BRepMesh_IncrementalMesh.hxx>
  26 #include <BRep_Tool.hxx>
  27 #include <Bnd_Box.hxx>
  28 #include <GCPnts_UniformAbscissa.hxx>
  29 #include <GeomAdaptor_Curve.hxx>
  30 #include <Geom_Curve.hxx>
  31 #include <IntCurvesFace_Intersector.hxx>
  32 #include <Poly_Array1OfTriangle.hxx>
  33 #include <Poly_Triangle.hxx>
  34 #include <Poly_Triangulation.hxx>
  35 #include <Precision.hxx>
  36 #include <TColgp_Array1OfPnt.hxx>
  37 #include <TopExp_Explorer.hxx>
  38 #include <TopLoc_Location.hxx>
  39 #include <TopoDS.hxx>
  40 #include <TopoDS_Edge.hxx>
  41 #include <TopoDS_Face.hxx>
  42 #include <TopoDS_Iterator.hxx>
  43 #include <TopoDS_Solid.hxx>
  44 #include <gp_Ax3.hxx>
  45 #include <gp_Dir.hxx>
  46 #include <gp_Lin.hxx>
  47 #include <gp_Trsf.hxx>
  48 #include <gp_Vec.hxx>
  49
  50 #include <set>
  51
  52 namespace SMESHUtils
  53 {
  54   // Some functions for surface sampling
  55   void subdivideTriangle( const gp_Pnt& p1,
  56                           const gp_Pnt& p2,
  57                           const gp_Pnt& p3,
  58                           const double& theSize,
  59                           std::vector<ControlPnt>& thePoints );
  60
  61   void computePointsForSplitting( const gp_Pnt& p1,
  62                                   const gp_Pnt& p2,
  63                                   const gp_Pnt& p3,
  64                                   gp_Pnt midPoints[3]);
  65   gp_Pnt tangencyPoint(const gp_Pnt& p1,
  66                        const gp_Pnt& p2,
  67                        const gp_Pnt& Center);
  68
  69 }
  70
  71 //================================================================================
  72 /*!
  73  * \brief Fills a vector of points from which a size map input file can be written
  74  */
  75 //================================================================================
  76
  77 void SMESHUtils::createControlPoints( const TopoDS_Shape&      theShape,
  78                                       const double&            theSize,
  79                                       std::vector<ControlPnt>& thePoints )
  80 {
  81   if ( theShape.ShapeType() == TopAbs_VERTEX )
  82   {
  83     gp_Pnt aPnt = BRep_Tool::Pnt( TopoDS::Vertex(theShape) );
  84     ControlPnt aControlPnt( aPnt, theSize );
  85     thePoints.push_back( aControlPnt );
  86   }
  87   if ( theShape.ShapeType() == TopAbs_EDGE )
  88   {
  89     createPointsSampleFromEdge( TopoDS::Edge( theShape ), theSize, thePoints );
  90   }
  91   else if ( theShape.ShapeType() == TopAbs_WIRE )
  92   {
  93     TopExp_Explorer Ex;
  94     for (Ex.Init(theShape,TopAbs_EDGE); Ex.More(); Ex.Next())
  95     {
  96       createPointsSampleFromEdge( TopoDS::Edge( Ex.Current() ), theSize, thePoints );
  97     }
  98   }
  99   else if ( theShape.ShapeType() ==  TopAbs_FACE )
 100   {
 101     createPointsSampleFromFace( TopoDS::Face( theShape ), theSize, thePoints );
 102   }
 103   else if ( theShape.ShapeType() ==  TopAbs_SOLID )
 104   {
 105     createPointsSampleFromSolid( TopoDS::Solid( theShape ), theSize, thePoints );
 106   }
 107   else if ( theShape.ShapeType() == TopAbs_COMPOUND )
 108   {
 109     TopoDS_Iterator it( theShape );
 110     for(; it.More(); it.Next())
 111     {
 112       createControlPoints( it.Value(), theSize, thePoints );
 113     }
 114   }
 115 }
 116
 117 //================================================================================
 118 /*!
 119  * \brief Fills a vector of points with point samples approximately
 120  * \brief spaced with a given size
 121  */
 122 //================================================================================
 123
 124 void SMESHUtils::createPointsSampleFromEdge( const TopoDS_Edge&       theEdge,
 125                                              const double&            theSize,
 126                                              std::vector<ControlPnt>& thePoints )
 127 {
 128   double step = theSize;
 129   double first, last;
 130   Handle( Geom_Curve ) aCurve = BRep_Tool::Curve( theEdge, first, last );
 131   GeomAdaptor_Curve C ( aCurve );
 132   GCPnts_UniformAbscissa DiscretisationAlgo(C, step , first, last, Precision::Confusion());
 133   int nbPoints = DiscretisationAlgo.NbPoints();
 134
 135   ControlPnt aPnt;
 136   aPnt.SetSize(theSize);
 137
 138   for ( int i = 1; i <= nbPoints; i++ )
 139   {
 140     double param = DiscretisationAlgo.Parameter( i );
 141     aCurve->D0( param, aPnt );
 142     thePoints.push_back( aPnt );
 143   }
 144 }
 145
 146 //================================================================================
 147 /*!
 148  * \brief Fills a vector of points with point samples approximately
 149  * \brief spaced with a given size
 150  */
 151 //================================================================================
 152
 153 void SMESHUtils::createPointsSampleFromFace( const TopoDS_Face&       theFace,
 154                                              const double&            theSize,
 155                                              std::vector<ControlPnt>& thePoints )
 156 {
 157   BRepMesh_IncrementalMesh M(theFace, 0.01, Standard_True);
 158   TopLoc_Location aLocation;
 159
 160   // Triangulate the face
 161   Handle(Poly_Triangulation) aTri = BRep_Tool::Triangulation (theFace, aLocation);
 162
 163   // Get the transformation associated to the face location
 164   gp_Trsf aTrsf = aLocation.Transformation();
 165
 166   // Get triangles
 167   int nbTriangles = aTri->NbTriangles();
 168   const Poly_Array1OfTriangle& triangles = aTri->Triangles();
 169
 170   // GetNodes
 171   int nbNodes = aTri->NbNodes();
 172   TColgp_Array1OfPnt nodes(1,nbNodes);
 173   nodes = aTri->Nodes();
 174
 175   // Iterate on triangles and subdivide them
 176   thePoints.reserve( thePoints.size() + nbTriangles );
 177   for ( int i = 1; i <= nbTriangles; i++ )
 178   {
 179     const Poly_Triangle& aTriangle = triangles.Value(i);
 180     gp_Pnt p1 = nodes.Value(aTriangle.Value(1));
 181     gp_Pnt p2 = nodes.Value(aTriangle.Value(2));
 182     gp_Pnt p3 = nodes.Value(aTriangle.Value(3));
 183
 184     p1.Transform(aTrsf);
 185     p2.Transform(aTrsf);
 186     p3.Transform(aTrsf);
 187
 188     subdivideTriangle( p1, p2, p3, theSize, thePoints );
 189   }
 190 }
 191
 192 //================================================================================
 193 /*!
 194  * \brief Fills a vector of points with point samples approximately
 195  * \brief spaced with a given size
 196  */
 197 //================================================================================
 198
 199 void SMESHUtils::createPointsSampleFromSolid( const TopoDS_Solid&      theSolid,
 200                                               const double&            theSize,
 201                                               std::vector<ControlPnt>& thePoints )
 202 {
 203   // Compute the bounding box
 204   double Xmin, Ymin, Zmin, Xmax, Ymax, Zmax;
 205   Bnd_Box B;
 206   BRepBndLib::Add(theSolid, B);
 207   B.Get(Xmin, Ymin, Zmin, Xmax, Ymax, Zmax);
 208
 209   // Create the points
 210   double step = theSize;
 211
 212   for ( double x=Xmin; x-Xmax<Precision::Confusion(); x=x+step )
 213   {
 214     for ( double y=Ymin; y-Ymax<Precision::Confusion(); y=y+step )
 215     {
 216       // Step1 : generate the Zmin -> Zmax line
 217       gp_Pnt startPnt(x, y, Zmin);
 218       gp_Pnt endPnt(x, y, Zmax);
 219       gp_Vec aVec(startPnt, endPnt);
 220       gp_Lin aLine(startPnt, aVec);
 221       double endParam = Zmax - Zmin;
 222
 223       // Step2 : for each face of theSolid:
 224       std::set<double> intersections;
 225
 226       for ( TopExp_Explorer Ex( theSolid, TopAbs_FACE ); Ex.More(); Ex.Next() )
 227       {
 228         // check if there is an intersection
 229         IntCurvesFace_Intersector anIntersector(TopoDS::Face(Ex.Current()), Precision::Confusion());
 230         anIntersector.Perform(aLine, 0, endParam);
 231
 232         // get the intersection's parameter and store it
 233         int nbPoints = anIntersector.NbPnt();
 234         for ( int i = 0 ; i < nbPoints; i++ )
 235         {
 236           intersections.insert( anIntersector.WParameter(i+1) );
 237         }
 238       }
 239       // Step3 : go through the line chunk by chunk
 240       if ( intersections.size() > 1 )
 241       {
 242         std::set<double>::iterator intersectionsIterator=intersections.begin();
 243         double first = *intersectionsIterator;
 244         intersectionsIterator++;
 245         bool innerPoints = true;
 246         for ( ; intersectionsIterator!=intersections.end() ; intersectionsIterator++ )
 247         {
 248           double second = *intersectionsIterator;
 249           if ( innerPoints )
 250           {
 251             // If the last chunk was outside of the shape or this is the first chunk
 252             // add the points in the range [first, second] to the points vector
 253             double localStep = (second -first) / ceil( (second - first) / step );
 254             for ( double z = Zmin + first; z < Zmin + second; z = z + localStep )
 255             {
 256               thePoints.emplace_back( x, y, z, theSize );
 257             }
 258             thePoints.emplace_back( x, y, Zmin + second, theSize );
 259           }
 260           first = second;
 261           innerPoints = !innerPoints;
 262         }
 263       }
 264     }
 265   }
 266 }
 267
 268 //================================================================================
 269 /*!
 270  * \brief Subdivides a triangle until it reaches a certain size (recursive function)
 271  */
 272 //================================================================================
 273
 274 void SMESHUtils::subdivideTriangle( const gp_Pnt& p1,
 275                                     const gp_Pnt& p2,
 276                                     const gp_Pnt& p3,
 277                                     const double& theSize,
 278                                     std::vector<ControlPnt>& thePoints)
 279 {
 280   // Size threshold to stop subdividing
 281   // This value ensures that two control points are distant no more than 2*theSize
 282   // as shown below
 283   //
 284   // The greater distance D of the mass center M to each Edge is 1/3 * Median
 285   // and Median < sqrt(3/4) * a  where a is the greater side (by using Apollonius' thorem).
 286   // So D < 1/3 * sqrt(3/4) * a and if a < sqrt(3) * S then D < S/2
 287   // and the distance between two mass centers of two neighbouring triangles
 288   // sharing an edge is < 2 * 1/2 * S = S
 289   // If the traingles share a Vertex and no Edge the distance of the mass centers
 290   // to the Vertices is 2*D < S so the mass centers are distant of less than 2*S
 291
 292   double threshold = sqrt( 3. ) * theSize;
 293
 294   if ( p1.Distance(p2) > threshold ||
 295        p2.Distance(p3) > threshold ||
 296        p3.Distance(p1) > threshold )
 297     try
 298     {
 299       gp_Pnt midPoints[3];
 300       computePointsForSplitting( p1, p2, p3, midPoints );
 301
 302       subdivideTriangle( midPoints[0], midPoints[1], midPoints[2], theSize, thePoints );
 303       subdivideTriangle( midPoints[0], p2, midPoints[1], theSize, thePoints );
 304       subdivideTriangle( midPoints[2], midPoints[1], p3, theSize, thePoints );
 305       subdivideTriangle( p1, midPoints[0], midPoints[2], theSize, thePoints );
 306       return;
 307     }
 308     catch (...)
 309     {
 310     }
 311
 312   gp_Pnt massCenter = ( p1.XYZ() + p2.XYZ() + p3.XYZ() ) / 3.;
 313   thePoints.emplace_back( massCenter, theSize );
 314 }
 315
 316 //================================================================================
 317 /*!
 318  * \brief Returns the appropriate points for splitting a triangle
 319  * the tangency points of the incircle are used in order to have mostly
 320  * well-shaped sub-triangles
 321  */
 322 //================================================================================
 323
 324 void SMESHUtils::computePointsForSplitting( const gp_Pnt& p1,
 325                                             const gp_Pnt& p2,
 326                                             const gp_Pnt& p3,
 327                                             gp_Pnt midPoints[3])
 328 {
 329   //Change coordinates
 330   gp_Trsf Trsf_1;            // Identity transformation
 331   gp_Ax3 reference_system(gp::Origin(), gp::DZ(), gp::DX());   // OXY
 332
 333   gp_Vec Vx(p1, p3);
 334   gp_Vec Vaux(p1, p2);
 335   gp_Dir Dx(Vx);
 336   gp_Dir Daux(Vaux);
 337   gp_Dir Dz = Dx.Crossed(Daux);
 338   gp_Ax3 current_system(p1, Dz, Dx);
 339
 340   Trsf_1.SetTransformation( reference_system, current_system );
 341
 342   gp_Pnt A = p1.Transformed(Trsf_1);
 343   gp_Pnt B = p2.Transformed(Trsf_1);
 344   gp_Pnt C = p3.Transformed(Trsf_1);
 345
 346   double a =  B.Distance(C) ;
 347   double b =  A.Distance(C) ;
 348   double c =  B.Distance(A) ;
 349
 350   // Incenter coordinates
 351   // see http://mathworld.wolfram.com/Incenter.html
 352   double Xi = ( b*B.X() + c*C.X() ) / ( a + b + c );
 353   double Yi = ( b*B.Y() ) / ( a + b + c );
 354   gp_Pnt Center(Xi, Yi, 0);
 355
 356   // Calculate the tangency points of the incircle
 357   gp_Pnt T1 = tangencyPoint( A, B, Center);
 358   gp_Pnt T2 = tangencyPoint( B, C, Center);
 359   gp_Pnt T3 = tangencyPoint( C, A, Center);
 360
 361   midPoints[0] = T1.Transformed(Trsf_1.Inverted());
 362   midPoints[1] = T2.Transformed(Trsf_1.Inverted());
 363   midPoints[2] = T3.Transformed(Trsf_1.Inverted());
 364
 365   return;
 366 }
 367
 368 //================================================================================
 369 /*!
 370  * \brief Computes the tangency points of the circle of center Center with
 371  * \brief the straight line (p1 p2)
 372  */
 373 //================================================================================
 374
 375 gp_Pnt SMESHUtils::tangencyPoint(const gp_Pnt& p1,
 376                                  const gp_Pnt& p2,
 377                                  const gp_Pnt& Center)
 378 {
 379   double Xt = 0;
 380   double Yt = 0;
 381
 382   // The tangency point is the intersection of the straight line (p1 p2)
 383   // and the straight line (Center T) which is orthogonal to (p1 p2)
 384   if ( fabs(p1.X() - p2.X()) <= Precision::Confusion() )
 385   {
 386     Xt=p1.X();     // T is on (p1 p2)
 387     Yt=Center.Y(); // (Center T) is orthogonal to (p1 p2)
 388   }
 389   else if ( fabs(p1.Y() - p2.Y()) <= Precision::Confusion() )
 390   {
 391     Yt=p1.Y();     // T is on (p1 p2)
 392     Xt=Center.X(); // (Center T) is orthogonal to (p1 p2)
 393   }
 394   else
 395   {
 396     // First straight line coefficients (equation y=a*x+b)
 397     double a = (p2.Y() - p1.Y()) / (p2.X() - p1.X())  ;
 398     double b = p1.Y() - a*p1.X();         // p1 is on this straight line
 399
 400     // Second straight line coefficients (equation y=c*x+d)
 401     double c = -1 / a;                    // The 2 lines are orthogonal
 402     double d = Center.Y() - c*Center.X(); // Center is on this straight line
 403
 404     Xt = (d - b) / (a - c);
 405     Yt = a*Xt + b;
 406   }
 407
 408   return gp_Pnt( Xt, Yt, 0 );
 409 }