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Optimize ConvertToQuadratic
[modules/smesh.git] / src / SMESHUtils / SMESH_MeshAlgos.cxx
1 // Copyright (C) 2007-2016  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, or (at your option) any later version.
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_MeshAlgos.hxx
23 // Created   : Tue Apr 30 18:00:36 2013
24 // Author    : Edward AGAPOV (eap)
25
26 // This file holds some low level algorithms extracted from SMESH_MeshEditor
27 // to make them accessible from Controls package
28
29 #include "SMESH_MeshAlgos.hxx"
30
31 #include "SMDS_FaceOfNodes.hxx"
32 #include "SMDS_LinearEdge.hxx"
33 #include "SMDS_Mesh.hxx"
34 #include "SMDS_PolygonalFaceOfNodes.hxx"
35 #include "SMDS_VolumeTool.hxx"
36 #include "SMESH_OctreeNode.hxx"
37
38 #include <GC_MakeSegment.hxx>
39 #include <GeomAPI_ExtremaCurveCurve.hxx>
40 #include <Geom_Line.hxx>
41 #include <IntAna_IntConicQuad.hxx>
42 #include <IntAna_Quadric.hxx>
43 #include <gp_Lin.hxx>
44 #include <gp_Pln.hxx>
45
46 #include <limits>
47 #include <numeric>
48
49 using namespace std;
50
51 //=======================================================================
52 /*!
53  * \brief Implementation of search for the node closest to point
54  */
55 //=======================================================================
56
57 struct SMESH_NodeSearcherImpl: public SMESH_NodeSearcher
58 {
59   //---------------------------------------------------------------------
60   /*!
61    * \brief Constructor
62    */
63   SMESH_NodeSearcherImpl( const SMDS_Mesh*     theMesh   = 0,
64                           SMDS_ElemIteratorPtr theElemIt = SMDS_ElemIteratorPtr() )
65   {
66     myMesh = ( SMDS_Mesh* ) theMesh;
67
68     TIDSortedNodeSet nodes;
69     if ( theMesh ) {
70       SMDS_NodeIteratorPtr nIt = theMesh->nodesIterator(/*idInceasingOrder=*/true);
71       while ( nIt->more() )
72         nodes.insert( nodes.end(), nIt->next() );
73     }
74     else if ( theElemIt )
75     {
76       while ( theElemIt->more() )
77       {
78         const SMDS_MeshElement* e = theElemIt->next();
79         nodes.insert( e->begin_nodes(), e->end_nodes() );
80       }
81     }
82     myOctreeNode = new SMESH_OctreeNode(nodes) ;
83
84     // get max size of a leaf box
85     SMESH_OctreeNode* tree = myOctreeNode;
86     while ( !tree->isLeaf() )
87     {
88       SMESH_OctreeNodeIteratorPtr cIt = tree->GetChildrenIterator();
89       if ( cIt->more() )
90         tree = cIt->next();
91     }
92     myHalfLeafSize = tree->maxSize() / 2.;
93   }
94
95   //---------------------------------------------------------------------
96   /*!
97    * \brief Move node and update myOctreeNode accordingly
98    */
99   void MoveNode( const SMDS_MeshNode* node, const gp_Pnt& toPnt )
100   {
101     myOctreeNode->UpdateByMoveNode( node, toPnt );
102     myMesh->MoveNode( node, toPnt.X(), toPnt.Y(), toPnt.Z() );
103   }
104
105   //---------------------------------------------------------------------
106   /*!
107    * \brief Do it's job
108    */
109   const SMDS_MeshNode* FindClosestTo( const gp_Pnt& thePnt )
110   {
111     map<double, const SMDS_MeshNode*> dist2Nodes;
112     myOctreeNode->NodesAround( thePnt.Coord(), dist2Nodes, myHalfLeafSize );
113     if ( !dist2Nodes.empty() )
114       return dist2Nodes.begin()->second;
115     list<const SMDS_MeshNode*> nodes;
116     //myOctreeNode->NodesAround( &tgtNode, &nodes, myHalfLeafSize );
117
118     double minSqDist = DBL_MAX;
119     if ( nodes.empty() )  // get all nodes of OctreeNode's closest to thePnt
120     {
121       // sort leafs by their distance from thePnt
122       typedef map< double, SMESH_OctreeNode* > TDistTreeMap;
123       TDistTreeMap treeMap;
124       list< SMESH_OctreeNode* > treeList;
125       list< SMESH_OctreeNode* >::iterator trIt;
126       treeList.push_back( myOctreeNode );
127
128       gp_XYZ pointNode( thePnt.X(), thePnt.Y(), thePnt.Z() );
129       bool pointInside = myOctreeNode->isInside( pointNode, myHalfLeafSize );
130       for ( trIt = treeList.begin(); trIt != treeList.end(); ++trIt)
131       {
132         SMESH_OctreeNode* tree = *trIt;
133         if ( !tree->isLeaf() ) // put children to the queue
134         {
135           if ( pointInside && !tree->isInside( pointNode, myHalfLeafSize )) continue;
136           SMESH_OctreeNodeIteratorPtr cIt = tree->GetChildrenIterator();
137           while ( cIt->more() )
138             treeList.push_back( cIt->next() );
139         }
140         else if ( tree->NbNodes() ) // put a tree to the treeMap
141         {
142           const Bnd_B3d& box = *tree->getBox();
143           double sqDist = thePnt.SquareDistance( 0.5 * ( box.CornerMin() + box.CornerMax() ));
144           pair<TDistTreeMap::iterator,bool> it_in = treeMap.insert( make_pair( sqDist, tree ));
145           if ( !it_in.second ) // not unique distance to box center
146             treeMap.insert( it_in.first, make_pair( sqDist + 1e-13*treeMap.size(), tree ));
147         }
148       }
149       // find distance after which there is no sense to check tree's
150       double sqLimit = DBL_MAX;
151       TDistTreeMap::iterator sqDist_tree = treeMap.begin();
152       if ( treeMap.size() > 5 ) {
153         SMESH_OctreeNode* closestTree = sqDist_tree->second;
154         const Bnd_B3d& box = *closestTree->getBox();
155         double limit = sqrt( sqDist_tree->first ) + sqrt ( box.SquareExtent() );
156         sqLimit = limit * limit;
157       }
158       // get all nodes from trees
159       for ( ; sqDist_tree != treeMap.end(); ++sqDist_tree) {
160         if ( sqDist_tree->first > sqLimit )
161           break;
162         SMESH_OctreeNode* tree = sqDist_tree->second;
163         tree->NodesAround( tree->GetNodeIterator()->next(), &nodes );
164       }
165     }
166     // find closest among nodes
167     minSqDist = DBL_MAX;
168     const SMDS_MeshNode* closestNode = 0;
169     list<const SMDS_MeshNode*>::iterator nIt = nodes.begin();
170     for ( ; nIt != nodes.end(); ++nIt ) {
171       double sqDist = thePnt.SquareDistance( SMESH_TNodeXYZ( *nIt ) );
172       if ( minSqDist > sqDist ) {
173         closestNode = *nIt;
174         minSqDist = sqDist;
175       }
176     }
177     return closestNode;
178   }
179
180   //---------------------------------------------------------------------
181   /*!
182    * \brief Finds nodes located within a tolerance near a point 
183    */
184   int FindNearPoint(const gp_Pnt&                        point,
185                     const double                         tolerance,
186                     std::vector< const SMDS_MeshNode* >& foundNodes)
187   {
188     myOctreeNode->NodesAround( point.Coord(), foundNodes, tolerance );
189     return foundNodes.size();
190   }
191
192   //---------------------------------------------------------------------
193   /*!
194    * \brief Destructor
195    */
196   ~SMESH_NodeSearcherImpl() { delete myOctreeNode; }
197
198   //---------------------------------------------------------------------
199   /*!
200    * \brief Return the node tree
201    */
202   const SMESH_OctreeNode* getTree() const { return myOctreeNode; }
203
204 private:
205   SMESH_OctreeNode* myOctreeNode;
206   SMDS_Mesh*        myMesh;
207   double            myHalfLeafSize; // max size of a leaf box
208 };
209
210 // ========================================================================
211 namespace // Utils used in SMESH_ElementSearcherImpl::FindElementsByPoint()
212 {
213   const int MaxNbElemsInLeaf = 10; // maximal number of elements in a leaf of tree
214   const int MaxLevel         = 7;  // maximal tree height -> nb terminal boxes: 8^7 = 2097152
215   const double NodeRadius = 1e-9;  // to enlarge bnd box of element
216
217   //=======================================================================
218   /*!
219    * \brief Octal tree of bounding boxes of elements
220    */
221   //=======================================================================
222
223   class ElementBndBoxTree : public SMESH_Octree
224   {
225   public:
226
227     ElementBndBoxTree(const SMDS_Mesh&     mesh,
228                       SMDSAbs_ElementType  elemType,
229                       SMDS_ElemIteratorPtr theElemIt = SMDS_ElemIteratorPtr(),
230                       double               tolerance = NodeRadius );
231     void getElementsNearPoint( const gp_Pnt& point, TIDSortedElemSet& foundElems );
232     void getElementsNearLine ( const gp_Ax1& line, TIDSortedElemSet& foundElems);
233     void getElementsInSphere ( const gp_XYZ& center,
234                                const double  radius, TIDSortedElemSet& foundElems);
235     size_t getSize() { return std::max( _size, _elements.size() ); }
236     virtual ~ElementBndBoxTree();
237
238   protected:
239     ElementBndBoxTree():_size(0) {}
240     SMESH_Octree* newChild() const { return new ElementBndBoxTree; }
241     void          buildChildrenData();
242     Bnd_B3d*      buildRootBox();
243   private:
244     //!< Bounding box of element
245     struct ElementBox : public Bnd_B3d
246     {
247       const SMDS_MeshElement* _element;
248       int                     _refCount; // an ElementBox can be included in several tree branches
249       ElementBox(const SMDS_MeshElement* elem, double tolerance);
250     };
251     vector< ElementBox* > _elements;
252     size_t                _size;
253   };
254
255   //================================================================================
256   /*!
257    * \brief ElementBndBoxTree creation
258    */
259   //================================================================================
260
261   ElementBndBoxTree::ElementBndBoxTree(const SMDS_Mesh& mesh, SMDSAbs_ElementType elemType, SMDS_ElemIteratorPtr theElemIt, double tolerance)
262     :SMESH_Octree( new SMESH_TreeLimit( MaxLevel, /*minSize=*/0. ))
263   {
264     int nbElems = mesh.GetMeshInfo().NbElements( elemType );
265     _elements.reserve( nbElems );
266
267     SMDS_ElemIteratorPtr elemIt = theElemIt ? theElemIt : mesh.elementsIterator( elemType );
268     while ( elemIt->more() )
269       _elements.push_back( new ElementBox( elemIt->next(),tolerance  ));
270
271     compute();
272   }
273
274   //================================================================================
275   /*!
276    * \brief Destructor
277    */
278   //================================================================================
279
280   ElementBndBoxTree::~ElementBndBoxTree()
281   {
282     for ( size_t i = 0; i < _elements.size(); ++i )
283       if ( --_elements[i]->_refCount <= 0 )
284         delete _elements[i];
285   }
286
287   //================================================================================
288   /*!
289    * \brief Return the maximal box
290    */
291   //================================================================================
292
293   Bnd_B3d* ElementBndBoxTree::buildRootBox()
294   {
295     Bnd_B3d* box = new Bnd_B3d;
296     for ( size_t i = 0; i < _elements.size(); ++i )
297       box->Add( *_elements[i] );
298     return box;
299   }
300
301   //================================================================================
302   /*!
303    * \brief Redistrubute element boxes among children
304    */
305   //================================================================================
306
307   void ElementBndBoxTree::buildChildrenData()
308   {
309     for ( size_t i = 0; i < _elements.size(); ++i )
310     {
311       for (int j = 0; j < 8; j++)
312       {
313         if ( !_elements[i]->IsOut( *myChildren[j]->getBox() ))
314         {
315           _elements[i]->_refCount++;
316           ((ElementBndBoxTree*)myChildren[j])->_elements.push_back( _elements[i]);
317         }
318       }
319       _elements[i]->_refCount--;
320     }
321     _size = _elements.size();
322     SMESHUtils::FreeVector( _elements ); // = _elements.clear() + free memory
323
324     for (int j = 0; j < 8; j++)
325     {
326       ElementBndBoxTree* child = static_cast<ElementBndBoxTree*>( myChildren[j]);
327       if ((int) child->_elements.size() <= MaxNbElemsInLeaf )
328         child->myIsLeaf = true;
329
330       if ( child->_elements.capacity() - child->_elements.size() > 1000 )
331         SMESHUtils::CompactVector( child->_elements );
332     }
333   }
334
335   //================================================================================
336   /*!
337    * \brief Return elements which can include the point
338    */
339   //================================================================================
340
341   void ElementBndBoxTree::getElementsNearPoint( const gp_Pnt&     point,
342                                                 TIDSortedElemSet& foundElems)
343   {
344     if ( getBox()->IsOut( point.XYZ() ))
345       return;
346
347     if ( isLeaf() )
348     {
349       for ( size_t i = 0; i < _elements.size(); ++i )
350         if ( !_elements[i]->IsOut( point.XYZ() ))
351           foundElems.insert( _elements[i]->_element );
352     }
353     else
354     {
355       for (int i = 0; i < 8; i++)
356         ((ElementBndBoxTree*) myChildren[i])->getElementsNearPoint( point, foundElems );
357     }
358   }
359
360   //================================================================================
361   /*!
362    * \brief Return elements which can be intersected by the line
363    */
364   //================================================================================
365
366   void ElementBndBoxTree::getElementsNearLine( const gp_Ax1&     line,
367                                                TIDSortedElemSet& foundElems)
368   {
369     if ( getBox()->IsOut( line ))
370       return;
371
372     if ( isLeaf() )
373     {
374       for ( size_t i = 0; i < _elements.size(); ++i )
375         if ( !_elements[i]->IsOut( line ))
376           foundElems.insert( _elements[i]->_element );
377     }
378     else
379     {
380       for (int i = 0; i < 8; i++)
381         ((ElementBndBoxTree*) myChildren[i])->getElementsNearLine( line, foundElems );
382     }
383   }
384
385   //================================================================================
386   /*!
387    * \brief Return elements from leaves intersecting the sphere
388    */
389   //================================================================================
390
391   void ElementBndBoxTree::getElementsInSphere ( const gp_XYZ&     center,
392                                                 const double      radius,
393                                                 TIDSortedElemSet& foundElems)
394   {
395     if ( getBox()->IsOut( center, radius ))
396       return;
397
398     if ( isLeaf() )
399     {
400       for ( size_t i = 0; i < _elements.size(); ++i )
401         if ( !_elements[i]->IsOut( center, radius ))
402           foundElems.insert( _elements[i]->_element );
403     }
404     else
405     {
406       for (int i = 0; i < 8; i++)
407         ((ElementBndBoxTree*) myChildren[i])->getElementsInSphere( center, radius, foundElems );
408     }
409   }
410
411   //================================================================================
412   /*!
413    * \brief Construct the element box
414    */
415   //================================================================================
416
417   ElementBndBoxTree::ElementBox::ElementBox(const SMDS_MeshElement* elem, double tolerance)
418   {
419     _element  = elem;
420     _refCount = 1;
421     SMDS_ElemIteratorPtr nIt = elem->nodesIterator();
422     while ( nIt->more() )
423       Add( SMESH_TNodeXYZ( nIt->next() ));
424     Enlarge( tolerance );
425   }
426
427 } // namespace
428
429 //=======================================================================
430 /*!
431  * \brief Implementation of search for the elements by point and
432  *        of classification of point in 2D mesh
433  */
434 //=======================================================================
435
436 SMESH_ElementSearcher::~SMESH_ElementSearcher()
437 {
438 }
439
440 struct SMESH_ElementSearcherImpl: public SMESH_ElementSearcher
441 {
442   SMDS_Mesh*                   _mesh;
443   SMDS_ElemIteratorPtr         _meshPartIt;
444   ElementBndBoxTree*           _ebbTree;
445   int                          _ebbTreeHeight;
446   SMESH_NodeSearcherImpl*      _nodeSearcher;
447   SMDSAbs_ElementType          _elementType;
448   double                       _tolerance;
449   bool                         _outerFacesFound;
450   set<const SMDS_MeshElement*> _outerFaces; // empty means "no internal faces at all"
451
452   SMESH_ElementSearcherImpl( SMDS_Mesh&           mesh,
453                              double               tol=-1,
454                              SMDS_ElemIteratorPtr elemIt=SMDS_ElemIteratorPtr())
455     : _mesh(&mesh),_meshPartIt(elemIt),_ebbTree(0),_ebbTreeHeight(-1),_nodeSearcher(0),_tolerance(tol),_outerFacesFound(false) {}
456   virtual ~SMESH_ElementSearcherImpl()
457   {
458     if ( _ebbTree )      delete _ebbTree;      _ebbTree      = 0;
459     if ( _nodeSearcher ) delete _nodeSearcher; _nodeSearcher = 0;
460   }
461   virtual int FindElementsByPoint(const gp_Pnt&                      point,
462                                   SMDSAbs_ElementType                type,
463                                   vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElements);
464   virtual TopAbs_State GetPointState(const gp_Pnt& point);
465   virtual const SMDS_MeshElement* FindClosestTo( const gp_Pnt&       point,
466                                                  SMDSAbs_ElementType type );
467
468   void GetElementsNearLine( const gp_Ax1&                      line,
469                             SMDSAbs_ElementType                type,
470                             vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems);
471   void GetElementsInSphere( const gp_XYZ&                      center,
472                             const double                       radius,
473                             SMDSAbs_ElementType                type,
474                             vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems);
475   double getTolerance();
476   bool getIntersParamOnLine(const gp_Lin& line, const SMDS_MeshElement* face,
477                             const double tolerance, double & param);
478   void findOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* anyOuterFace);
479   bool isOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* face) const
480   {
481     return _outerFaces.empty() || _outerFaces.count(face);
482   }
483   int getTreeHeight()
484   {
485     if ( _ebbTreeHeight < 0 )
486       _ebbTreeHeight = _ebbTree->getHeight();
487     return _ebbTreeHeight;
488   }
489
490   struct TInters //!< data of intersection of the line and the mesh face (used in GetPointState())
491   {
492     const SMDS_MeshElement* _face;
493     gp_Vec                  _faceNorm;
494     bool                    _coincides; //!< the line lays in face plane
495     TInters(const SMDS_MeshElement* face, const gp_Vec& faceNorm, bool coinc=false)
496       : _face(face), _faceNorm( faceNorm ), _coincides( coinc ) {}
497   };
498   struct TFaceLink //!< link and faces sharing it (used in findOuterBoundary())
499   {
500     SMESH_TLink      _link;
501     TIDSortedElemSet _faces;
502     TFaceLink( const SMDS_MeshNode* n1, const SMDS_MeshNode* n2, const SMDS_MeshElement* face)
503       : _link( n1, n2 ), _faces( &face, &face + 1) {}
504   };
505 };
506
507 ostream& operator<< (ostream& out, const SMESH_ElementSearcherImpl::TInters& i)
508 {
509   return out << "TInters(face=" << ( i._face ? i._face->GetID() : 0)
510              << ", _coincides="<<i._coincides << ")";
511 }
512
513 //=======================================================================
514 /*!
515  * \brief define tolerance for search
516  */
517 //=======================================================================
518
519 double SMESH_ElementSearcherImpl::getTolerance()
520 {
521   if ( _tolerance < 0 )
522   {
523     const SMDS_MeshInfo& meshInfo = _mesh->GetMeshInfo();
524
525     _tolerance = 0;
526     if ( _nodeSearcher && meshInfo.NbNodes() > 1 )
527     {
528       double boxSize = _nodeSearcher->getTree()->maxSize();
529       _tolerance = 1e-8 * boxSize/* / meshInfo.NbNodes()*/;
530     }
531     else if ( _ebbTree && meshInfo.NbElements() > 0 )
532     {
533       double boxSize = _ebbTree->maxSize();
534       _tolerance = 1e-8 * boxSize/* / meshInfo.NbElements()*/;
535     }
536     if ( _tolerance == 0 )
537     {
538       // define tolerance by size of a most complex element
539       int complexType = SMDSAbs_Volume;
540       while ( complexType > SMDSAbs_All &&
541               meshInfo.NbElements( SMDSAbs_ElementType( complexType )) < 1 )
542         --complexType;
543       if ( complexType == SMDSAbs_All ) return 0; // empty mesh
544       double elemSize;
545       if ( complexType == int( SMDSAbs_Node ))
546       {
547         SMDS_NodeIteratorPtr nodeIt = _mesh->nodesIterator();
548         elemSize = 1;
549         if ( meshInfo.NbNodes() > 2 )
550           elemSize = SMESH_TNodeXYZ( nodeIt->next() ).Distance( nodeIt->next() );
551       }
552       else
553       {
554         SMDS_ElemIteratorPtr elemIt =
555             _mesh->elementsIterator( SMDSAbs_ElementType( complexType ));
556         const SMDS_MeshElement* elem = elemIt->next();
557         SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = elem->nodesIterator();
558         SMESH_TNodeXYZ n1( nodeIt->next() );
559         elemSize = 0;
560         while ( nodeIt->more() )
561         {
562           double dist = n1.Distance( static_cast<const SMDS_MeshNode*>( nodeIt->next() ));
563           elemSize = max( dist, elemSize );
564         }
565       }
566       _tolerance = 1e-4 * elemSize;
567     }
568   }
569   return _tolerance;
570 }
571
572 //================================================================================
573 /*!
574  * \brief Find intersection of the line and an edge of face and return parameter on line
575  */
576 //================================================================================
577
578 bool SMESH_ElementSearcherImpl::getIntersParamOnLine(const gp_Lin&           line,
579                                                      const SMDS_MeshElement* face,
580                                                      const double            tol,
581                                                      double &                param)
582 {
583   int nbInts = 0;
584   param = 0;
585
586   GeomAPI_ExtremaCurveCurve anExtCC;
587   Handle(Geom_Curve) lineCurve = new Geom_Line( line );
588
589   int nbNodes = face->IsQuadratic() ? face->NbNodes()/2 : face->NbNodes();
590   for ( int i = 0; i < nbNodes && nbInts < 2; ++i )
591   {
592     GC_MakeSegment edge( SMESH_TNodeXYZ( face->GetNode( i )),
593                          SMESH_TNodeXYZ( face->GetNode( (i+1)%nbNodes) ));
594     anExtCC.Init( lineCurve, edge.Value() );
595     if ( anExtCC.NbExtrema() > 0 && anExtCC.LowerDistance() <= tol)
596     {
597       Quantity_Parameter pl, pe;
598       anExtCC.LowerDistanceParameters( pl, pe );
599       param += pl;
600       if ( ++nbInts == 2 )
601         break;
602     }
603   }
604   if ( nbInts > 0 ) param /= nbInts;
605   return nbInts > 0;
606 }
607 //================================================================================
608 /*!
609  * \brief Find all faces belonging to the outer boundary of mesh
610  */
611 //================================================================================
612
613 void SMESH_ElementSearcherImpl::findOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* outerFace)
614 {
615   if ( _outerFacesFound ) return;
616
617   // Collect all outer faces by passing from one outer face to another via their links
618   // and BTW find out if there are internal faces at all.
619
620   // checked links and links where outer boundary meets internal one
621   set< SMESH_TLink > visitedLinks, seamLinks;
622
623   // links to treat with already visited faces sharing them
624   list < TFaceLink > startLinks;
625
626   // load startLinks with the first outerFace
627   startLinks.push_back( TFaceLink( outerFace->GetNode(0), outerFace->GetNode(1), outerFace));
628   _outerFaces.insert( outerFace );
629
630   TIDSortedElemSet emptySet;
631   while ( !startLinks.empty() )
632   {
633     const SMESH_TLink& link  = startLinks.front()._link;
634     TIDSortedElemSet&  faces = startLinks.front()._faces;
635
636     outerFace = *faces.begin();
637     // find other faces sharing the link
638     const SMDS_MeshElement* f;
639     while (( f = SMESH_MeshAlgos::FindFaceInSet(link.node1(), link.node2(), emptySet, faces )))
640       faces.insert( f );
641
642     // select another outer face among the found
643     const SMDS_MeshElement* outerFace2 = 0;
644     if ( faces.size() == 2 )
645     {
646       outerFace2 = (outerFace == *faces.begin() ? *faces.rbegin() : *faces.begin());
647     }
648     else if ( faces.size() > 2 )
649     {
650       seamLinks.insert( link );
651
652       // link direction within the outerFace
653       gp_Vec n1n2( SMESH_TNodeXYZ( link.node1()),
654                    SMESH_TNodeXYZ( link.node2()));
655       int i1 = outerFace->GetNodeIndex( link.node1() );
656       int i2 = outerFace->GetNodeIndex( link.node2() );
657       bool rev = ( abs(i2-i1) == 1 ? i1 > i2 : i2 > i1 );
658       if ( rev ) n1n2.Reverse();
659       // outerFace normal
660       gp_XYZ ofNorm, fNorm;
661       if ( SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( outerFace, ofNorm, /*normalized=*/false ))
662       {
663         // direction from the link inside outerFace
664         gp_Vec dirInOF = gp_Vec( ofNorm ) ^ n1n2;
665         // sort all other faces by angle with the dirInOF
666         map< double, const SMDS_MeshElement* > angle2Face;
667         set< const SMDS_MeshElement*, TIDCompare >::const_iterator face = faces.begin();
668         for ( ; face != faces.end(); ++face )
669         {
670           if ( *face == outerFace ) continue;
671           if ( !SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( *face, fNorm, /*normalized=*/false ))
672             continue;
673           gp_Vec dirInF = gp_Vec( fNorm ) ^ n1n2;
674           double angle = dirInOF.AngleWithRef( dirInF, n1n2 );
675           if ( angle < 0 ) angle += 2. * M_PI;
676           angle2Face.insert( make_pair( angle, *face ));
677         }
678         if ( !angle2Face.empty() )
679           outerFace2 = angle2Face.begin()->second;
680       }
681     }
682     // store the found outer face and add its links to continue seaching from
683     if ( outerFace2 )
684     {
685       _outerFaces.insert( outerFace2 );
686       int nbNodes = outerFace2->NbCornerNodes();
687       for ( int i = 0; i < nbNodes; ++i )
688       {
689         SMESH_TLink link2( outerFace2->GetNode(i), outerFace2->GetNode((i+1)%nbNodes));
690         if ( visitedLinks.insert( link2 ).second )
691           startLinks.push_back( TFaceLink( link2.node1(), link2.node2(), outerFace2 ));
692       }
693     }
694     startLinks.pop_front();
695   }
696   _outerFacesFound = true;
697
698   if ( !seamLinks.empty() )
699   {
700     // There are internal boundaries touching the outher one,
701     // find all faces of internal boundaries in order to find
702     // faces of boundaries of holes, if any.
703
704   }
705   else
706   {
707     _outerFaces.clear();
708   }
709 }
710
711 //=======================================================================
712 /*!
713  * \brief Find elements of given type where the given point is IN or ON.
714  *        Returns nb of found elements and elements them-selves.
715  *
716  * 'ALL' type means elements of any type excluding nodes, balls and 0D elements
717  */
718 //=======================================================================
719
720 int SMESH_ElementSearcherImpl::
721 FindElementsByPoint(const gp_Pnt&                      point,
722                     SMDSAbs_ElementType                type,
723                     vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElements)
724 {
725   foundElements.clear();
726
727   double tolerance = getTolerance();
728
729   // =================================================================================
730   if ( type == SMDSAbs_Node || type == SMDSAbs_0DElement || type == SMDSAbs_Ball)
731   {
732     if ( !_nodeSearcher )
733     {
734       if ( _meshPartIt )
735         _nodeSearcher = new SMESH_NodeSearcherImpl( 0, _meshPartIt );
736       else
737         _nodeSearcher = new SMESH_NodeSearcherImpl( _mesh );
738     }
739     std::vector< const SMDS_MeshNode* > foundNodes;
740     _nodeSearcher->FindNearPoint( point, tolerance, foundNodes );
741
742     if ( type == SMDSAbs_Node )
743     {
744       foundElements.assign( foundNodes.begin(), foundNodes.end() );
745     }
746     else
747     {
748       for ( size_t i = 0; i < foundNodes.size(); ++i )
749       {
750         SMDS_ElemIteratorPtr elemIt = foundNodes[i]->GetInverseElementIterator( type );
751         while ( elemIt->more() )
752           foundElements.push_back( elemIt->next() );
753       }
754     }
755   }
756   // =================================================================================
757   else // elements more complex than 0D
758   {
759     if ( !_ebbTree || _elementType != type )
760     {
761       if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
762       _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt, tolerance );
763     }
764     TIDSortedElemSet suspectElems;
765     _ebbTree->getElementsNearPoint( point, suspectElems );
766     TIDSortedElemSet::iterator elem = suspectElems.begin();
767     for ( ; elem != suspectElems.end(); ++elem )
768       if ( !SMESH_MeshAlgos::IsOut( *elem, point, tolerance ))
769         foundElements.push_back( *elem );
770   }
771   return foundElements.size();
772 }
773
774 //=======================================================================
775 /*!
776  * \brief Find an element of given type most close to the given point
777  *
778  * WARNING: Only face search is implemeneted so far
779  */
780 //=======================================================================
781
782 const SMDS_MeshElement*
783 SMESH_ElementSearcherImpl::FindClosestTo( const gp_Pnt&       point,
784                                           SMDSAbs_ElementType type )
785 {
786   const SMDS_MeshElement* closestElem = 0;
787
788   if ( type == SMDSAbs_Face || type == SMDSAbs_Volume )
789   {
790     if ( !_ebbTree || _elementType != type )
791     {
792       if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
793       _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt );
794     }
795     TIDSortedElemSet suspectElems;
796     _ebbTree->getElementsNearPoint( point, suspectElems );
797
798     if ( suspectElems.empty() && _ebbTree->maxSize() > 0 )
799     {
800       gp_Pnt boxCenter = 0.5 * ( _ebbTree->getBox()->CornerMin() +
801                                  _ebbTree->getBox()->CornerMax() );
802       double radius = -1;
803       if ( _ebbTree->getBox()->IsOut( point.XYZ() ))
804         radius = point.Distance( boxCenter ) - 0.5 * _ebbTree->maxSize();
805       if ( radius < 0 )
806         radius = _ebbTree->maxSize() / pow( 2., getTreeHeight()) / 2;
807       while ( suspectElems.empty() )
808       {
809         _ebbTree->getElementsInSphere( point.XYZ(), radius, suspectElems );
810         radius *= 1.1;
811       }
812     }
813     double minDist = std::numeric_limits<double>::max();
814     multimap< double, const SMDS_MeshElement* > dist2face;
815     TIDSortedElemSet::iterator elem = suspectElems.begin();
816     for ( ; elem != suspectElems.end(); ++elem )
817     {
818       double dist = SMESH_MeshAlgos::GetDistance( *elem, point );
819       if ( dist < minDist + 1e-10)
820       {
821         minDist = dist;
822         dist2face.insert( dist2face.begin(), make_pair( dist, *elem ));
823       }
824     }
825     if ( !dist2face.empty() )
826     {
827       multimap< double, const SMDS_MeshElement* >::iterator d2f = dist2face.begin();
828       closestElem = d2f->second;
829       // if there are several elements at the same distance, select one
830       // with GC closest to the point
831       typedef SMDS_StdIterator< SMESH_TNodeXYZ, SMDS_ElemIteratorPtr > TXyzIterator;
832       double minDistToGC = 0;
833       for ( ++d2f; d2f != dist2face.end() && fabs( d2f->first - minDist ) < 1e-10; ++d2f )
834       {
835         if ( minDistToGC == 0 )
836         {
837           gp_XYZ gc(0,0,0);
838           gc = accumulate( TXyzIterator(closestElem->nodesIterator()),
839                            TXyzIterator(), gc ) / closestElem->NbNodes();
840           minDistToGC = point.SquareDistance( gc );
841         }
842         gp_XYZ gc(0,0,0);
843         gc = accumulate( TXyzIterator( d2f->second->nodesIterator()),
844                          TXyzIterator(), gc ) / d2f->second->NbNodes();
845         double d = point.SquareDistance( gc );
846         if ( d < minDistToGC )
847         {
848           minDistToGC = d;
849           closestElem = d2f->second;
850         }
851       }
852       // cout << "FindClosestTo( " <<point.X()<<", "<<point.Y()<<", "<<point.Z()<<" ) FACE "
853       //      <<closestElem->GetID() << " DIST " << minDist << endl;
854     }
855   }
856   else
857   {
858     // NOT IMPLEMENTED SO FAR
859   }
860   return closestElem;
861 }
862
863
864 //================================================================================
865 /*!
866  * \brief Classify the given point in the closed 2D mesh
867  */
868 //================================================================================
869
870 TopAbs_State SMESH_ElementSearcherImpl::GetPointState(const gp_Pnt& point)
871 {
872   double tolerance = getTolerance();
873   if ( !_ebbTree || _elementType != SMDSAbs_Face )
874   {
875     if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
876     _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = SMDSAbs_Face, _meshPartIt );
877   }
878   // Algo: analyse transition of a line starting at the point through mesh boundary;
879   // try three lines parallel to axis of the coordinate system and perform rough
880   // analysis. If solution is not clear perform thorough analysis.
881
882   const int nbAxes = 3;
883   gp_Dir axisDir[ nbAxes ] = { gp::DX(), gp::DY(), gp::DZ() };
884   map< double, TInters >   paramOnLine2TInters[ nbAxes ];
885   list< TInters > tangentInters[ nbAxes ]; // of faces whose plane includes the line
886   multimap< int, int > nbInt2Axis; // to find the simplest case
887   for ( int axis = 0; axis < nbAxes; ++axis )
888   {
889     gp_Ax1 lineAxis( point, axisDir[axis]);
890     gp_Lin line    ( lineAxis );
891
892     TIDSortedElemSet suspectFaces; // faces possibly intersecting the line
893     _ebbTree->getElementsNearLine( lineAxis, suspectFaces );
894
895     // Intersect faces with the line
896
897     map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ axis ];
898     TIDSortedElemSet::iterator face = suspectFaces.begin();
899     for ( ; face != suspectFaces.end(); ++face )
900     {
901       // get face plane
902       gp_XYZ fNorm;
903       if ( !SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( *face, fNorm, /*normalized=*/false)) continue;
904       gp_Pln facePlane( SMESH_TNodeXYZ( (*face)->GetNode(0)), fNorm );
905
906       // perform intersection
907       IntAna_IntConicQuad intersection( line, IntAna_Quadric( facePlane ));
908       if ( !intersection.IsDone() )
909         continue;
910       if ( intersection.IsInQuadric() )
911       {
912         tangentInters[ axis ].push_back( TInters( *face, fNorm, true ));
913       }
914       else if ( ! intersection.IsParallel() && intersection.NbPoints() > 0 )
915       {
916         double tol = 1e-4 * Sqrt( fNorm.Modulus() );
917         gp_Pnt intersectionPoint = intersection.Point(1);
918         if ( !SMESH_MeshAlgos::IsOut( *face, intersectionPoint, tol ))
919           u2inters.insert(make_pair( intersection.ParamOnConic(1), TInters( *face, fNorm )));
920       }
921     }
922     // Analyse intersections roughly
923
924     int nbInter = u2inters.size();
925     if ( nbInter == 0 )
926       return TopAbs_OUT;
927
928     double f = u2inters.begin()->first, l = u2inters.rbegin()->first;
929     if ( nbInter == 1 ) // not closed mesh
930       return fabs( f ) < tolerance ? TopAbs_ON : TopAbs_UNKNOWN;
931
932     if ( fabs( f ) < tolerance || fabs( l ) < tolerance )
933       return TopAbs_ON;
934
935     if ( (f<0) == (l<0) )
936       return TopAbs_OUT;
937
938     int nbIntBeforePoint = std::distance( u2inters.begin(), u2inters.lower_bound(0));
939     int nbIntAfterPoint  = nbInter - nbIntBeforePoint;
940     if ( nbIntBeforePoint == 1 || nbIntAfterPoint == 1 )
941       return TopAbs_IN;
942
943     nbInt2Axis.insert( make_pair( min( nbIntBeforePoint, nbIntAfterPoint ), axis ));
944
945     if ( _outerFacesFound ) break; // pass to thorough analysis
946
947   } // three attempts - loop on CS axes
948
949   // Analyse intersections thoroughly.
950   // We make two loops maximum, on the first one we only exclude touching intersections,
951   // on the second, if situation is still unclear, we gather and use information on
952   // position of faces (internal or outer). If faces position is already gathered,
953   // we make the second loop right away.
954
955   for ( int hasPositionInfo = _outerFacesFound; hasPositionInfo < 2; ++hasPositionInfo )
956   {
957     multimap< int, int >::const_iterator nb_axis = nbInt2Axis.begin();
958     for ( ; nb_axis != nbInt2Axis.end(); ++nb_axis )
959     {
960       int axis = nb_axis->second;
961       map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ axis ];
962
963       gp_Ax1 lineAxis( point, axisDir[axis]);
964       gp_Lin line    ( lineAxis );
965
966       // add tangent intersections to u2inters
967       double param;
968       list< TInters >::const_iterator tgtInt = tangentInters[ axis ].begin();
969       for ( ; tgtInt != tangentInters[ axis ].end(); ++tgtInt )
970         if ( getIntersParamOnLine( line, tgtInt->_face, tolerance, param ))
971           u2inters.insert(make_pair( param, *tgtInt ));
972       tangentInters[ axis ].clear();
973
974       // Count intersections before and after the point excluding touching ones.
975       // If hasPositionInfo we count intersections of outer boundary only
976
977       int nbIntBeforePoint = 0, nbIntAfterPoint = 0;
978       double f = numeric_limits<double>::max(), l = -numeric_limits<double>::max();
979       map< double, TInters >::iterator u_int1 = u2inters.begin(), u_int2 = u_int1;
980       bool ok = ! u_int1->second._coincides;
981       while ( ok && u_int1 != u2inters.end() )
982       {
983         double u = u_int1->first;
984         bool touchingInt = false;
985         if ( ++u_int2 != u2inters.end() )
986         {
987           // skip intersections at the same point (if the line passes through edge or node)
988           int nbSamePnt = 0;
989           while ( u_int2 != u2inters.end() && fabs( u_int2->first - u ) < tolerance )
990           {
991             ++nbSamePnt;
992             ++u_int2;
993           }
994
995           // skip tangent intersections
996           int nbTgt = 0;
997           if ( u_int2 != u2inters.end() )
998           {
999             const SMDS_MeshElement* prevFace = u_int1->second._face;
1000             while ( ok && u_int2->second._coincides )
1001             {
1002               if ( SMESH_MeshAlgos::GetCommonNodes(prevFace , u_int2->second._face).empty() )
1003                 ok = false;
1004               else
1005               {
1006                 nbTgt++;
1007                 u_int2++;
1008                 ok = ( u_int2 != u2inters.end() );
1009               }
1010             }
1011           }
1012           if ( !ok ) break;
1013
1014           // skip intersections at the same point after tangent intersections
1015           if ( nbTgt > 0 )
1016           {
1017             double u2 = u_int2->first;
1018             ++u_int2;
1019             while ( u_int2 != u2inters.end() && fabs( u_int2->first - u2 ) < tolerance )
1020             {
1021               ++nbSamePnt;
1022               ++u_int2;
1023             }
1024           }
1025           // decide if we skipped a touching intersection
1026           if ( nbSamePnt + nbTgt > 0 )
1027           {
1028             double minDot = numeric_limits<double>::max(), maxDot = -numeric_limits<double>::max();
1029             map< double, TInters >::iterator u_int = u_int1;
1030             for ( ; u_int != u_int2; ++u_int )
1031             {
1032               if ( u_int->second._coincides ) continue;
1033               double dot = u_int->second._faceNorm * line.Direction();
1034               if ( dot > maxDot ) maxDot = dot;
1035               if ( dot < minDot ) minDot = dot;
1036             }
1037             touchingInt = ( minDot*maxDot < 0 );
1038           }
1039         }
1040         if ( !touchingInt )
1041         {
1042           if ( !hasPositionInfo || isOuterBoundary( u_int1->second._face ))
1043           {
1044             if ( u < 0 )
1045               ++nbIntBeforePoint;
1046             else
1047               ++nbIntAfterPoint;
1048           }
1049           if ( u < f ) f = u;
1050           if ( u > l ) l = u;
1051         }
1052
1053         u_int1 = u_int2; // to next intersection
1054
1055       } // loop on intersections with one line
1056
1057       if ( ok )
1058       {
1059         if ( fabs( f ) < tolerance || fabs( l ) < tolerance )
1060           return TopAbs_ON;
1061
1062         if ( nbIntBeforePoint == 0  || nbIntAfterPoint == 0)
1063           return TopAbs_OUT;
1064
1065         if ( nbIntBeforePoint + nbIntAfterPoint == 1 ) // not closed mesh
1066           return fabs( f ) < tolerance ? TopAbs_ON : TopAbs_UNKNOWN;
1067
1068         if ( nbIntBeforePoint == 1 || nbIntAfterPoint == 1 )
1069           return TopAbs_IN;
1070
1071         if ( (f<0) == (l<0) )
1072           return TopAbs_OUT;
1073
1074         if ( hasPositionInfo )
1075           return nbIntBeforePoint % 2 ? TopAbs_IN : TopAbs_OUT;
1076       }
1077     } // loop on intersections of the tree lines - thorough analysis
1078
1079     if ( !hasPositionInfo )
1080     {
1081       // gather info on faces position - is face in the outer boundary or not
1082       map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ 0 ];
1083       findOuterBoundary( u2inters.begin()->second._face );
1084     }
1085
1086   } // two attempts - with and w/o faces position info in the mesh
1087
1088   return TopAbs_UNKNOWN;
1089 }
1090
1091 //=======================================================================
1092 /*!
1093  * \brief Return elements possibly intersecting the line
1094  */
1095 //=======================================================================
1096
1097 void SMESH_ElementSearcherImpl::GetElementsNearLine( const gp_Ax1&                      line,
1098                                                      SMDSAbs_ElementType                type,
1099                                                      vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems)
1100 {
1101   if ( !_ebbTree || _elementType != type )
1102   {
1103     if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
1104     _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt );
1105   }
1106   TIDSortedElemSet suspectFaces; // elements possibly intersecting the line
1107   _ebbTree->getElementsNearLine( line, suspectFaces );
1108   foundElems.assign( suspectFaces.begin(), suspectFaces.end());
1109 }
1110
1111 //=======================================================================
1112 /*
1113  * Return elements whose bounding box intersects a sphere
1114  */
1115 //=======================================================================
1116
1117 void SMESH_ElementSearcherImpl::GetElementsInSphere( const gp_XYZ&                      center,
1118                                                      const double                       radius,
1119                                                      SMDSAbs_ElementType                type,
1120                                                      vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems)
1121 {
1122   if ( !_ebbTree || _elementType != type )
1123   {
1124     if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
1125     _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt );
1126   }
1127   TIDSortedElemSet suspectFaces; // elements possibly intersecting the line
1128   _ebbTree->getElementsInSphere( center, radius, suspectFaces );
1129   foundElems.assign( suspectFaces.begin(), suspectFaces.end() );
1130 }
1131
1132 //=======================================================================
1133 /*!
1134  * \brief Return true if the point is IN or ON of the element
1135  */
1136 //=======================================================================
1137
1138 bool SMESH_MeshAlgos::IsOut( const SMDS_MeshElement* element, const gp_Pnt& point, double tol )
1139 {
1140   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Volume)
1141   {
1142     return SMDS_VolumeTool( element ).IsOut( point.X(), point.Y(), point.Z(), tol );
1143   }
1144
1145   // get ordered nodes
1146
1147   vector< SMESH_TNodeXYZ > xyz; xyz.reserve( element->NbNodes()+1 );
1148
1149   SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = element->interlacedNodesElemIterator();
1150   for ( int i = 0; nodeIt->more(); ++i )
1151     xyz.push_back( SMESH_TNodeXYZ( nodeIt->next() ));
1152
1153   int i, nbNodes = (int) xyz.size(); // central node of biquadratic is missing
1154
1155   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Face ) // --------------------------------------------------
1156   {
1157     // compute face normal
1158     gp_Vec faceNorm(0,0,0);
1159     xyz.push_back( xyz.front() );
1160     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1161     {
1162       gp_Vec edge1( xyz[i+1], xyz[i]);
1163       gp_Vec edge2( xyz[i+1], xyz[(i+2)%nbNodes] );
1164       faceNorm += edge1 ^ edge2;
1165     }
1166     double normSize = faceNorm.Magnitude();
1167     if ( normSize <= tol )
1168     {
1169       // degenerated face: point is out if it is out of all face edges
1170       for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1171       {
1172         SMDS_LinearEdge edge( xyz[i]._node, xyz[i+1]._node );
1173         if ( !IsOut( &edge, point, tol ))
1174           return false;
1175       }
1176       return true;
1177     }
1178     faceNorm /= normSize;
1179
1180     // check if the point lays on face plane
1181     gp_Vec n2p( xyz[0], point );
1182     double dot = n2p * faceNorm;
1183     if ( Abs( dot ) > tol ) // not on face plane
1184     {
1185       bool isOut = true;
1186       if ( nbNodes > 3 ) // maybe the face is not planar
1187       {
1188         double elemThick = 0;
1189         for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1190         {
1191           gp_Vec n2n( xyz[0], xyz[i] );
1192           elemThick = Max( elemThick, Abs( n2n * faceNorm ));
1193         }
1194         isOut = Abs( dot ) > elemThick + tol;
1195       }
1196       if ( isOut )
1197         return isOut;
1198     }
1199
1200     // check if point is out of face boundary:
1201     // define it by closest transition of a ray point->infinity through face boundary
1202     // on the face plane.
1203     // First, find normal of a plane perpendicular to face plane, to be used as a cutting tool
1204     // to find intersections of the ray with the boundary.
1205     gp_Vec ray = n2p;
1206     gp_Vec plnNorm = ray ^ faceNorm;
1207     normSize = plnNorm.Magnitude();
1208     if ( normSize <= tol ) return false; // point coincides with the first node
1209     plnNorm /= normSize;
1210     // for each node of the face, compute its signed distance to the cutting plane
1211     vector<double> dist( nbNodes + 1);
1212     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1213     {
1214       gp_Vec n2p( xyz[i], point );
1215       dist[i] = n2p * plnNorm;
1216     }
1217     dist.back() = dist.front();
1218     // find the closest intersection
1219     int    iClosest = -1;
1220     double rClosest = 0, distClosest = 1e100;
1221     gp_Pnt pClosest;
1222     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1223     {
1224       double r;
1225       if ( fabs( dist[i] ) < tol )
1226         r = 0.;
1227       else if ( fabs( dist[i+1]) < tol )
1228         r = 1.;
1229       else if ( dist[i] * dist[i+1] < 0 )
1230         r = dist[i] / ( dist[i] - dist[i+1] );
1231       else
1232         continue; // no intersection
1233       gp_Pnt pInt = xyz[i] * (1.-r) + xyz[i+1] * r;
1234       gp_Vec p2int( point, pInt);
1235       double intDist = p2int.SquareMagnitude();
1236       if ( intDist < distClosest )
1237       {
1238         iClosest = i;
1239         rClosest = r;
1240         pClosest = pInt;
1241         distClosest = intDist;
1242       }
1243     }
1244     if ( iClosest < 0 )
1245       return true; // no intesections - out
1246
1247     // analyse transition
1248     gp_Vec edge( xyz[iClosest], xyz[iClosest+1] );
1249     gp_Vec edgeNorm = -( edge ^ faceNorm ); // normal to intersected edge pointing out of face
1250     gp_Vec p2int ( point, pClosest );
1251     bool out = (edgeNorm * p2int) < -tol;
1252     if ( rClosest > 0. && rClosest < 1. ) // not node intersection
1253       return out;
1254
1255     // ray pass through a face node; analyze transition through an adjacent edge
1256     gp_Pnt p1 = xyz[ (rClosest == 0.) ? ((iClosest+nbNodes-1) % nbNodes) : (iClosest+1) ];
1257     gp_Pnt p2 = xyz[ (rClosest == 0.) ? iClosest : ((iClosest+2) % nbNodes) ];
1258     gp_Vec edgeAdjacent( p1, p2 );
1259     gp_Vec edgeNorm2 = -( edgeAdjacent ^ faceNorm );
1260     bool out2 = (edgeNorm2 * p2int) < -tol;
1261
1262     bool covexCorner = ( edgeNorm * edgeAdjacent * (rClosest==1. ? 1. : -1.)) < 0;
1263     return covexCorner ? (out || out2) : (out && out2);
1264   }
1265
1266   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Edge ) // --------------------------------------------------
1267   {
1268     // point is out of edge if it is NOT ON any straight part of edge
1269     // (we consider quadratic edge as being composed of two straight parts)
1270     for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1271     {
1272       gp_Vec edge( xyz[i-1], xyz[i] );
1273       gp_Vec n1p ( xyz[i-1], point  );
1274       double u = ( edge * n1p ) / edge.SquareMagnitude(); // param [0,1] on the edge
1275       if ( u <= 0. ) {
1276         if ( n1p.SquareMagnitude() < tol * tol )
1277           return false;
1278         continue;
1279       }
1280       if ( u >= 1. ) {
1281         if ( point.SquareDistance( xyz[i] ) < tol * tol )
1282           return false;
1283         continue;
1284       }
1285       gp_XYZ proj = ( 1. - u ) * xyz[i-1] + u * xyz[i]; // projection of the point on the edge
1286       double dist2 = point.SquareDistance( proj );
1287       if ( dist2 > tol * tol )
1288         continue;
1289       return false; // point is ON this part
1290     }
1291     return true;
1292   }
1293
1294   // Node or 0D element -------------------------------------------------------------------------
1295   {
1296     gp_Vec n2p ( xyz[0], point );
1297     return n2p.SquareMagnitude() > tol * tol;
1298   }
1299   return true;
1300 }
1301
1302 //=======================================================================
1303 namespace
1304 {
1305   // Position of a point relative to a segment
1306   //            .           .
1307   //            .  LEFT     .
1308   //            .           .
1309   //  VERTEX 1  o----ON----->  VERTEX 2
1310   //            .           .
1311   //            .  RIGHT    .
1312   //            .           .
1313   enum PositionName { POS_LEFT = 1, POS_VERTEX = 2, POS_RIGHT = 4, //POS_ON = 8,
1314                       POS_ALL = POS_LEFT | POS_RIGHT | POS_VERTEX };
1315   struct PointPos
1316   {
1317     PositionName _name;
1318     int          _index; // index of vertex or segment
1319
1320     PointPos( PositionName n, int i=-1 ): _name(n), _index(i) {}
1321     bool operator < (const PointPos& other ) const
1322     {
1323       if ( _name == other._name )
1324         return  ( _index < 0 || other._index < 0 ) ? false : _index < other._index;
1325       return _name < other._name;
1326     }
1327   };
1328
1329   //================================================================================
1330   /*!
1331    * \brief Return of a point relative to a segment
1332    *  \param point2D      - the point to analyze position of
1333    *  \param xyVec        - end points of segments
1334    *  \param index0       - 0-based index of the first point of segment
1335    *  \param posToFindOut - flags of positions to detect
1336    *  \retval PointPos - point position
1337    */
1338   //================================================================================
1339
1340   PointPos getPointPosition( const gp_XY& point2D,
1341                              const gp_XY* segEnds,
1342                              const int    index0 = 0,
1343                              const int    posToFindOut = POS_ALL)
1344   {
1345     const gp_XY& p1 = segEnds[ index0   ];
1346     const gp_XY& p2 = segEnds[ index0+1 ];
1347     const gp_XY grad = p2 - p1;
1348
1349     if ( posToFindOut & POS_VERTEX )
1350     {
1351       // check if the point2D is at "vertex 1" zone
1352       gp_XY pp1[2] = { p1, gp_XY( p1.X() - grad.Y(),
1353                                   p1.Y() + grad.X() ) };
1354       if ( getPointPosition( point2D, pp1, 0, POS_LEFT|POS_RIGHT )._name == POS_LEFT )
1355         return PointPos( POS_VERTEX, index0 );
1356
1357       // check if the point2D is at "vertex 2" zone
1358       gp_XY pp2[2] = { p2, gp_XY( p2.X() - grad.Y(),
1359                                   p2.Y() + grad.X() ) };
1360       if ( getPointPosition( point2D, pp2, 0, POS_LEFT|POS_RIGHT )._name == POS_RIGHT )
1361         return PointPos( POS_VERTEX, index0 + 1);
1362     }
1363     double edgeEquation =
1364       ( point2D.X() - p1.X() ) * grad.Y() - ( point2D.Y() - p1.Y() ) * grad.X();
1365     return PointPos( edgeEquation < 0 ? POS_LEFT : POS_RIGHT, index0 );
1366   }
1367 }
1368
1369 //=======================================================================
1370 /*!
1371  * \brief Return minimal distance from a point to an element
1372  *
1373  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order of face
1374  */
1375 //=======================================================================
1376
1377 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshElement* elem,
1378                                      const gp_Pnt&           point )
1379 {
1380   switch ( elem->GetType() )
1381   {
1382   case SMDSAbs_Volume:
1383     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshVolume*>( elem ), point);
1384   case SMDSAbs_Face:
1385     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshFace*>( elem ), point);
1386   case SMDSAbs_Edge:
1387     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshEdge*>( elem ), point);
1388   case SMDSAbs_Node:
1389     return point.Distance( SMESH_TNodeXYZ( elem ));
1390   default:;
1391   }
1392   return -1;
1393 }
1394
1395 //=======================================================================
1396 /*!
1397  * \brief Return minimal distance from a point to a face
1398  *
1399  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order of face
1400  */
1401 //=======================================================================
1402
1403 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshFace* face,
1404                                      const gp_Pnt&        point )
1405 {
1406   double badDistance = -1;
1407   if ( !face ) return badDistance;
1408
1409   // coordinates of nodes (medium nodes, if any, ignored)
1410   typedef SMDS_StdIterator< SMESH_TNodeXYZ, SMDS_ElemIteratorPtr > TXyzIterator;
1411   vector<gp_XYZ> xyz( TXyzIterator( face->nodesIterator()), TXyzIterator() );
1412   xyz.resize( face->NbCornerNodes()+1 );
1413
1414   // transformation to get xyz[0] lies on the origin, xyz[1] lies on the Z axis,
1415   // and xyz[2] lies in the XZ plane. This is to pass to 2D space on XZ plane.
1416   gp_Trsf trsf;
1417   gp_Vec OZ ( xyz[0], xyz[1] );
1418   gp_Vec OX ( xyz[0], xyz[2] );
1419   if ( OZ.Magnitude() < std::numeric_limits<double>::min() )
1420   {
1421     if ( xyz.size() < 4 ) return badDistance;
1422     OZ = gp_Vec ( xyz[0], xyz[2] );
1423     OX = gp_Vec ( xyz[0], xyz[3] );
1424   }
1425   gp_Ax3 tgtCS;
1426   try {
1427     tgtCS = gp_Ax3( xyz[0], OZ, OX );
1428   }
1429   catch ( Standard_Failure ) {
1430     return badDistance;
1431   }
1432   trsf.SetTransformation( tgtCS );
1433
1434   // move all the nodes to 2D
1435   vector<gp_XY> xy( xyz.size() );
1436   for ( size_t i = 0;i < xyz.size()-1; ++i )
1437   {
1438     gp_XYZ p3d = xyz[i];
1439     trsf.Transforms( p3d );
1440     xy[i].SetCoord( p3d.X(), p3d.Z() );
1441   }
1442   xyz.back() = xyz.front();
1443   xy.back() = xy.front();
1444
1445   // // move the point in 2D
1446   gp_XYZ tmpPnt = point.XYZ();
1447   trsf.Transforms( tmpPnt );
1448   gp_XY point2D( tmpPnt.X(), tmpPnt.Z() );
1449
1450   // loop on segments of the face to analyze point position ralative to the face
1451   set< PointPos > pntPosSet;
1452   for ( size_t i = 1; i < xy.size(); ++i )
1453   {
1454     PointPos pos = getPointPosition( point2D, &xy[0], i-1 );
1455     pntPosSet.insert( pos );
1456   }
1457
1458   // compute distance
1459   PointPos pos = *pntPosSet.begin();
1460   // cout << "Face " << face->GetID() << " DIST: ";
1461   switch ( pos._name )
1462   {
1463   case POS_LEFT: {
1464     // point is most close to a segment
1465     gp_Vec p0p1( point, xyz[ pos._index ] );
1466     gp_Vec p1p2( xyz[ pos._index ], xyz[ pos._index+1 ]); // segment vector
1467     p1p2.Normalize();
1468     double projDist = p0p1 * p1p2; // distance projected to the segment
1469     gp_Vec projVec = p1p2 * projDist;
1470     gp_Vec distVec = p0p1 - projVec;
1471     // cout << distVec.Magnitude()  << ", SEG " << face->GetNode(pos._index)->GetID()
1472     //      << " - " << face->GetNodeWrap(pos._index+1)->GetID() << endl;
1473     return distVec.Magnitude();
1474   }
1475   case POS_RIGHT: {
1476     // point is inside the face
1477     double distToFacePlane = tmpPnt.Y();
1478     // cout << distToFacePlane << ", INSIDE " << endl;
1479     return Abs( distToFacePlane );
1480   }
1481   case POS_VERTEX: {
1482     // point is most close to a node
1483     gp_Vec distVec( point, xyz[ pos._index ]);
1484     // cout << distVec.Magnitude()  << " VERTEX " << face->GetNode(pos._index)->GetID() << endl;
1485     return distVec.Magnitude();
1486   }
1487   default:;
1488   }
1489   return badDistance;
1490 }
1491
1492 //=======================================================================
1493 /*!
1494  * \brief Return minimal distance from a point to an edge
1495  */
1496 //=======================================================================
1497
1498 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshEdge* seg, const gp_Pnt& point )
1499 {
1500   double dist = Precision::Infinite();
1501   if ( !seg ) return dist;
1502
1503   int i = 0, nbNodes = seg->NbNodes();
1504
1505   vector< SMESH_TNodeXYZ > xyz( nbNodes );
1506   SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = seg->interlacedNodesElemIterator();
1507   while ( nodeIt->more() )
1508     xyz[ i++ ].Set( nodeIt->next() );
1509
1510   for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1511   {
1512     gp_Vec edge( xyz[i-1], xyz[i] );
1513     gp_Vec n1p ( xyz[i-1], point  );
1514     double u = ( edge * n1p ) / edge.SquareMagnitude(); // param [0,1] on the edge
1515     if ( u <= 0. ) {
1516       dist = Min( dist, n1p.SquareMagnitude() );
1517     }
1518     else if ( u >= 1. ) {
1519       dist = Min( dist, point.SquareDistance( xyz[i] ));
1520     }
1521     else {
1522       gp_XYZ proj = ( 1. - u ) * xyz[i-1] + u * xyz[i]; // projection of the point on the edge
1523       dist = Min( dist, point.SquareDistance( proj ));
1524     }
1525   }
1526   return Sqrt( dist );
1527 }
1528
1529 //=======================================================================
1530 /*!
1531  * \brief Return minimal distance from a point to a volume
1532  *
1533  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order
1534  */
1535 //=======================================================================
1536
1537 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshVolume* volume, const gp_Pnt& point )
1538 {
1539   SMDS_VolumeTool vTool( volume );
1540   vTool.SetExternalNormal();
1541   const int iQ = volume->IsQuadratic() ? 2 : 1;
1542
1543   double n[3], bc[3];
1544   double minDist = 1e100, dist;
1545   for ( int iF = 0; iF < vTool.NbFaces(); ++iF )
1546   {
1547     // skip a facet with normal not "looking at" the point
1548     if ( !vTool.GetFaceNormal( iF, n[0], n[1], n[2] ) ||
1549          !vTool.GetFaceBaryCenter( iF, bc[0], bc[1], bc[2] ))
1550       continue;
1551     gp_XYZ bcp = point.XYZ() - gp_XYZ( bc[0], bc[1], bc[2] );
1552     if ( gp_XYZ( n[0], n[1], n[2] ) * bcp < 1e-6 )
1553       continue;
1554
1555     // find distance to a facet
1556     const SMDS_MeshNode** nodes = vTool.GetFaceNodes( iF );
1557     switch ( vTool.NbFaceNodes( iF ) / iQ ) {
1558     case 3:
1559     {
1560       SMDS_FaceOfNodes tmpFace( nodes[0], nodes[ 1*iQ ], nodes[ 2*iQ ] );
1561       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1562       break;
1563     }
1564     case 4:
1565     {
1566       SMDS_FaceOfNodes tmpFace( nodes[0], nodes[ 1*iQ ], nodes[ 2*iQ ], nodes[ 3*iQ ]);
1567       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1568       break;
1569     }
1570     default:
1571       vector<const SMDS_MeshNode *> nvec( nodes, nodes + vTool.NbFaceNodes( iF ));
1572       SMDS_PolygonalFaceOfNodes tmpFace( nvec );
1573       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1574     }
1575     minDist = Min( minDist, dist );
1576   }
1577   return minDist;
1578 }
1579
1580 //================================================================================
1581 /*!
1582  * \brief Returns barycentric coordinates of a point within a triangle.
1583  *        A not returned bc2 = 1. - bc0 - bc1.
1584  *        The point lies within the triangle if ( bc0 >= 0 && bc1 >= 0 && bc0+bc1 <= 1 )
1585  */
1586 //================================================================================
1587
1588 void SMESH_MeshAlgos::GetBarycentricCoords( const gp_XY& p,
1589                                             const gp_XY& t0,
1590                                             const gp_XY& t1,
1591                                             const gp_XY& t2,
1592                                             double &     bc0,
1593                                             double &     bc1)
1594 {
1595   const double // matrix 2x2
1596     T11 = t0.X()-t2.X(), T12 = t1.X()-t2.X(),
1597     T21 = t0.Y()-t2.Y(), T22 = t1.Y()-t2.Y();
1598   const double Tdet = T11*T22 - T12*T21; // matrix determinant
1599   if ( Abs( Tdet ) < std::numeric_limits<double>::min() )
1600   {
1601     bc0 = bc1 = 2.;
1602     return;
1603   }
1604   // matrix inverse
1605   const double t11 = T22, t12 = -T12, t21 = -T21, t22 = T11;
1606   // vector
1607   const double r11 = p.X()-t2.X(), r12 = p.Y()-t2.Y();
1608   // barycentric coordinates: mutiply matrix by vector
1609   bc0 = (t11 * r11 + t12 * r12)/Tdet;
1610   bc1 = (t21 * r11 + t22 * r12)/Tdet;
1611 }
1612
1613 //=======================================================================
1614 //function : FindFaceInSet
1615 //purpose  : Return a face having linked nodes n1 and n2 and which is
1616 //           - not in avoidSet,
1617 //           - in elemSet provided that !elemSet.empty()
1618 //           i1 and i2 optionally returns indices of n1 and n2
1619 //=======================================================================
1620
1621 const SMDS_MeshElement*
1622 SMESH_MeshAlgos::FindFaceInSet(const SMDS_MeshNode*    n1,
1623                                const SMDS_MeshNode*    n2,
1624                                const TIDSortedElemSet& elemSet,
1625                                const TIDSortedElemSet& avoidSet,
1626                                int*                    n1ind,
1627                                int*                    n2ind)
1628
1629 {
1630   int i1 = 0, i2 = 0;
1631   const SMDS_MeshElement* face = 0;
1632
1633   SMDS_ElemIteratorPtr invElemIt = n1->GetInverseElementIterator(SMDSAbs_Face);
1634   while ( invElemIt->more() && !face ) // loop on inverse faces of n1
1635   {
1636     const SMDS_MeshElement* elem = invElemIt->next();
1637     if (avoidSet.count( elem ))
1638       continue;
1639     if ( !elemSet.empty() && !elemSet.count( elem ))
1640       continue;
1641     // index of n1
1642     i1 = elem->GetNodeIndex( n1 );
1643     // find a n2 linked to n1
1644     int nbN = elem->IsQuadratic() ? elem->NbNodes()/2 : elem->NbNodes();
1645     for ( int di = -1; di < 2 && !face; di += 2 )
1646     {
1647       i2 = (i1+di+nbN) % nbN;
1648       if ( elem->GetNode( i2 ) == n2 )
1649         face = elem;
1650     }
1651     if ( !face && elem->IsQuadratic())
1652     {
1653       // analysis for quadratic elements using all nodes
1654       SMDS_ElemIteratorPtr anIter = elem->interlacedNodesElemIterator();
1655       const SMDS_MeshNode* prevN = static_cast<const SMDS_MeshNode*>( anIter->next() );
1656       for ( i1 = -1, i2 = 0; anIter->more() && !face; i1++, i2++ )
1657       {
1658         const SMDS_MeshNode* n = static_cast<const SMDS_MeshNode*>( anIter->next() );
1659         if ( n1 == prevN && n2 == n )
1660         {
1661           face = elem;
1662         }
1663         else if ( n2 == prevN && n1 == n )
1664         {
1665           face = elem; swap( i1, i2 );
1666         }
1667         prevN = n;
1668       }
1669     }
1670   }
1671   if ( n1ind ) *n1ind = i1;
1672   if ( n2ind ) *n2ind = i2;
1673   return face;
1674 }
1675
1676 //================================================================================
1677 /*!
1678  * \brief Calculate normal of a mesh face
1679  */
1680 //================================================================================
1681
1682 bool SMESH_MeshAlgos::FaceNormal(const SMDS_MeshElement* F, gp_XYZ& normal, bool normalized)
1683 {
1684   if ( !F || F->GetType() != SMDSAbs_Face )
1685     return false;
1686
1687   normal.SetCoord(0,0,0);
1688   int nbNodes = F->NbCornerNodes();
1689   for ( int i = 0; i < nbNodes-2; ++i )
1690   {
1691     gp_XYZ p[3];
1692     for ( int n = 0; n < 3; ++n )
1693     {
1694       const SMDS_MeshNode* node = F->GetNode( i + n );
1695       p[n].SetCoord( node->X(), node->Y(), node->Z() );
1696     }
1697     normal += ( p[2] - p[1] ) ^ ( p[0] - p[1] );
1698   }
1699   double size2 = normal.SquareModulus();
1700   bool ok = ( size2 > numeric_limits<double>::min() * numeric_limits<double>::min());
1701   if ( normalized && ok )
1702     normal /= sqrt( size2 );
1703
1704   return ok;
1705 }
1706
1707 //=======================================================================
1708 //function : GetCommonNodes
1709 //purpose  : Return nodes common to two elements
1710 //=======================================================================
1711
1712 vector< const SMDS_MeshNode*> SMESH_MeshAlgos::GetCommonNodes(const SMDS_MeshElement* e1,
1713                                                               const SMDS_MeshElement* e2)
1714 {
1715   vector< const SMDS_MeshNode*> common;
1716   for ( int i = 0 ; i < e1->NbNodes(); ++i )
1717     if ( e2->GetNodeIndex( e1->GetNode( i )) >= 0 )
1718       common.push_back( e1->GetNode( i ));
1719   return common;
1720 }
1721
1722 //=======================================================================
1723 /*!
1724  * \brief Return SMESH_NodeSearcher
1725  */
1726 //=======================================================================
1727
1728 SMESH_NodeSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetNodeSearcher(SMDS_Mesh& mesh)
1729 {
1730   return new SMESH_NodeSearcherImpl( &mesh );
1731 }
1732
1733 //=======================================================================
1734 /*!
1735  * \brief Return SMESH_NodeSearcher
1736  */
1737 //=======================================================================
1738
1739 SMESH_NodeSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetNodeSearcher(SMDS_ElemIteratorPtr elemIt)
1740 {
1741   return new SMESH_NodeSearcherImpl( 0, elemIt );
1742 }
1743
1744 //=======================================================================
1745 /*!
1746  * \brief Return SMESH_ElementSearcher
1747  */
1748 //=======================================================================
1749
1750 SMESH_ElementSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetElementSearcher(SMDS_Mesh& mesh,
1751                                                            double     tolerance)
1752 {
1753   return new SMESH_ElementSearcherImpl( mesh, tolerance );
1754 }
1755
1756 //=======================================================================
1757 /*!
1758  * \brief Return SMESH_ElementSearcher acting on a sub-set of elements
1759  */
1760 //=======================================================================
1761
1762 SMESH_ElementSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetElementSearcher(SMDS_Mesh&           mesh,
1763                                                            SMDS_ElemIteratorPtr elemIt,
1764                                                            double               tolerance)
1765 {
1766   return new SMESH_ElementSearcherImpl( mesh, tolerance, elemIt );
1767 }