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[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   SMESH_NodeSearcherImpl*      _nodeSearcher;
446   SMDSAbs_ElementType          _elementType;
447   double                       _tolerance;
448   bool                         _outerFacesFound;
449   set<const SMDS_MeshElement*> _outerFaces; // empty means "no internal faces at all"
450
451   SMESH_ElementSearcherImpl( SMDS_Mesh&           mesh,
452                              double               tol=-1,
453                              SMDS_ElemIteratorPtr elemIt=SMDS_ElemIteratorPtr())
454     : _mesh(&mesh),_meshPartIt(elemIt),_ebbTree(0),_nodeSearcher(0),_tolerance(tol),_outerFacesFound(false) {}
455   virtual ~SMESH_ElementSearcherImpl()
456   {
457     if ( _ebbTree )      delete _ebbTree;      _ebbTree      = 0;
458     if ( _nodeSearcher ) delete _nodeSearcher; _nodeSearcher = 0;
459   }
460   virtual int FindElementsByPoint(const gp_Pnt&                      point,
461                                   SMDSAbs_ElementType                type,
462                                   vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElements);
463   virtual TopAbs_State GetPointState(const gp_Pnt& point);
464   virtual const SMDS_MeshElement* FindClosestTo( const gp_Pnt&       point,
465                                                  SMDSAbs_ElementType type );
466
467   void GetElementsNearLine( const gp_Ax1&                      line,
468                             SMDSAbs_ElementType                type,
469                             vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems);
470   void GetElementsInSphere( const gp_XYZ&                      center,
471                             const double                       radius,
472                             SMDSAbs_ElementType                type,
473                             vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems);
474   double getTolerance();
475   bool getIntersParamOnLine(const gp_Lin& line, const SMDS_MeshElement* face,
476                             const double tolerance, double & param);
477   void findOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* anyOuterFace);
478   bool isOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* face) const
479   {
480     return _outerFaces.empty() || _outerFaces.count(face);
481   }
482
483   struct TInters //!< data of intersection of the line and the mesh face (used in GetPointState())
484   {
485     const SMDS_MeshElement* _face;
486     gp_Vec                  _faceNorm;
487     bool                    _coincides; //!< the line lays in face plane
488     TInters(const SMDS_MeshElement* face, const gp_Vec& faceNorm, bool coinc=false)
489       : _face(face), _faceNorm( faceNorm ), _coincides( coinc ) {}
490   };
491   struct TFaceLink //!< link and faces sharing it (used in findOuterBoundary())
492   {
493     SMESH_TLink      _link;
494     TIDSortedElemSet _faces;
495     TFaceLink( const SMDS_MeshNode* n1, const SMDS_MeshNode* n2, const SMDS_MeshElement* face)
496       : _link( n1, n2 ), _faces( &face, &face + 1) {}
497   };
498 };
499
500 ostream& operator<< (ostream& out, const SMESH_ElementSearcherImpl::TInters& i)
501 {
502   return out << "TInters(face=" << ( i._face ? i._face->GetID() : 0)
503              << ", _coincides="<<i._coincides << ")";
504 }
505
506 //=======================================================================
507 /*!
508  * \brief define tolerance for search
509  */
510 //=======================================================================
511
512 double SMESH_ElementSearcherImpl::getTolerance()
513 {
514   if ( _tolerance < 0 )
515   {
516     const SMDS_MeshInfo& meshInfo = _mesh->GetMeshInfo();
517
518     _tolerance = 0;
519     if ( _nodeSearcher && meshInfo.NbNodes() > 1 )
520     {
521       double boxSize = _nodeSearcher->getTree()->maxSize();
522       _tolerance = 1e-8 * boxSize/* / meshInfo.NbNodes()*/;
523     }
524     else if ( _ebbTree && meshInfo.NbElements() > 0 )
525     {
526       double boxSize = _ebbTree->maxSize();
527       _tolerance = 1e-8 * boxSize/* / meshInfo.NbElements()*/;
528     }
529     if ( _tolerance == 0 )
530     {
531       // define tolerance by size of a most complex element
532       int complexType = SMDSAbs_Volume;
533       while ( complexType > SMDSAbs_All &&
534               meshInfo.NbElements( SMDSAbs_ElementType( complexType )) < 1 )
535         --complexType;
536       if ( complexType == SMDSAbs_All ) return 0; // empty mesh
537       double elemSize;
538       if ( complexType == int( SMDSAbs_Node ))
539       {
540         SMDS_NodeIteratorPtr nodeIt = _mesh->nodesIterator();
541         elemSize = 1;
542         if ( meshInfo.NbNodes() > 2 )
543           elemSize = SMESH_TNodeXYZ( nodeIt->next() ).Distance( nodeIt->next() );
544       }
545       else
546       {
547         SMDS_ElemIteratorPtr elemIt =
548             _mesh->elementsIterator( SMDSAbs_ElementType( complexType ));
549         const SMDS_MeshElement* elem = elemIt->next();
550         SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = elem->nodesIterator();
551         SMESH_TNodeXYZ n1( nodeIt->next() );
552         elemSize = 0;
553         while ( nodeIt->more() )
554         {
555           double dist = n1.Distance( static_cast<const SMDS_MeshNode*>( nodeIt->next() ));
556           elemSize = max( dist, elemSize );
557         }
558       }
559       _tolerance = 1e-4 * elemSize;
560     }
561   }
562   return _tolerance;
563 }
564
565 //================================================================================
566 /*!
567  * \brief Find intersection of the line and an edge of face and return parameter on line
568  */
569 //================================================================================
570
571 bool SMESH_ElementSearcherImpl::getIntersParamOnLine(const gp_Lin&           line,
572                                                      const SMDS_MeshElement* face,
573                                                      const double            tol,
574                                                      double &                param)
575 {
576   int nbInts = 0;
577   param = 0;
578
579   GeomAPI_ExtremaCurveCurve anExtCC;
580   Handle(Geom_Curve) lineCurve = new Geom_Line( line );
581
582   int nbNodes = face->IsQuadratic() ? face->NbNodes()/2 : face->NbNodes();
583   for ( int i = 0; i < nbNodes && nbInts < 2; ++i )
584   {
585     GC_MakeSegment edge( SMESH_TNodeXYZ( face->GetNode( i )),
586                          SMESH_TNodeXYZ( face->GetNode( (i+1)%nbNodes) ));
587     anExtCC.Init( lineCurve, edge.Value() );
588     if ( anExtCC.NbExtrema() > 0 && anExtCC.LowerDistance() <= tol)
589     {
590       Quantity_Parameter pl, pe;
591       anExtCC.LowerDistanceParameters( pl, pe );
592       param += pl;
593       if ( ++nbInts == 2 )
594         break;
595     }
596   }
597   if ( nbInts > 0 ) param /= nbInts;
598   return nbInts > 0;
599 }
600 //================================================================================
601 /*!
602  * \brief Find all faces belonging to the outer boundary of mesh
603  */
604 //================================================================================
605
606 void SMESH_ElementSearcherImpl::findOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* outerFace)
607 {
608   if ( _outerFacesFound ) return;
609
610   // Collect all outer faces by passing from one outer face to another via their links
611   // and BTW find out if there are internal faces at all.
612
613   // checked links and links where outer boundary meets internal one
614   set< SMESH_TLink > visitedLinks, seamLinks;
615
616   // links to treat with already visited faces sharing them
617   list < TFaceLink > startLinks;
618
619   // load startLinks with the first outerFace
620   startLinks.push_back( TFaceLink( outerFace->GetNode(0), outerFace->GetNode(1), outerFace));
621   _outerFaces.insert( outerFace );
622
623   TIDSortedElemSet emptySet;
624   while ( !startLinks.empty() )
625   {
626     const SMESH_TLink& link  = startLinks.front()._link;
627     TIDSortedElemSet&  faces = startLinks.front()._faces;
628
629     outerFace = *faces.begin();
630     // find other faces sharing the link
631     const SMDS_MeshElement* f;
632     while (( f = SMESH_MeshAlgos::FindFaceInSet(link.node1(), link.node2(), emptySet, faces )))
633       faces.insert( f );
634
635     // select another outer face among the found
636     const SMDS_MeshElement* outerFace2 = 0;
637     if ( faces.size() == 2 )
638     {
639       outerFace2 = (outerFace == *faces.begin() ? *faces.rbegin() : *faces.begin());
640     }
641     else if ( faces.size() > 2 )
642     {
643       seamLinks.insert( link );
644
645       // link direction within the outerFace
646       gp_Vec n1n2( SMESH_TNodeXYZ( link.node1()),
647                    SMESH_TNodeXYZ( link.node2()));
648       int i1 = outerFace->GetNodeIndex( link.node1() );
649       int i2 = outerFace->GetNodeIndex( link.node2() );
650       bool rev = ( abs(i2-i1) == 1 ? i1 > i2 : i2 > i1 );
651       if ( rev ) n1n2.Reverse();
652       // outerFace normal
653       gp_XYZ ofNorm, fNorm;
654       if ( SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( outerFace, ofNorm, /*normalized=*/false ))
655       {
656         // direction from the link inside outerFace
657         gp_Vec dirInOF = gp_Vec( ofNorm ) ^ n1n2;
658         // sort all other faces by angle with the dirInOF
659         map< double, const SMDS_MeshElement* > angle2Face;
660         set< const SMDS_MeshElement*, TIDCompare >::const_iterator face = faces.begin();
661         for ( ; face != faces.end(); ++face )
662         {
663           if ( *face == outerFace ) continue;
664           if ( !SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( *face, fNorm, /*normalized=*/false ))
665             continue;
666           gp_Vec dirInF = gp_Vec( fNorm ) ^ n1n2;
667           double angle = dirInOF.AngleWithRef( dirInF, n1n2 );
668           if ( angle < 0 ) angle += 2. * M_PI;
669           angle2Face.insert( make_pair( angle, *face ));
670         }
671         if ( !angle2Face.empty() )
672           outerFace2 = angle2Face.begin()->second;
673       }
674     }
675     // store the found outer face and add its links to continue seaching from
676     if ( outerFace2 )
677     {
678       _outerFaces.insert( outerFace2 );
679       int nbNodes = outerFace2->NbCornerNodes();
680       for ( int i = 0; i < nbNodes; ++i )
681       {
682         SMESH_TLink link2( outerFace2->GetNode(i), outerFace2->GetNode((i+1)%nbNodes));
683         if ( visitedLinks.insert( link2 ).second )
684           startLinks.push_back( TFaceLink( link2.node1(), link2.node2(), outerFace2 ));
685       }
686     }
687     startLinks.pop_front();
688   }
689   _outerFacesFound = true;
690
691   if ( !seamLinks.empty() )
692   {
693     // There are internal boundaries touching the outher one,
694     // find all faces of internal boundaries in order to find
695     // faces of boundaries of holes, if any.
696
697   }
698   else
699   {
700     _outerFaces.clear();
701   }
702 }
703
704 //=======================================================================
705 /*!
706  * \brief Find elements of given type where the given point is IN or ON.
707  *        Returns nb of found elements and elements them-selves.
708  *
709  * 'ALL' type means elements of any type excluding nodes, balls and 0D elements
710  */
711 //=======================================================================
712
713 int SMESH_ElementSearcherImpl::
714 FindElementsByPoint(const gp_Pnt&                      point,
715                     SMDSAbs_ElementType                type,
716                     vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElements)
717 {
718   foundElements.clear();
719
720   double tolerance = getTolerance();
721
722   // =================================================================================
723   if ( type == SMDSAbs_Node || type == SMDSAbs_0DElement || type == SMDSAbs_Ball)
724   {
725     if ( !_nodeSearcher )
726     {
727       if ( _meshPartIt )
728         _nodeSearcher = new SMESH_NodeSearcherImpl( 0, _meshPartIt );
729       else
730         _nodeSearcher = new SMESH_NodeSearcherImpl( _mesh );
731     }
732     std::vector< const SMDS_MeshNode* > foundNodes;
733     _nodeSearcher->FindNearPoint( point, tolerance, foundNodes );
734
735     if ( type == SMDSAbs_Node )
736     {
737       foundElements.assign( foundNodes.begin(), foundNodes.end() );
738     }
739     else
740     {
741       for ( size_t i = 0; i < foundNodes.size(); ++i )
742       {
743         SMDS_ElemIteratorPtr elemIt = foundNodes[i]->GetInverseElementIterator( type );
744         while ( elemIt->more() )
745           foundElements.push_back( elemIt->next() );
746       }
747     }
748   }
749   // =================================================================================
750   else // elements more complex than 0D
751   {
752     if ( !_ebbTree || _elementType != type )
753     {
754       if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
755       _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt, tolerance );
756     }
757     TIDSortedElemSet suspectElems;
758     _ebbTree->getElementsNearPoint( point, suspectElems );
759     TIDSortedElemSet::iterator elem = suspectElems.begin();
760     for ( ; elem != suspectElems.end(); ++elem )
761       if ( !SMESH_MeshAlgos::IsOut( *elem, point, tolerance ))
762         foundElements.push_back( *elem );
763   }
764   return foundElements.size();
765 }
766
767 //=======================================================================
768 /*!
769  * \brief Find an element of given type most close to the given point
770  *
771  * WARNING: Only face search is implemeneted so far
772  */
773 //=======================================================================
774
775 const SMDS_MeshElement*
776 SMESH_ElementSearcherImpl::FindClosestTo( const gp_Pnt&       point,
777                                           SMDSAbs_ElementType type )
778 {
779   const SMDS_MeshElement* closestElem = 0;
780
781   if ( type == SMDSAbs_Face || type == SMDSAbs_Volume )
782   {
783     if ( !_ebbTree || _elementType != type )
784     {
785       if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
786       _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt );
787     }
788     TIDSortedElemSet suspectElems;
789     _ebbTree->getElementsNearPoint( point, suspectElems );
790
791     if ( suspectElems.empty() && _ebbTree->maxSize() > 0 )
792     {
793       gp_Pnt boxCenter = 0.5 * ( _ebbTree->getBox()->CornerMin() +
794                                  _ebbTree->getBox()->CornerMax() );
795       double radius = -1;
796       if ( _ebbTree->getBox()->IsOut( point.XYZ() ))
797         radius = point.Distance( boxCenter ) - 0.5 * _ebbTree->maxSize();
798       if ( radius < 0 )
799         radius = _ebbTree->maxSize() / pow( 2., _ebbTree->getHeight()) / 2;
800       while ( suspectElems.empty() )
801       {
802         _ebbTree->getElementsInSphere( point.XYZ(), radius, suspectElems );
803         radius *= 1.1;
804       }
805     }
806     double minDist = std::numeric_limits<double>::max();
807     multimap< double, const SMDS_MeshElement* > dist2face;
808     TIDSortedElemSet::iterator elem = suspectElems.begin();
809     for ( ; elem != suspectElems.end(); ++elem )
810     {
811       double dist = SMESH_MeshAlgos::GetDistance( *elem, point );
812       if ( dist < minDist + 1e-10)
813       {
814         minDist = dist;
815         dist2face.insert( dist2face.begin(), make_pair( dist, *elem ));
816       }
817     }
818     if ( !dist2face.empty() )
819     {
820       multimap< double, const SMDS_MeshElement* >::iterator d2f = dist2face.begin();
821       closestElem = d2f->second;
822       // if there are several elements at the same distance, select one
823       // with GC closest to the point
824       typedef SMDS_StdIterator< SMESH_TNodeXYZ, SMDS_ElemIteratorPtr > TXyzIterator;
825       double minDistToGC = 0;
826       for ( ++d2f; d2f != dist2face.end() && fabs( d2f->first - minDist ) < 1e-10; ++d2f )
827       {
828         if ( minDistToGC == 0 )
829         {
830           gp_XYZ gc(0,0,0);
831           gc = accumulate( TXyzIterator(closestElem->nodesIterator()),
832                            TXyzIterator(), gc ) / closestElem->NbNodes();
833           minDistToGC = point.SquareDistance( gc );
834         }
835         gp_XYZ gc(0,0,0);
836         gc = accumulate( TXyzIterator( d2f->second->nodesIterator()),
837                          TXyzIterator(), gc ) / d2f->second->NbNodes();
838         double d = point.SquareDistance( gc );
839         if ( d < minDistToGC )
840         {
841           minDistToGC = d;
842           closestElem = d2f->second;
843         }
844       }
845       // cout << "FindClosestTo( " <<point.X()<<", "<<point.Y()<<", "<<point.Z()<<" ) FACE "
846       //      <<closestElem->GetID() << " DIST " << minDist << endl;
847     }
848   }
849   else
850   {
851     // NOT IMPLEMENTED SO FAR
852   }
853   return closestElem;
854 }
855
856
857 //================================================================================
858 /*!
859  * \brief Classify the given point in the closed 2D mesh
860  */
861 //================================================================================
862
863 TopAbs_State SMESH_ElementSearcherImpl::GetPointState(const gp_Pnt& point)
864 {
865   double tolerance = getTolerance();
866   if ( !_ebbTree || _elementType != SMDSAbs_Face )
867   {
868     if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
869     _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = SMDSAbs_Face, _meshPartIt );
870   }
871   // Algo: analyse transition of a line starting at the point through mesh boundary;
872   // try three lines parallel to axis of the coordinate system and perform rough
873   // analysis. If solution is not clear perform thorough analysis.
874
875   const int nbAxes = 3;
876   gp_Dir axisDir[ nbAxes ] = { gp::DX(), gp::DY(), gp::DZ() };
877   map< double, TInters >   paramOnLine2TInters[ nbAxes ];
878   list< TInters > tangentInters[ nbAxes ]; // of faces whose plane includes the line
879   multimap< int, int > nbInt2Axis; // to find the simplest case
880   for ( int axis = 0; axis < nbAxes; ++axis )
881   {
882     gp_Ax1 lineAxis( point, axisDir[axis]);
883     gp_Lin line    ( lineAxis );
884
885     TIDSortedElemSet suspectFaces; // faces possibly intersecting the line
886     _ebbTree->getElementsNearLine( lineAxis, suspectFaces );
887
888     // Intersect faces with the line
889
890     map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ axis ];
891     TIDSortedElemSet::iterator face = suspectFaces.begin();
892     for ( ; face != suspectFaces.end(); ++face )
893     {
894       // get face plane
895       gp_XYZ fNorm;
896       if ( !SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( *face, fNorm, /*normalized=*/false)) continue;
897       gp_Pln facePlane( SMESH_TNodeXYZ( (*face)->GetNode(0)), fNorm );
898
899       // perform intersection
900       IntAna_IntConicQuad intersection( line, IntAna_Quadric( facePlane ));
901       if ( !intersection.IsDone() )
902         continue;
903       if ( intersection.IsInQuadric() )
904       {
905         tangentInters[ axis ].push_back( TInters( *face, fNorm, true ));
906       }
907       else if ( ! intersection.IsParallel() && intersection.NbPoints() > 0 )
908       {
909         double tol = 1e-4 * Sqrt( fNorm.Modulus() );
910         gp_Pnt intersectionPoint = intersection.Point(1);
911         if ( !SMESH_MeshAlgos::IsOut( *face, intersectionPoint, tol ))
912           u2inters.insert(make_pair( intersection.ParamOnConic(1), TInters( *face, fNorm )));
913       }
914     }
915     // Analyse intersections roughly
916
917     int nbInter = u2inters.size();
918     if ( nbInter == 0 )
919       return TopAbs_OUT;
920
921     double f = u2inters.begin()->first, l = u2inters.rbegin()->first;
922     if ( nbInter == 1 ) // not closed mesh
923       return fabs( f ) < tolerance ? TopAbs_ON : TopAbs_UNKNOWN;
924
925     if ( fabs( f ) < tolerance || fabs( l ) < tolerance )
926       return TopAbs_ON;
927
928     if ( (f<0) == (l<0) )
929       return TopAbs_OUT;
930
931     int nbIntBeforePoint = std::distance( u2inters.begin(), u2inters.lower_bound(0));
932     int nbIntAfterPoint  = nbInter - nbIntBeforePoint;
933     if ( nbIntBeforePoint == 1 || nbIntAfterPoint == 1 )
934       return TopAbs_IN;
935
936     nbInt2Axis.insert( make_pair( min( nbIntBeforePoint, nbIntAfterPoint ), axis ));
937
938     if ( _outerFacesFound ) break; // pass to thorough analysis
939
940   } // three attempts - loop on CS axes
941
942   // Analyse intersections thoroughly.
943   // We make two loops maximum, on the first one we only exclude touching intersections,
944   // on the second, if situation is still unclear, we gather and use information on
945   // position of faces (internal or outer). If faces position is already gathered,
946   // we make the second loop right away.
947
948   for ( int hasPositionInfo = _outerFacesFound; hasPositionInfo < 2; ++hasPositionInfo )
949   {
950     multimap< int, int >::const_iterator nb_axis = nbInt2Axis.begin();
951     for ( ; nb_axis != nbInt2Axis.end(); ++nb_axis )
952     {
953       int axis = nb_axis->second;
954       map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ axis ];
955
956       gp_Ax1 lineAxis( point, axisDir[axis]);
957       gp_Lin line    ( lineAxis );
958
959       // add tangent intersections to u2inters
960       double param;
961       list< TInters >::const_iterator tgtInt = tangentInters[ axis ].begin();
962       for ( ; tgtInt != tangentInters[ axis ].end(); ++tgtInt )
963         if ( getIntersParamOnLine( line, tgtInt->_face, tolerance, param ))
964           u2inters.insert(make_pair( param, *tgtInt ));
965       tangentInters[ axis ].clear();
966
967       // Count intersections before and after the point excluding touching ones.
968       // If hasPositionInfo we count intersections of outer boundary only
969
970       int nbIntBeforePoint = 0, nbIntAfterPoint = 0;
971       double f = numeric_limits<double>::max(), l = -numeric_limits<double>::max();
972       map< double, TInters >::iterator u_int1 = u2inters.begin(), u_int2 = u_int1;
973       bool ok = ! u_int1->second._coincides;
974       while ( ok && u_int1 != u2inters.end() )
975       {
976         double u = u_int1->first;
977         bool touchingInt = false;
978         if ( ++u_int2 != u2inters.end() )
979         {
980           // skip intersections at the same point (if the line passes through edge or node)
981           int nbSamePnt = 0;
982           while ( u_int2 != u2inters.end() && fabs( u_int2->first - u ) < tolerance )
983           {
984             ++nbSamePnt;
985             ++u_int2;
986           }
987
988           // skip tangent intersections
989           int nbTgt = 0;
990           if ( u_int2 != u2inters.end() )
991           {
992             const SMDS_MeshElement* prevFace = u_int1->second._face;
993             while ( ok && u_int2->second._coincides )
994             {
995               if ( SMESH_MeshAlgos::GetCommonNodes(prevFace , u_int2->second._face).empty() )
996                 ok = false;
997               else
998               {
999                 nbTgt++;
1000                 u_int2++;
1001                 ok = ( u_int2 != u2inters.end() );
1002               }
1003             }
1004           }
1005           if ( !ok ) break;
1006
1007           // skip intersections at the same point after tangent intersections
1008           if ( nbTgt > 0 )
1009           {
1010             double u2 = u_int2->first;
1011             ++u_int2;
1012             while ( u_int2 != u2inters.end() && fabs( u_int2->first - u2 ) < tolerance )
1013             {
1014               ++nbSamePnt;
1015               ++u_int2;
1016             }
1017           }
1018           // decide if we skipped a touching intersection
1019           if ( nbSamePnt + nbTgt > 0 )
1020           {
1021             double minDot = numeric_limits<double>::max(), maxDot = -numeric_limits<double>::max();
1022             map< double, TInters >::iterator u_int = u_int1;
1023             for ( ; u_int != u_int2; ++u_int )
1024             {
1025               if ( u_int->second._coincides ) continue;
1026               double dot = u_int->second._faceNorm * line.Direction();
1027               if ( dot > maxDot ) maxDot = dot;
1028               if ( dot < minDot ) minDot = dot;
1029             }
1030             touchingInt = ( minDot*maxDot < 0 );
1031           }
1032         }
1033         if ( !touchingInt )
1034         {
1035           if ( !hasPositionInfo || isOuterBoundary( u_int1->second._face ))
1036           {
1037             if ( u < 0 )
1038               ++nbIntBeforePoint;
1039             else
1040               ++nbIntAfterPoint;
1041           }
1042           if ( u < f ) f = u;
1043           if ( u > l ) l = u;
1044         }
1045
1046         u_int1 = u_int2; // to next intersection
1047
1048       } // loop on intersections with one line
1049
1050       if ( ok )
1051       {
1052         if ( fabs( f ) < tolerance || fabs( l ) < tolerance )
1053           return TopAbs_ON;
1054
1055         if ( nbIntBeforePoint == 0  || nbIntAfterPoint == 0)
1056           return TopAbs_OUT;
1057
1058         if ( nbIntBeforePoint + nbIntAfterPoint == 1 ) // not closed mesh
1059           return fabs( f ) < tolerance ? TopAbs_ON : TopAbs_UNKNOWN;
1060
1061         if ( nbIntBeforePoint == 1 || nbIntAfterPoint == 1 )
1062           return TopAbs_IN;
1063
1064         if ( (f<0) == (l<0) )
1065           return TopAbs_OUT;
1066
1067         if ( hasPositionInfo )
1068           return nbIntBeforePoint % 2 ? TopAbs_IN : TopAbs_OUT;
1069       }
1070     } // loop on intersections of the tree lines - thorough analysis
1071
1072     if ( !hasPositionInfo )
1073     {
1074       // gather info on faces position - is face in the outer boundary or not
1075       map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ 0 ];
1076       findOuterBoundary( u2inters.begin()->second._face );
1077     }
1078
1079   } // two attempts - with and w/o faces position info in the mesh
1080
1081   return TopAbs_UNKNOWN;
1082 }
1083
1084 //=======================================================================
1085 /*!
1086  * \brief Return elements possibly intersecting the line
1087  */
1088 //=======================================================================
1089
1090 void SMESH_ElementSearcherImpl::GetElementsNearLine( const gp_Ax1&                      line,
1091                                                      SMDSAbs_ElementType                type,
1092                                                      vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems)
1093 {
1094   if ( !_ebbTree || _elementType != type )
1095   {
1096     if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
1097     _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt );
1098   }
1099   TIDSortedElemSet suspectFaces; // elements possibly intersecting the line
1100   _ebbTree->getElementsNearLine( line, suspectFaces );
1101   foundElems.assign( suspectFaces.begin(), suspectFaces.end());
1102 }
1103
1104 //=======================================================================
1105 /*
1106  * Return elements whose bounding box intersects a sphere
1107  */
1108 //=======================================================================
1109
1110 void SMESH_ElementSearcherImpl::GetElementsInSphere( const gp_XYZ&                      center,
1111                                                      const double                       radius,
1112                                                      SMDSAbs_ElementType                type,
1113                                                      vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems)
1114 {
1115   if ( !_ebbTree || _elementType != type )
1116   {
1117     if ( _ebbTree ) delete _ebbTree;
1118     _ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType = type, _meshPartIt );
1119   }
1120   TIDSortedElemSet suspectFaces; // elements possibly intersecting the line
1121   _ebbTree->getElementsInSphere( center, radius, suspectFaces );
1122   foundElems.assign( suspectFaces.begin(), suspectFaces.end() );
1123 }
1124
1125 //=======================================================================
1126 /*!
1127  * \brief Return true if the point is IN or ON of the element
1128  */
1129 //=======================================================================
1130
1131 bool SMESH_MeshAlgos::IsOut( const SMDS_MeshElement* element, const gp_Pnt& point, double tol )
1132 {
1133   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Volume)
1134   {
1135     return SMDS_VolumeTool( element ).IsOut( point.X(), point.Y(), point.Z(), tol );
1136   }
1137
1138   // get ordered nodes
1139
1140   vector< SMESH_TNodeXYZ > xyz; xyz.reserve( element->NbNodes()+1 );
1141
1142   SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = element->interlacedNodesElemIterator();
1143   for ( int i = 0; nodeIt->more(); ++i )
1144     xyz.push_back( SMESH_TNodeXYZ( nodeIt->next() ));
1145
1146   int i, nbNodes = (int) xyz.size(); // central node of biquadratic is missing
1147
1148   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Face ) // --------------------------------------------------
1149   {
1150     // compute face normal
1151     gp_Vec faceNorm(0,0,0);
1152     xyz.push_back( xyz.front() );
1153     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1154     {
1155       gp_Vec edge1( xyz[i+1], xyz[i]);
1156       gp_Vec edge2( xyz[i+1], xyz[(i+2)%nbNodes] );
1157       faceNorm += edge1 ^ edge2;
1158     }
1159     double normSize = faceNorm.Magnitude();
1160     if ( normSize <= tol )
1161     {
1162       // degenerated face: point is out if it is out of all face edges
1163       for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1164       {
1165         SMDS_LinearEdge edge( xyz[i]._node, xyz[i+1]._node );
1166         if ( !IsOut( &edge, point, tol ))
1167           return false;
1168       }
1169       return true;
1170     }
1171     faceNorm /= normSize;
1172
1173     // check if the point lays on face plane
1174     gp_Vec n2p( xyz[0], point );
1175     double dot = n2p * faceNorm;
1176     if ( Abs( dot ) > tol ) // not on face plane
1177     {
1178       bool isOut = true;
1179       if ( nbNodes > 3 ) // maybe the face is not planar
1180       {
1181         double elemThick = 0;
1182         for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1183         {
1184           gp_Vec n2n( xyz[0], xyz[i] );
1185           elemThick = Max( elemThick, Abs( n2n * faceNorm ));
1186         }
1187         isOut = Abs( dot ) > elemThick + tol;
1188       }
1189       if ( isOut )
1190         return isOut;
1191     }
1192
1193     // check if point is out of face boundary:
1194     // define it by closest transition of a ray point->infinity through face boundary
1195     // on the face plane.
1196     // First, find normal of a plane perpendicular to face plane, to be used as a cutting tool
1197     // to find intersections of the ray with the boundary.
1198     gp_Vec ray = n2p;
1199     gp_Vec plnNorm = ray ^ faceNorm;
1200     normSize = plnNorm.Magnitude();
1201     if ( normSize <= tol ) return false; // point coincides with the first node
1202     plnNorm /= normSize;
1203     // for each node of the face, compute its signed distance to the cutting plane
1204     vector<double> dist( nbNodes + 1);
1205     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1206     {
1207       gp_Vec n2p( xyz[i], point );
1208       dist[i] = n2p * plnNorm;
1209     }
1210     dist.back() = dist.front();
1211     // find the closest intersection
1212     int    iClosest = -1;
1213     double rClosest = 0, distClosest = 1e100;
1214     gp_Pnt pClosest;
1215     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1216     {
1217       double r;
1218       if ( fabs( dist[i] ) < tol )
1219         r = 0.;
1220       else if ( fabs( dist[i+1]) < tol )
1221         r = 1.;
1222       else if ( dist[i] * dist[i+1] < 0 )
1223         r = dist[i] / ( dist[i] - dist[i+1] );
1224       else
1225         continue; // no intersection
1226       gp_Pnt pInt = xyz[i] * (1.-r) + xyz[i+1] * r;
1227       gp_Vec p2int( point, pInt);
1228       double intDist = p2int.SquareMagnitude();
1229       if ( intDist < distClosest )
1230       {
1231         iClosest = i;
1232         rClosest = r;
1233         pClosest = pInt;
1234         distClosest = intDist;
1235       }
1236     }
1237     if ( iClosest < 0 )
1238       return true; // no intesections - out
1239
1240     // analyse transition
1241     gp_Vec edge( xyz[iClosest], xyz[iClosest+1] );
1242     gp_Vec edgeNorm = -( edge ^ faceNorm ); // normal to intersected edge pointing out of face
1243     gp_Vec p2int ( point, pClosest );
1244     bool out = (edgeNorm * p2int) < -tol;
1245     if ( rClosest > 0. && rClosest < 1. ) // not node intersection
1246       return out;
1247
1248     // ray pass through a face node; analyze transition through an adjacent edge
1249     gp_Pnt p1 = xyz[ (rClosest == 0.) ? ((iClosest+nbNodes-1) % nbNodes) : (iClosest+1) ];
1250     gp_Pnt p2 = xyz[ (rClosest == 0.) ? iClosest : ((iClosest+2) % nbNodes) ];
1251     gp_Vec edgeAdjacent( p1, p2 );
1252     gp_Vec edgeNorm2 = -( edgeAdjacent ^ faceNorm );
1253     bool out2 = (edgeNorm2 * p2int) < -tol;
1254
1255     bool covexCorner = ( edgeNorm * edgeAdjacent * (rClosest==1. ? 1. : -1.)) < 0;
1256     return covexCorner ? (out || out2) : (out && out2);
1257   }
1258
1259   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Edge ) // --------------------------------------------------
1260   {
1261     // point is out of edge if it is NOT ON any straight part of edge
1262     // (we consider quadratic edge as being composed of two straight parts)
1263     for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1264     {
1265       gp_Vec edge( xyz[i-1], xyz[i] );
1266       gp_Vec n1p ( xyz[i-1], point  );
1267       double u = ( edge * n1p ) / edge.SquareMagnitude(); // param [0,1] on the edge
1268       if ( u <= 0. ) {
1269         if ( n1p.SquareMagnitude() < tol * tol )
1270           return false;
1271         continue;
1272       }
1273       if ( u >= 1. ) {
1274         if ( point.SquareDistance( xyz[i] ) < tol * tol )
1275           return false;
1276         continue;
1277       }
1278       gp_XYZ proj = ( 1. - u ) * xyz[i-1] + u * xyz[i]; // projection of the point on the edge
1279       double dist2 = point.SquareDistance( proj );
1280       if ( dist2 > tol * tol )
1281         continue;
1282       return false; // point is ON this part
1283     }
1284     return true;
1285   }
1286
1287   // Node or 0D element -------------------------------------------------------------------------
1288   {
1289     gp_Vec n2p ( xyz[0], point );
1290     return n2p.SquareMagnitude() > tol * tol;
1291   }
1292   return true;
1293 }
1294
1295 //=======================================================================
1296 namespace
1297 {
1298   // Position of a point relative to a segment
1299   //            .           .
1300   //            .  LEFT     .
1301   //            .           .
1302   //  VERTEX 1  o----ON----->  VERTEX 2
1303   //            .           .
1304   //            .  RIGHT    .
1305   //            .           .
1306   enum PositionName { POS_LEFT = 1, POS_VERTEX = 2, POS_RIGHT = 4, //POS_ON = 8,
1307                       POS_ALL = POS_LEFT | POS_RIGHT | POS_VERTEX };
1308   struct PointPos
1309   {
1310     PositionName _name;
1311     int          _index; // index of vertex or segment
1312
1313     PointPos( PositionName n, int i=-1 ): _name(n), _index(i) {}
1314     bool operator < (const PointPos& other ) const
1315     {
1316       if ( _name == other._name )
1317         return  ( _index < 0 || other._index < 0 ) ? false : _index < other._index;
1318       return _name < other._name;
1319     }
1320   };
1321
1322   //================================================================================
1323   /*!
1324    * \brief Return of a point relative to a segment
1325    *  \param point2D      - the point to analyze position of
1326    *  \param xyVec        - end points of segments
1327    *  \param index0       - 0-based index of the first point of segment
1328    *  \param posToFindOut - flags of positions to detect
1329    *  \retval PointPos - point position
1330    */
1331   //================================================================================
1332
1333   PointPos getPointPosition( const gp_XY& point2D,
1334                              const gp_XY* segEnds,
1335                              const int    index0 = 0,
1336                              const int    posToFindOut = POS_ALL)
1337   {
1338     const gp_XY& p1 = segEnds[ index0   ];
1339     const gp_XY& p2 = segEnds[ index0+1 ];
1340     const gp_XY grad = p2 - p1;
1341
1342     if ( posToFindOut & POS_VERTEX )
1343     {
1344       // check if the point2D is at "vertex 1" zone
1345       gp_XY pp1[2] = { p1, gp_XY( p1.X() - grad.Y(),
1346                                   p1.Y() + grad.X() ) };
1347       if ( getPointPosition( point2D, pp1, 0, POS_LEFT|POS_RIGHT )._name == POS_LEFT )
1348         return PointPos( POS_VERTEX, index0 );
1349
1350       // check if the point2D is at "vertex 2" zone
1351       gp_XY pp2[2] = { p2, gp_XY( p2.X() - grad.Y(),
1352                                   p2.Y() + grad.X() ) };
1353       if ( getPointPosition( point2D, pp2, 0, POS_LEFT|POS_RIGHT )._name == POS_RIGHT )
1354         return PointPos( POS_VERTEX, index0 + 1);
1355     }
1356     double edgeEquation =
1357       ( point2D.X() - p1.X() ) * grad.Y() - ( point2D.Y() - p1.Y() ) * grad.X();
1358     return PointPos( edgeEquation < 0 ? POS_LEFT : POS_RIGHT, index0 );
1359   }
1360 }
1361
1362 //=======================================================================
1363 /*!
1364  * \brief Return minimal distance from a point to an element
1365  *
1366  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order of face
1367  */
1368 //=======================================================================
1369
1370 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshElement* elem,
1371                                      const gp_Pnt&           point )
1372 {
1373   switch ( elem->GetType() )
1374   {
1375   case SMDSAbs_Volume:
1376     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshVolume*>( elem ), point);
1377   case SMDSAbs_Face:
1378     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshFace*>( elem ), point);
1379   case SMDSAbs_Edge:
1380     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshEdge*>( elem ), point);
1381   case SMDSAbs_Node:
1382     return point.Distance( SMESH_TNodeXYZ( elem ));
1383   default:;
1384   }
1385   return -1;
1386 }
1387
1388 //=======================================================================
1389 /*!
1390  * \brief Return minimal distance from a point to a face
1391  *
1392  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order of face
1393  */
1394 //=======================================================================
1395
1396 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshFace* face,
1397                                      const gp_Pnt&        point )
1398 {
1399   double badDistance = -1;
1400   if ( !face ) return badDistance;
1401
1402   // coordinates of nodes (medium nodes, if any, ignored)
1403   typedef SMDS_StdIterator< SMESH_TNodeXYZ, SMDS_ElemIteratorPtr > TXyzIterator;
1404   vector<gp_XYZ> xyz( TXyzIterator( face->nodesIterator()), TXyzIterator() );
1405   xyz.resize( face->NbCornerNodes()+1 );
1406
1407   // transformation to get xyz[0] lies on the origin, xyz[1] lies on the Z axis,
1408   // and xyz[2] lies in the XZ plane. This is to pass to 2D space on XZ plane.
1409   gp_Trsf trsf;
1410   gp_Vec OZ ( xyz[0], xyz[1] );
1411   gp_Vec OX ( xyz[0], xyz[2] );
1412   if ( OZ.Magnitude() < std::numeric_limits<double>::min() )
1413   {
1414     if ( xyz.size() < 4 ) return badDistance;
1415     OZ = gp_Vec ( xyz[0], xyz[2] );
1416     OX = gp_Vec ( xyz[0], xyz[3] );
1417   }
1418   gp_Ax3 tgtCS;
1419   try {
1420     tgtCS = gp_Ax3( xyz[0], OZ, OX );
1421   }
1422   catch ( Standard_Failure ) {
1423     return badDistance;
1424   }
1425   trsf.SetTransformation( tgtCS );
1426
1427   // move all the nodes to 2D
1428   vector<gp_XY> xy( xyz.size() );
1429   for ( size_t i = 0;i < xyz.size()-1; ++i )
1430   {
1431     gp_XYZ p3d = xyz[i];
1432     trsf.Transforms( p3d );
1433     xy[i].SetCoord( p3d.X(), p3d.Z() );
1434   }
1435   xyz.back() = xyz.front();
1436   xy.back() = xy.front();
1437
1438   // // move the point in 2D
1439   gp_XYZ tmpPnt = point.XYZ();
1440   trsf.Transforms( tmpPnt );
1441   gp_XY point2D( tmpPnt.X(), tmpPnt.Z() );
1442
1443   // loop on segments of the face to analyze point position ralative to the face
1444   set< PointPos > pntPosSet;
1445   for ( size_t i = 1; i < xy.size(); ++i )
1446   {
1447     PointPos pos = getPointPosition( point2D, &xy[0], i-1 );
1448     pntPosSet.insert( pos );
1449   }
1450
1451   // compute distance
1452   PointPos pos = *pntPosSet.begin();
1453   // cout << "Face " << face->GetID() << " DIST: ";
1454   switch ( pos._name )
1455   {
1456   case POS_LEFT: {
1457     // point is most close to a segment
1458     gp_Vec p0p1( point, xyz[ pos._index ] );
1459     gp_Vec p1p2( xyz[ pos._index ], xyz[ pos._index+1 ]); // segment vector
1460     p1p2.Normalize();
1461     double projDist = p0p1 * p1p2; // distance projected to the segment
1462     gp_Vec projVec = p1p2 * projDist;
1463     gp_Vec distVec = p0p1 - projVec;
1464     // cout << distVec.Magnitude()  << ", SEG " << face->GetNode(pos._index)->GetID()
1465     //      << " - " << face->GetNodeWrap(pos._index+1)->GetID() << endl;
1466     return distVec.Magnitude();
1467   }
1468   case POS_RIGHT: {
1469     // point is inside the face
1470     double distToFacePlane = tmpPnt.Y();
1471     // cout << distToFacePlane << ", INSIDE " << endl;
1472     return Abs( distToFacePlane );
1473   }
1474   case POS_VERTEX: {
1475     // point is most close to a node
1476     gp_Vec distVec( point, xyz[ pos._index ]);
1477     // cout << distVec.Magnitude()  << " VERTEX " << face->GetNode(pos._index)->GetID() << endl;
1478     return distVec.Magnitude();
1479   }
1480   default:;
1481   }
1482   return badDistance;
1483 }
1484
1485 //=======================================================================
1486 /*!
1487  * \brief Return minimal distance from a point to an edge
1488  */
1489 //=======================================================================
1490
1491 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshEdge* seg, const gp_Pnt& point )
1492 {
1493   double dist = Precision::Infinite();
1494   if ( !seg ) return dist;
1495
1496   int i = 0, nbNodes = seg->NbNodes();
1497
1498   vector< SMESH_TNodeXYZ > xyz( nbNodes );
1499   SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = seg->interlacedNodesElemIterator();
1500   while ( nodeIt->more() )
1501     xyz[ i++ ].Set( nodeIt->next() );
1502
1503   for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1504   {
1505     gp_Vec edge( xyz[i-1], xyz[i] );
1506     gp_Vec n1p ( xyz[i-1], point  );
1507     double u = ( edge * n1p ) / edge.SquareMagnitude(); // param [0,1] on the edge
1508     if ( u <= 0. ) {
1509       dist = Min( dist, n1p.SquareMagnitude() );
1510     }
1511     else if ( u >= 1. ) {
1512       dist = Min( dist, point.SquareDistance( xyz[i] ));
1513     }
1514     else {
1515       gp_XYZ proj = ( 1. - u ) * xyz[i-1] + u * xyz[i]; // projection of the point on the edge
1516       dist = Min( dist, point.SquareDistance( proj ));
1517     }
1518   }
1519   return Sqrt( dist );
1520 }
1521
1522 //=======================================================================
1523 /*!
1524  * \brief Return minimal distance from a point to a volume
1525  *
1526  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order
1527  */
1528 //=======================================================================
1529
1530 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshVolume* volume, const gp_Pnt& point )
1531 {
1532   SMDS_VolumeTool vTool( volume );
1533   vTool.SetExternalNormal();
1534   const int iQ = volume->IsQuadratic() ? 2 : 1;
1535
1536   double n[3], bc[3];
1537   double minDist = 1e100, dist;
1538   for ( int iF = 0; iF < vTool.NbFaces(); ++iF )
1539   {
1540     // skip a facet with normal not "looking at" the point
1541     if ( !vTool.GetFaceNormal( iF, n[0], n[1], n[2] ) ||
1542          !vTool.GetFaceBaryCenter( iF, bc[0], bc[1], bc[2] ))
1543       continue;
1544     gp_XYZ bcp = point.XYZ() - gp_XYZ( bc[0], bc[1], bc[2] );
1545     if ( gp_XYZ( n[0], n[1], n[2] ) * bcp < 1e-6 )
1546       continue;
1547
1548     // find distance to a facet
1549     const SMDS_MeshNode** nodes = vTool.GetFaceNodes( iF );
1550     switch ( vTool.NbFaceNodes( iF ) / iQ ) {
1551     case 3:
1552     {
1553       SMDS_FaceOfNodes tmpFace( nodes[0], nodes[ 1*iQ ], nodes[ 2*iQ ] );
1554       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1555       break;
1556     }
1557     case 4:
1558     {
1559       SMDS_FaceOfNodes tmpFace( nodes[0], nodes[ 1*iQ ], nodes[ 2*iQ ], nodes[ 3*iQ ]);
1560       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1561       break;
1562     }
1563     default:
1564       vector<const SMDS_MeshNode *> nvec( nodes, nodes + vTool.NbFaceNodes( iF ));
1565       SMDS_PolygonalFaceOfNodes tmpFace( nvec );
1566       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1567     }
1568     minDist = Min( minDist, dist );
1569   }
1570   return minDist;
1571 }
1572
1573 //================================================================================
1574 /*!
1575  * \brief Returns barycentric coordinates of a point within a triangle.
1576  *        A not returned bc2 = 1. - bc0 - bc1.
1577  *        The point lies within the triangle if ( bc0 >= 0 && bc1 >= 0 && bc0+bc1 <= 1 )
1578  */
1579 //================================================================================
1580
1581 void SMESH_MeshAlgos::GetBarycentricCoords( const gp_XY& p,
1582                                             const gp_XY& t0,
1583                                             const gp_XY& t1,
1584                                             const gp_XY& t2,
1585                                             double &     bc0,
1586                                             double &     bc1)
1587 {
1588   const double // matrix 2x2
1589     T11 = t0.X()-t2.X(), T12 = t1.X()-t2.X(),
1590     T21 = t0.Y()-t2.Y(), T22 = t1.Y()-t2.Y();
1591   const double Tdet = T11*T22 - T12*T21; // matrix determinant
1592   if ( Abs( Tdet ) < std::numeric_limits<double>::min() )
1593   {
1594     bc0 = bc1 = 2.;
1595     return;
1596   }
1597   // matrix inverse
1598   const double t11 = T22, t12 = -T12, t21 = -T21, t22 = T11;
1599   // vector
1600   const double r11 = p.X()-t2.X(), r12 = p.Y()-t2.Y();
1601   // barycentric coordinates: mutiply matrix by vector
1602   bc0 = (t11 * r11 + t12 * r12)/Tdet;
1603   bc1 = (t21 * r11 + t22 * r12)/Tdet;
1604 }
1605
1606 //=======================================================================
1607 //function : FindFaceInSet
1608 //purpose  : Return a face having linked nodes n1 and n2 and which is
1609 //           - not in avoidSet,
1610 //           - in elemSet provided that !elemSet.empty()
1611 //           i1 and i2 optionally returns indices of n1 and n2
1612 //=======================================================================
1613
1614 const SMDS_MeshElement*
1615 SMESH_MeshAlgos::FindFaceInSet(const SMDS_MeshNode*    n1,
1616                                const SMDS_MeshNode*    n2,
1617                                const TIDSortedElemSet& elemSet,
1618                                const TIDSortedElemSet& avoidSet,
1619                                int*                    n1ind,
1620                                int*                    n2ind)
1621
1622 {
1623   int i1 = 0, i2 = 0;
1624   const SMDS_MeshElement* face = 0;
1625
1626   SMDS_ElemIteratorPtr invElemIt = n1->GetInverseElementIterator(SMDSAbs_Face);
1627   while ( invElemIt->more() && !face ) // loop on inverse faces of n1
1628   {
1629     const SMDS_MeshElement* elem = invElemIt->next();
1630     if (avoidSet.count( elem ))
1631       continue;
1632     if ( !elemSet.empty() && !elemSet.count( elem ))
1633       continue;
1634     // index of n1
1635     i1 = elem->GetNodeIndex( n1 );
1636     // find a n2 linked to n1
1637     int nbN = elem->IsQuadratic() ? elem->NbNodes()/2 : elem->NbNodes();
1638     for ( int di = -1; di < 2 && !face; di += 2 )
1639     {
1640       i2 = (i1+di+nbN) % nbN;
1641       if ( elem->GetNode( i2 ) == n2 )
1642         face = elem;
1643     }
1644     if ( !face && elem->IsQuadratic())
1645     {
1646       // analysis for quadratic elements using all nodes
1647       SMDS_ElemIteratorPtr anIter = elem->interlacedNodesElemIterator();
1648       const SMDS_MeshNode* prevN = static_cast<const SMDS_MeshNode*>( anIter->next() );
1649       for ( i1 = -1, i2 = 0; anIter->more() && !face; i1++, i2++ )
1650       {
1651         const SMDS_MeshNode* n = static_cast<const SMDS_MeshNode*>( anIter->next() );
1652         if ( n1 == prevN && n2 == n )
1653         {
1654           face = elem;
1655         }
1656         else if ( n2 == prevN && n1 == n )
1657         {
1658           face = elem; swap( i1, i2 );
1659         }
1660         prevN = n;
1661       }
1662     }
1663   }
1664   if ( n1ind ) *n1ind = i1;
1665   if ( n2ind ) *n2ind = i2;
1666   return face;
1667 }
1668
1669 //================================================================================
1670 /*!
1671  * \brief Calculate normal of a mesh face
1672  */
1673 //================================================================================
1674
1675 bool SMESH_MeshAlgos::FaceNormal(const SMDS_MeshElement* F, gp_XYZ& normal, bool normalized)
1676 {
1677   if ( !F || F->GetType() != SMDSAbs_Face )
1678     return false;
1679
1680   normal.SetCoord(0,0,0);
1681   int nbNodes = F->NbCornerNodes();
1682   for ( int i = 0; i < nbNodes-2; ++i )
1683   {
1684     gp_XYZ p[3];
1685     for ( int n = 0; n < 3; ++n )
1686     {
1687       const SMDS_MeshNode* node = F->GetNode( i + n );
1688       p[n].SetCoord( node->X(), node->Y(), node->Z() );
1689     }
1690     normal += ( p[2] - p[1] ) ^ ( p[0] - p[1] );
1691   }
1692   double size2 = normal.SquareModulus();
1693   bool ok = ( size2 > numeric_limits<double>::min() * numeric_limits<double>::min());
1694   if ( normalized && ok )
1695     normal /= sqrt( size2 );
1696
1697   return ok;
1698 }
1699
1700 //=======================================================================
1701 //function : GetCommonNodes
1702 //purpose  : Return nodes common to two elements
1703 //=======================================================================
1704
1705 vector< const SMDS_MeshNode*> SMESH_MeshAlgos::GetCommonNodes(const SMDS_MeshElement* e1,
1706                                                               const SMDS_MeshElement* e2)
1707 {
1708   vector< const SMDS_MeshNode*> common;
1709   for ( int i = 0 ; i < e1->NbNodes(); ++i )
1710     if ( e2->GetNodeIndex( e1->GetNode( i )) >= 0 )
1711       common.push_back( e1->GetNode( i ));
1712   return common;
1713 }
1714
1715 //=======================================================================
1716 /*!
1717  * \brief Return SMESH_NodeSearcher
1718  */
1719 //=======================================================================
1720
1721 SMESH_NodeSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetNodeSearcher(SMDS_Mesh& mesh)
1722 {
1723   return new SMESH_NodeSearcherImpl( &mesh );
1724 }
1725
1726 //=======================================================================
1727 /*!
1728  * \brief Return SMESH_NodeSearcher
1729  */
1730 //=======================================================================
1731
1732 SMESH_NodeSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetNodeSearcher(SMDS_ElemIteratorPtr elemIt)
1733 {
1734   return new SMESH_NodeSearcherImpl( 0, elemIt );
1735 }
1736
1737 //=======================================================================
1738 /*!
1739  * \brief Return SMESH_ElementSearcher
1740  */
1741 //=======================================================================
1742
1743 SMESH_ElementSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetElementSearcher(SMDS_Mesh& mesh,
1744                                                            double     tolerance)
1745 {
1746   return new SMESH_ElementSearcherImpl( mesh, tolerance );
1747 }
1748
1749 //=======================================================================
1750 /*!
1751  * \brief Return SMESH_ElementSearcher acting on a sub-set of elements
1752  */
1753 //=======================================================================
1754
1755 SMESH_ElementSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetElementSearcher(SMDS_Mesh&           mesh,
1756                                                            SMDS_ElemIteratorPtr elemIt,
1757                                                            double               tolerance)
1758 {
1759   return new SMESH_ElementSearcherImpl( mesh, tolerance, elemIt );
1760 }