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IPAL53716: Body Fitting - cavities in mesh mismatch cavities in geometry
[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      [SMDSAbs_NbElementTypes];
445   int                          _ebbTreeHeight[SMDSAbs_NbElementTypes];
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),_nodeSearcher(0),_tolerance(tol),_outerFacesFound(false)
456   {
457     for ( int i = 0; i < SMDSAbs_NbElementTypes; ++i )
458     {
459       _ebbTree[i] = NULL;
460       _ebbTreeHeight[i] = -1;
461     }
462   }
463   virtual ~SMESH_ElementSearcherImpl()
464   {
465     for ( int i = 0; i < SMDSAbs_NbElementTypes; ++i )
466     {
467       delete _ebbTree[i]; _ebbTree[i] = NULL;
468     }
469     if ( _nodeSearcher ) delete _nodeSearcher; _nodeSearcher = 0;
470   }
471   virtual int FindElementsByPoint(const gp_Pnt&                      point,
472                                   SMDSAbs_ElementType                type,
473                                   vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElements);
474   virtual TopAbs_State GetPointState(const gp_Pnt& point);
475   virtual const SMDS_MeshElement* FindClosestTo( const gp_Pnt&       point,
476                                                  SMDSAbs_ElementType type );
477
478   void GetElementsNearLine( const gp_Ax1&                      line,
479                             SMDSAbs_ElementType                type,
480                             vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems);
481   void GetElementsInSphere( const gp_XYZ&                      center,
482                             const double                       radius,
483                             SMDSAbs_ElementType                type,
484                             vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems);
485   double getTolerance();
486   bool getIntersParamOnLine(const gp_Lin& line, const SMDS_MeshElement* face,
487                             const double tolerance, double & param);
488   void findOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* anyOuterFace);
489   bool isOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* face) const
490   {
491     return _outerFaces.empty() || _outerFaces.count(face);
492   }
493   int getTreeHeight()
494   {
495     if ( _ebbTreeHeight[ _elementType ] < 0 )
496       _ebbTreeHeight[ _elementType ] = _ebbTree[ _elementType ]->getHeight();
497     return _ebbTreeHeight[ _elementType ];
498   }
499
500   struct TInters //!< data of intersection of the line and the mesh face (used in GetPointState())
501   {
502     const SMDS_MeshElement* _face;
503     gp_Vec                  _faceNorm;
504     bool                    _coincides; //!< the line lays in face plane
505     TInters(const SMDS_MeshElement* face, const gp_Vec& faceNorm, bool coinc=false)
506       : _face(face), _faceNorm( faceNorm ), _coincides( coinc ) {}
507   };
508   struct TFaceLink //!< link and faces sharing it (used in findOuterBoundary())
509   {
510     SMESH_TLink      _link;
511     TIDSortedElemSet _faces;
512     TFaceLink( const SMDS_MeshNode* n1, const SMDS_MeshNode* n2, const SMDS_MeshElement* face)
513       : _link( n1, n2 ), _faces( &face, &face + 1) {}
514   };
515 };
516
517 ostream& operator<< (ostream& out, const SMESH_ElementSearcherImpl::TInters& i)
518 {
519   return out << "TInters(face=" << ( i._face ? i._face->GetID() : 0)
520              << ", _coincides="<<i._coincides << ")";
521 }
522
523 //=======================================================================
524 /*!
525  * \brief define tolerance for search
526  */
527 //=======================================================================
528
529 double SMESH_ElementSearcherImpl::getTolerance()
530 {
531   if ( _tolerance < 0 )
532   {
533     const SMDS_MeshInfo& meshInfo = _mesh->GetMeshInfo();
534
535     _tolerance = 0;
536     if ( _nodeSearcher && meshInfo.NbNodes() > 1 )
537     {
538       double boxSize = _nodeSearcher->getTree()->maxSize();
539       _tolerance = 1e-8 * boxSize/* / meshInfo.NbNodes()*/;
540     }
541     else if ( _ebbTree[_elementType] && meshInfo.NbElements() > 0 )
542     {
543       double boxSize = _ebbTree[_elementType]->maxSize();
544       _tolerance = 1e-8 * boxSize/* / meshInfo.NbElements()*/;
545     }
546     if ( _tolerance == 0 )
547     {
548       // define tolerance by size of a most complex element
549       int complexType = SMDSAbs_Volume;
550       while ( complexType > SMDSAbs_All &&
551               meshInfo.NbElements( SMDSAbs_ElementType( complexType )) < 1 )
552         --complexType;
553       if ( complexType == SMDSAbs_All ) return 0; // empty mesh
554       double elemSize;
555       if ( complexType == int( SMDSAbs_Node ))
556       {
557         SMDS_NodeIteratorPtr nodeIt = _mesh->nodesIterator();
558         elemSize = 1;
559         if ( meshInfo.NbNodes() > 2 )
560           elemSize = SMESH_TNodeXYZ( nodeIt->next() ).Distance( nodeIt->next() );
561       }
562       else
563       {
564         SMDS_ElemIteratorPtr  elemIt = _mesh->elementsIterator( SMDSAbs_ElementType( complexType ));
565         const SMDS_MeshElement* elem = elemIt->next();
566         SMDS_ElemIteratorPtr  nodeIt = elem->nodesIterator();
567         SMESH_TNodeXYZ n1( nodeIt->next() );
568         elemSize = 0;
569         while ( nodeIt->more() )
570         {
571           double dist = n1.Distance( static_cast<const SMDS_MeshNode*>( nodeIt->next() ));
572           elemSize = max( dist, elemSize );
573         }
574       }
575       _tolerance = 1e-4 * elemSize;
576     }
577   }
578   return _tolerance;
579 }
580
581 //================================================================================
582 /*!
583  * \brief Find intersection of the line and an edge of face and return parameter on line
584  */
585 //================================================================================
586
587 bool SMESH_ElementSearcherImpl::getIntersParamOnLine(const gp_Lin&           line,
588                                                      const SMDS_MeshElement* face,
589                                                      const double            tol,
590                                                      double &                param)
591 {
592   int nbInts = 0;
593   param = 0;
594
595   GeomAPI_ExtremaCurveCurve anExtCC;
596   Handle(Geom_Curve) lineCurve = new Geom_Line( line );
597
598   int nbNodes = face->IsQuadratic() ? face->NbNodes()/2 : face->NbNodes();
599   for ( int i = 0; i < nbNodes && nbInts < 2; ++i )
600   {
601     GC_MakeSegment edge( SMESH_TNodeXYZ( face->GetNode( i )),
602                          SMESH_TNodeXYZ( face->GetNode( (i+1)%nbNodes) ));
603     anExtCC.Init( lineCurve, edge.Value() );
604     if ( anExtCC.NbExtrema() > 0 && anExtCC.LowerDistance() <= tol)
605     {
606       Quantity_Parameter pl, pe;
607       anExtCC.LowerDistanceParameters( pl, pe );
608       param += pl;
609       if ( ++nbInts == 2 )
610         break;
611     }
612   }
613   if ( nbInts > 0 ) param /= nbInts;
614   return nbInts > 0;
615 }
616 //================================================================================
617 /*!
618  * \brief Find all faces belonging to the outer boundary of mesh
619  */
620 //================================================================================
621
622 void SMESH_ElementSearcherImpl::findOuterBoundary(const SMDS_MeshElement* outerFace)
623 {
624   if ( _outerFacesFound ) return;
625
626   // Collect all outer faces by passing from one outer face to another via their links
627   // and BTW find out if there are internal faces at all.
628
629   // checked links and links where outer boundary meets internal one
630   set< SMESH_TLink > visitedLinks, seamLinks;
631
632   // links to treat with already visited faces sharing them
633   list < TFaceLink > startLinks;
634
635   // load startLinks with the first outerFace
636   startLinks.push_back( TFaceLink( outerFace->GetNode(0), outerFace->GetNode(1), outerFace));
637   _outerFaces.insert( outerFace );
638
639   TIDSortedElemSet emptySet;
640   while ( !startLinks.empty() )
641   {
642     const SMESH_TLink& link  = startLinks.front()._link;
643     TIDSortedElemSet&  faces = startLinks.front()._faces;
644
645     outerFace = *faces.begin();
646     // find other faces sharing the link
647     const SMDS_MeshElement* f;
648     while (( f = SMESH_MeshAlgos::FindFaceInSet(link.node1(), link.node2(), emptySet, faces )))
649       faces.insert( f );
650
651     // select another outer face among the found
652     const SMDS_MeshElement* outerFace2 = 0;
653     if ( faces.size() == 2 )
654     {
655       outerFace2 = (outerFace == *faces.begin() ? *faces.rbegin() : *faces.begin());
656     }
657     else if ( faces.size() > 2 )
658     {
659       seamLinks.insert( link );
660
661       // link direction within the outerFace
662       gp_Vec n1n2( SMESH_TNodeXYZ( link.node1()),
663                    SMESH_TNodeXYZ( link.node2()));
664       int i1 = outerFace->GetNodeIndex( link.node1() );
665       int i2 = outerFace->GetNodeIndex( link.node2() );
666       bool rev = ( abs(i2-i1) == 1 ? i1 > i2 : i2 > i1 );
667       if ( rev ) n1n2.Reverse();
668       // outerFace normal
669       gp_XYZ ofNorm, fNorm;
670       if ( SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( outerFace, ofNorm, /*normalized=*/false ))
671       {
672         // direction from the link inside outerFace
673         gp_Vec dirInOF = gp_Vec( ofNorm ) ^ n1n2;
674         // sort all other faces by angle with the dirInOF
675         map< double, const SMDS_MeshElement* > angle2Face;
676         set< const SMDS_MeshElement*, TIDCompare >::const_iterator face = faces.begin();
677         for ( ; face != faces.end(); ++face )
678         {
679           if ( *face == outerFace ) continue;
680           if ( !SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( *face, fNorm, /*normalized=*/false ))
681             continue;
682           gp_Vec dirInF = gp_Vec( fNorm ) ^ n1n2;
683           double angle = dirInOF.AngleWithRef( dirInF, n1n2 );
684           if ( angle < 0 ) angle += 2. * M_PI;
685           angle2Face.insert( make_pair( angle, *face ));
686         }
687         if ( !angle2Face.empty() )
688           outerFace2 = angle2Face.begin()->second;
689       }
690     }
691     // store the found outer face and add its links to continue seaching from
692     if ( outerFace2 )
693     {
694       _outerFaces.insert( outerFace2 );
695       int nbNodes = outerFace2->NbCornerNodes();
696       for ( int i = 0; i < nbNodes; ++i )
697       {
698         SMESH_TLink link2( outerFace2->GetNode(i), outerFace2->GetNode((i+1)%nbNodes));
699         if ( visitedLinks.insert( link2 ).second )
700           startLinks.push_back( TFaceLink( link2.node1(), link2.node2(), outerFace2 ));
701       }
702     }
703     startLinks.pop_front();
704   }
705   _outerFacesFound = true;
706
707   if ( !seamLinks.empty() )
708   {
709     // There are internal boundaries touching the outher one,
710     // find all faces of internal boundaries in order to find
711     // faces of boundaries of holes, if any.
712
713   }
714   else
715   {
716     _outerFaces.clear();
717   }
718 }
719
720 //=======================================================================
721 /*!
722  * \brief Find elements of given type where the given point is IN or ON.
723  *        Returns nb of found elements and elements them-selves.
724  *
725  * 'ALL' type means elements of any type excluding nodes, balls and 0D elements
726  */
727 //=======================================================================
728
729 int SMESH_ElementSearcherImpl::
730 FindElementsByPoint(const gp_Pnt&                      point,
731                     SMDSAbs_ElementType                type,
732                     vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElements)
733 {
734   foundElements.clear();
735   _elementType = type;
736
737   double tolerance = getTolerance();
738
739   // =================================================================================
740   if ( type == SMDSAbs_Node || type == SMDSAbs_0DElement || type == SMDSAbs_Ball)
741   {
742     if ( !_nodeSearcher )
743     {
744       if ( _meshPartIt )
745         _nodeSearcher = new SMESH_NodeSearcherImpl( 0, _meshPartIt );
746       else
747         _nodeSearcher = new SMESH_NodeSearcherImpl( _mesh );
748     }
749     std::vector< const SMDS_MeshNode* > foundNodes;
750     _nodeSearcher->FindNearPoint( point, tolerance, foundNodes );
751
752     if ( type == SMDSAbs_Node )
753     {
754       foundElements.assign( foundNodes.begin(), foundNodes.end() );
755     }
756     else
757     {
758       for ( size_t i = 0; i < foundNodes.size(); ++i )
759       {
760         SMDS_ElemIteratorPtr elemIt = foundNodes[i]->GetInverseElementIterator( type );
761         while ( elemIt->more() )
762           foundElements.push_back( elemIt->next() );
763       }
764     }
765   }
766   // =================================================================================
767   else // elements more complex than 0D
768   {
769     if ( !_ebbTree[type] )
770     {
771       _ebbTree[_elementType] = new ElementBndBoxTree( *_mesh, type, _meshPartIt, tolerance );
772     }
773     TIDSortedElemSet suspectElems;
774     _ebbTree[ type ]->getElementsNearPoint( point, suspectElems );
775     TIDSortedElemSet::iterator elem = suspectElems.begin();
776     for ( ; elem != suspectElems.end(); ++elem )
777       if ( !SMESH_MeshAlgos::IsOut( *elem, point, tolerance ))
778         foundElements.push_back( *elem );
779   }
780   return foundElements.size();
781 }
782
783 //=======================================================================
784 /*!
785  * \brief Find an element of given type most close to the given point
786  *
787  * WARNING: Only face search is implemeneted so far
788  */
789 //=======================================================================
790
791 const SMDS_MeshElement*
792 SMESH_ElementSearcherImpl::FindClosestTo( const gp_Pnt&       point,
793                                           SMDSAbs_ElementType type )
794 {
795   const SMDS_MeshElement* closestElem = 0;
796   _elementType = type;
797
798   if ( type == SMDSAbs_Face || type == SMDSAbs_Volume )
799   {
800     ElementBndBoxTree*& ebbTree = _ebbTree[ type ];
801     if ( !ebbTree )
802       ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, type, _meshPartIt );
803
804     TIDSortedElemSet suspectElems;
805     ebbTree->getElementsNearPoint( point, suspectElems );
806
807     if ( suspectElems.empty() && ebbTree->maxSize() > 0 )
808     {
809       gp_Pnt boxCenter = 0.5 * ( ebbTree->getBox()->CornerMin() +
810                                  ebbTree->getBox()->CornerMax() );
811       double radius = -1;
812       if ( ebbTree->getBox()->IsOut( point.XYZ() ))
813         radius = point.Distance( boxCenter ) - 0.5 * ebbTree->maxSize();
814       if ( radius < 0 )
815         radius = ebbTree->maxSize() / pow( 2., getTreeHeight()) / 2;
816       while ( suspectElems.empty() )
817       {
818         ebbTree->getElementsInSphere( point.XYZ(), radius, suspectElems );
819         radius *= 1.1;
820       }
821     }
822     double minDist = std::numeric_limits<double>::max();
823     multimap< double, const SMDS_MeshElement* > dist2face;
824     TIDSortedElemSet::iterator elem = suspectElems.begin();
825     for ( ; elem != suspectElems.end(); ++elem )
826     {
827       double dist = SMESH_MeshAlgos::GetDistance( *elem, point );
828       if ( dist < minDist + 1e-10)
829       {
830         minDist = dist;
831         dist2face.insert( dist2face.begin(), make_pair( dist, *elem ));
832       }
833     }
834     if ( !dist2face.empty() )
835     {
836       multimap< double, const SMDS_MeshElement* >::iterator d2f = dist2face.begin();
837       closestElem = d2f->second;
838       // if there are several elements at the same distance, select one
839       // with GC closest to the point
840       typedef SMDS_StdIterator< SMESH_TNodeXYZ, SMDS_ElemIteratorPtr > TXyzIterator;
841       double minDistToGC = 0;
842       for ( ++d2f; d2f != dist2face.end() && fabs( d2f->first - minDist ) < 1e-10; ++d2f )
843       {
844         if ( minDistToGC == 0 )
845         {
846           gp_XYZ gc(0,0,0);
847           gc = accumulate( TXyzIterator(closestElem->nodesIterator()),
848                            TXyzIterator(), gc ) / closestElem->NbNodes();
849           minDistToGC = point.SquareDistance( gc );
850         }
851         gp_XYZ gc(0,0,0);
852         gc = accumulate( TXyzIterator( d2f->second->nodesIterator()),
853                          TXyzIterator(), gc ) / d2f->second->NbNodes();
854         double d = point.SquareDistance( gc );
855         if ( d < minDistToGC )
856         {
857           minDistToGC = d;
858           closestElem = d2f->second;
859         }
860       }
861       // cout << "FindClosestTo( " <<point.X()<<", "<<point.Y()<<", "<<point.Z()<<" ) FACE "
862       //      <<closestElem->GetID() << " DIST " << minDist << endl;
863     }
864   }
865   else
866   {
867     // NOT IMPLEMENTED SO FAR
868   }
869   return closestElem;
870 }
871
872
873 //================================================================================
874 /*!
875  * \brief Classify the given point in the closed 2D mesh
876  */
877 //================================================================================
878
879 TopAbs_State SMESH_ElementSearcherImpl::GetPointState(const gp_Pnt& point)
880 {
881   double tolerance = getTolerance();
882
883   _elementType = SMDSAbs_Face;
884
885   ElementBndBoxTree*& ebbTree = _ebbTree[ SMDSAbs_Face ];
886   if ( !ebbTree )
887     ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType, _meshPartIt );
888
889   // Algo: analyse transition of a line starting at the point through mesh boundary;
890   // try three lines parallel to axis of the coordinate system and perform rough
891   // analysis. If solution is not clear perform thorough analysis.
892
893   const int nbAxes = 3;
894   gp_Dir axisDir[ nbAxes ] = { gp::DX(), gp::DY(), gp::DZ() };
895   map< double, TInters >   paramOnLine2TInters[ nbAxes ];
896   list< TInters > tangentInters[ nbAxes ]; // of faces whose plane includes the line
897   multimap< int, int > nbInt2Axis; // to find the simplest case
898   for ( int axis = 0; axis < nbAxes; ++axis )
899   {
900     gp_Ax1 lineAxis( point, axisDir[axis]);
901     gp_Lin line    ( lineAxis );
902
903     TIDSortedElemSet suspectFaces; // faces possibly intersecting the line
904     ebbTree->getElementsNearLine( lineAxis, suspectFaces );
905
906     // Intersect faces with the line
907
908     map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ axis ];
909     TIDSortedElemSet::iterator face = suspectFaces.begin();
910     for ( ; face != suspectFaces.end(); ++face )
911     {
912       // get face plane
913       gp_XYZ fNorm;
914       if ( !SMESH_MeshAlgos::FaceNormal( *face, fNorm, /*normalized=*/false)) continue;
915       gp_Pln facePlane( SMESH_TNodeXYZ( (*face)->GetNode(0)), fNorm );
916
917       // perform intersection
918       IntAna_IntConicQuad intersection( line, IntAna_Quadric( facePlane ));
919       if ( !intersection.IsDone() )
920         continue;
921       if ( intersection.IsInQuadric() )
922       {
923         tangentInters[ axis ].push_back( TInters( *face, fNorm, true ));
924       }
925       else if ( ! intersection.IsParallel() && intersection.NbPoints() > 0 )
926       {
927         double tol = 1e-4 * Sqrt( fNorm.Modulus() );
928         gp_Pnt intersectionPoint = intersection.Point(1);
929         if ( !SMESH_MeshAlgos::IsOut( *face, intersectionPoint, tol ))
930           u2inters.insert(make_pair( intersection.ParamOnConic(1), TInters( *face, fNorm )));
931       }
932     }
933     // Analyse intersections roughly
934
935     int nbInter = u2inters.size();
936     if ( nbInter == 0 )
937       return TopAbs_OUT;
938
939     double f = u2inters.begin()->first, l = u2inters.rbegin()->first;
940     if ( nbInter == 1 ) // not closed mesh
941       return fabs( f ) < tolerance ? TopAbs_ON : TopAbs_UNKNOWN;
942
943     if ( fabs( f ) < tolerance || fabs( l ) < tolerance )
944       return TopAbs_ON;
945
946     if ( (f<0) == (l<0) )
947       return TopAbs_OUT;
948
949     int nbIntBeforePoint = std::distance( u2inters.begin(), u2inters.lower_bound(0));
950     int nbIntAfterPoint  = nbInter - nbIntBeforePoint;
951     if ( nbIntBeforePoint == 1 || nbIntAfterPoint == 1 )
952       return TopAbs_IN;
953
954     nbInt2Axis.insert( make_pair( min( nbIntBeforePoint, nbIntAfterPoint ), axis ));
955
956     if ( _outerFacesFound ) break; // pass to thorough analysis
957
958   } // three attempts - loop on CS axes
959
960   // Analyse intersections thoroughly.
961   // We make two loops maximum, on the first one we only exclude touching intersections,
962   // on the second, if situation is still unclear, we gather and use information on
963   // position of faces (internal or outer). If faces position is already gathered,
964   // we make the second loop right away.
965
966   for ( int hasPositionInfo = _outerFacesFound; hasPositionInfo < 2; ++hasPositionInfo )
967   {
968     multimap< int, int >::const_iterator nb_axis = nbInt2Axis.begin();
969     for ( ; nb_axis != nbInt2Axis.end(); ++nb_axis )
970     {
971       int axis = nb_axis->second;
972       map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ axis ];
973
974       gp_Ax1 lineAxis( point, axisDir[axis]);
975       gp_Lin line    ( lineAxis );
976
977       // add tangent intersections to u2inters
978       double param;
979       list< TInters >::const_iterator tgtInt = tangentInters[ axis ].begin();
980       for ( ; tgtInt != tangentInters[ axis ].end(); ++tgtInt )
981         if ( getIntersParamOnLine( line, tgtInt->_face, tolerance, param ))
982           u2inters.insert(make_pair( param, *tgtInt ));
983       tangentInters[ axis ].clear();
984
985       // Count intersections before and after the point excluding touching ones.
986       // If hasPositionInfo we count intersections of outer boundary only
987
988       int nbIntBeforePoint = 0, nbIntAfterPoint = 0;
989       double f = numeric_limits<double>::max(), l = -numeric_limits<double>::max();
990       map< double, TInters >::iterator u_int1 = u2inters.begin(), u_int2 = u_int1;
991       bool ok = ! u_int1->second._coincides;
992       while ( ok && u_int1 != u2inters.end() )
993       {
994         double u = u_int1->first;
995         bool touchingInt = false;
996         if ( ++u_int2 != u2inters.end() )
997         {
998           // skip intersections at the same point (if the line passes through edge or node)
999           int nbSamePnt = 0;
1000           while ( u_int2 != u2inters.end() && fabs( u_int2->first - u ) < tolerance )
1001           {
1002             ++nbSamePnt;
1003             ++u_int2;
1004           }
1005
1006           // skip tangent intersections
1007           int nbTgt = 0;
1008           if ( u_int2 != u2inters.end() )
1009           {
1010             const SMDS_MeshElement* prevFace = u_int1->second._face;
1011             while ( ok && u_int2->second._coincides )
1012             {
1013               if ( SMESH_MeshAlgos::GetCommonNodes(prevFace , u_int2->second._face).empty() )
1014                 ok = false;
1015               else
1016               {
1017                 nbTgt++;
1018                 u_int2++;
1019                 ok = ( u_int2 != u2inters.end() );
1020               }
1021             }
1022           }
1023           if ( !ok ) break;
1024
1025           // skip intersections at the same point after tangent intersections
1026           if ( nbTgt > 0 )
1027           {
1028             double u2 = u_int2->first;
1029             ++u_int2;
1030             while ( u_int2 != u2inters.end() && fabs( u_int2->first - u2 ) < tolerance )
1031             {
1032               ++nbSamePnt;
1033               ++u_int2;
1034             }
1035           }
1036           // decide if we skipped a touching intersection
1037           if ( nbSamePnt + nbTgt > 0 )
1038           {
1039             double minDot = numeric_limits<double>::max(), maxDot = -numeric_limits<double>::max();
1040             map< double, TInters >::iterator u_int = u_int1;
1041             for ( ; u_int != u_int2; ++u_int )
1042             {
1043               if ( u_int->second._coincides ) continue;
1044               double dot = u_int->second._faceNorm * line.Direction();
1045               if ( dot > maxDot ) maxDot = dot;
1046               if ( dot < minDot ) minDot = dot;
1047             }
1048             touchingInt = ( minDot*maxDot < 0 );
1049           }
1050         }
1051         if ( !touchingInt )
1052         {
1053           if ( !hasPositionInfo || isOuterBoundary( u_int1->second._face ))
1054           {
1055             if ( u < 0 )
1056               ++nbIntBeforePoint;
1057             else
1058               ++nbIntAfterPoint;
1059           }
1060           if ( u < f ) f = u;
1061           if ( u > l ) l = u;
1062         }
1063
1064         u_int1 = u_int2; // to next intersection
1065
1066       } // loop on intersections with one line
1067
1068       if ( ok )
1069       {
1070         if ( fabs( f ) < tolerance || fabs( l ) < tolerance )
1071           return TopAbs_ON;
1072
1073         if ( nbIntBeforePoint == 0  || nbIntAfterPoint == 0)
1074           return TopAbs_OUT;
1075
1076         if ( nbIntBeforePoint + nbIntAfterPoint == 1 ) // not closed mesh
1077           return fabs( f ) < tolerance ? TopAbs_ON : TopAbs_UNKNOWN;
1078
1079         if ( nbIntBeforePoint == 1 || nbIntAfterPoint == 1 )
1080           return TopAbs_IN;
1081
1082         if ( (f<0) == (l<0) )
1083           return TopAbs_OUT;
1084
1085         if ( hasPositionInfo )
1086           return nbIntBeforePoint % 2 ? TopAbs_IN : TopAbs_OUT;
1087       }
1088     } // loop on intersections of the tree lines - thorough analysis
1089
1090     if ( !hasPositionInfo )
1091     {
1092       // gather info on faces position - is face in the outer boundary or not
1093       map< double, TInters > & u2inters = paramOnLine2TInters[ 0 ];
1094       findOuterBoundary( u2inters.begin()->second._face );
1095     }
1096
1097   } // two attempts - with and w/o faces position info in the mesh
1098
1099   return TopAbs_UNKNOWN;
1100 }
1101
1102 //=======================================================================
1103 /*!
1104  * \brief Return elements possibly intersecting the line
1105  */
1106 //=======================================================================
1107
1108 void SMESH_ElementSearcherImpl::GetElementsNearLine( const gp_Ax1&                      line,
1109                                                      SMDSAbs_ElementType                type,
1110                                                      vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems)
1111 {
1112   _elementType = type;
1113   ElementBndBoxTree*& ebbTree = _ebbTree[ type ];
1114   if ( !ebbTree )
1115     ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType, _meshPartIt );
1116
1117   TIDSortedElemSet suspectFaces; // elements possibly intersecting the line
1118   ebbTree->getElementsNearLine( line, suspectFaces );
1119   foundElems.assign( suspectFaces.begin(), suspectFaces.end());
1120 }
1121
1122 //=======================================================================
1123 /*
1124  * Return elements whose bounding box intersects a sphere
1125  */
1126 //=======================================================================
1127
1128 void SMESH_ElementSearcherImpl::GetElementsInSphere( const gp_XYZ&                      center,
1129                                                      const double                       radius,
1130                                                      SMDSAbs_ElementType                type,
1131                                                      vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems)
1132 {
1133   _elementType = type;
1134   ElementBndBoxTree*& ebbTree = _ebbTree[ type ];
1135   if ( !ebbTree )
1136     ebbTree = new ElementBndBoxTree( *_mesh, _elementType, _meshPartIt );
1137
1138   TIDSortedElemSet suspectFaces; // elements possibly intersecting the line
1139   ebbTree->getElementsInSphere( center, radius, suspectFaces );
1140   foundElems.assign( suspectFaces.begin(), suspectFaces.end() );
1141 }
1142
1143 //=======================================================================
1144 /*!
1145  * \brief Return true if the point is IN or ON of the element
1146  */
1147 //=======================================================================
1148
1149 bool SMESH_MeshAlgos::IsOut( const SMDS_MeshElement* element, const gp_Pnt& point, double tol )
1150 {
1151   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Volume)
1152   {
1153     return SMDS_VolumeTool( element ).IsOut( point.X(), point.Y(), point.Z(), tol );
1154   }
1155
1156   // get ordered nodes
1157
1158   vector< SMESH_TNodeXYZ > xyz; xyz.reserve( element->NbNodes()+1 );
1159
1160   SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = element->interlacedNodesElemIterator();
1161   for ( int i = 0; nodeIt->more(); ++i )
1162     xyz.push_back( SMESH_TNodeXYZ( nodeIt->next() ));
1163
1164   int i, nbNodes = (int) xyz.size(); // central node of biquadratic is missing
1165
1166   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Face ) // --------------------------------------------------
1167   {
1168     // compute face normal
1169     gp_Vec faceNorm(0,0,0);
1170     xyz.push_back( xyz.front() );
1171     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1172     {
1173       gp_Vec edge1( xyz[i+1], xyz[i]);
1174       gp_Vec edge2( xyz[i+1], xyz[(i+2)%nbNodes] );
1175       faceNorm += edge1 ^ edge2;
1176     }
1177     double fNormSize = faceNorm.Magnitude();
1178     if ( fNormSize <= tol )
1179     {
1180       // degenerated face: point is out if it is out of all face edges
1181       for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1182       {
1183         SMDS_LinearEdge edge( xyz[i]._node, xyz[i+1]._node );
1184         if ( !IsOut( &edge, point, tol ))
1185           return false;
1186       }
1187       return true;
1188     }
1189     faceNorm /= fNormSize;
1190
1191     // check if the point lays on face plane
1192     gp_Vec n2p( xyz[0], point );
1193     double dot = n2p * faceNorm;
1194     if ( Abs( dot ) > tol ) // not on face plane
1195     {
1196       bool isOut = true;
1197       if ( nbNodes > 3 ) // maybe the face is not planar
1198       {
1199         double elemThick = 0;
1200         for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1201         {
1202           gp_Vec n2n( xyz[0], xyz[i] );
1203           elemThick = Max( elemThick, Abs( n2n * faceNorm ));
1204         }
1205         isOut = Abs( dot ) > elemThick + tol;
1206       }
1207       if ( isOut )
1208         return isOut;
1209     }
1210
1211     // check if point is out of face boundary:
1212     // define it by closest transition of a ray point->infinity through face boundary
1213     // on the face plane.
1214     // First, find normal of a plane perpendicular to face plane, to be used as a cutting tool
1215     // to find intersections of the ray with the boundary.
1216     gp_Vec ray = n2p;
1217     gp_Vec plnNorm = ray ^ faceNorm;
1218     double n2pSize = plnNorm.Magnitude();
1219     if ( n2pSize <= tol ) return false; // point coincides with the first node
1220     if ( n2pSize * n2pSize > fNormSize * 100 ) return true; // point is very far
1221     plnNorm /= n2pSize;
1222     // for each node of the face, compute its signed distance to the cutting plane
1223     vector<double> dist( nbNodes + 1);
1224     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1225     {
1226       gp_Vec n2p( xyz[i], point );
1227       dist[i] = n2p * plnNorm;
1228     }
1229     dist.back() = dist.front();
1230     // find the closest intersection
1231     int    iClosest = -1;
1232     double rClosest = 0, distClosest = 1e100;
1233     gp_Pnt pClosest;
1234     for ( i = 0; i < nbNodes; ++i )
1235     {
1236       double r;
1237       if ( fabs( dist[i] ) < tol )
1238         r = 0.;
1239       else if ( fabs( dist[i+1]) < tol )
1240         r = 1.;
1241       else if ( dist[i] * dist[i+1] < 0 )
1242         r = dist[i] / ( dist[i] - dist[i+1] );
1243       else
1244         continue; // no intersection
1245       gp_Pnt pInt = xyz[i] * (1.-r) + xyz[i+1] * r;
1246       gp_Vec p2int( point, pInt);
1247       double intDist = p2int.SquareMagnitude();
1248       if ( intDist < distClosest )
1249       {
1250         iClosest = i;
1251         rClosest = r;
1252         pClosest = pInt;
1253         distClosest = intDist;
1254       }
1255     }
1256     if ( iClosest < 0 )
1257       return true; // no intesections - out
1258
1259     // analyse transition
1260     gp_Vec edge( xyz[iClosest], xyz[iClosest+1] );
1261     gp_Vec edgeNorm = -( edge ^ faceNorm ); // normal to intersected edge pointing out of face
1262     gp_Vec p2int ( point, pClosest );
1263     bool out = (edgeNorm * p2int) < -tol;
1264     if ( rClosest > 0. && rClosest < 1. ) // not node intersection
1265       return out;
1266
1267     // the ray passes through a face node; analyze transition through an adjacent edge
1268     gp_Pnt p1 = xyz[ (rClosest == 0.) ? ((iClosest+nbNodes-1) % nbNodes) : (iClosest+1) ];
1269     gp_Pnt p2 = xyz[ (rClosest == 0.) ? iClosest : ((iClosest+2) % nbNodes) ];
1270     gp_Vec edgeAdjacent( p1, p2 );
1271     gp_Vec edgeNorm2 = -( edgeAdjacent ^ faceNorm );
1272     bool out2 = (edgeNorm2 * p2int) < -tol;
1273
1274     bool covexCorner = ( edgeNorm * edgeAdjacent * (rClosest==1. ? 1. : -1.)) < 0;
1275     return covexCorner ? (out || out2) : (out && out2);
1276   }
1277
1278   if ( element->GetType() == SMDSAbs_Edge ) // --------------------------------------------------
1279   {
1280     // point is out of edge if it is NOT ON any straight part of edge
1281     // (we consider quadratic edge as being composed of two straight parts)
1282     for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1283     {
1284       gp_Vec edge( xyz[i-1], xyz[i] );
1285       gp_Vec n1p ( xyz[i-1], point  );
1286       double u = ( edge * n1p ) / edge.SquareMagnitude(); // param [0,1] on the edge
1287       if ( u <= 0. ) {
1288         if ( n1p.SquareMagnitude() < tol * tol )
1289           return false;
1290         continue;
1291       }
1292       if ( u >= 1. ) {
1293         if ( point.SquareDistance( xyz[i] ) < tol * tol )
1294           return false;
1295         continue;
1296       }
1297       gp_XYZ proj = ( 1. - u ) * xyz[i-1] + u * xyz[i]; // projection of the point on the edge
1298       double dist2 = point.SquareDistance( proj );
1299       if ( dist2 > tol * tol )
1300         continue;
1301       return false; // point is ON this part
1302     }
1303     return true;
1304   }
1305
1306   // Node or 0D element -------------------------------------------------------------------------
1307   {
1308     gp_Vec n2p ( xyz[0], point );
1309     return n2p.SquareMagnitude() > tol * tol;
1310   }
1311   return true;
1312 }
1313
1314 //=======================================================================
1315 namespace
1316 {
1317   // Position of a point relative to a segment
1318   //            .           .
1319   //            .  LEFT     .
1320   //            .           .
1321   //  VERTEX 1  o----ON----->  VERTEX 2
1322   //            .           .
1323   //            .  RIGHT    .
1324   //            .           .
1325   enum PositionName { POS_LEFT = 1, POS_VERTEX = 2, POS_RIGHT = 4, //POS_ON = 8,
1326                       POS_ALL = POS_LEFT | POS_RIGHT | POS_VERTEX };
1327   struct PointPos
1328   {
1329     PositionName _name;
1330     int          _index; // index of vertex or segment
1331
1332     PointPos( PositionName n, int i=-1 ): _name(n), _index(i) {}
1333     bool operator < (const PointPos& other ) const
1334     {
1335       if ( _name == other._name )
1336         return  ( _index < 0 || other._index < 0 ) ? false : _index < other._index;
1337       return _name < other._name;
1338     }
1339   };
1340
1341   //================================================================================
1342   /*!
1343    * \brief Return of a point relative to a segment
1344    *  \param point2D      - the point to analyze position of
1345    *  \param xyVec        - end points of segments
1346    *  \param index0       - 0-based index of the first point of segment
1347    *  \param posToFindOut - flags of positions to detect
1348    *  \retval PointPos - point position
1349    */
1350   //================================================================================
1351
1352   PointPos getPointPosition( const gp_XY& point2D,
1353                              const gp_XY* segEnds,
1354                              const int    index0 = 0,
1355                              const int    posToFindOut = POS_ALL)
1356   {
1357     const gp_XY& p1 = segEnds[ index0   ];
1358     const gp_XY& p2 = segEnds[ index0+1 ];
1359     const gp_XY grad = p2 - p1;
1360
1361     if ( posToFindOut & POS_VERTEX )
1362     {
1363       // check if the point2D is at "vertex 1" zone
1364       gp_XY pp1[2] = { p1, gp_XY( p1.X() - grad.Y(),
1365                                   p1.Y() + grad.X() ) };
1366       if ( getPointPosition( point2D, pp1, 0, POS_LEFT|POS_RIGHT )._name == POS_LEFT )
1367         return PointPos( POS_VERTEX, index0 );
1368
1369       // check if the point2D is at "vertex 2" zone
1370       gp_XY pp2[2] = { p2, gp_XY( p2.X() - grad.Y(),
1371                                   p2.Y() + grad.X() ) };
1372       if ( getPointPosition( point2D, pp2, 0, POS_LEFT|POS_RIGHT )._name == POS_RIGHT )
1373         return PointPos( POS_VERTEX, index0 + 1);
1374     }
1375     double edgeEquation =
1376       ( point2D.X() - p1.X() ) * grad.Y() - ( point2D.Y() - p1.Y() ) * grad.X();
1377     return PointPos( edgeEquation < 0 ? POS_LEFT : POS_RIGHT, index0 );
1378   }
1379 }
1380
1381 //=======================================================================
1382 /*!
1383  * \brief Return minimal distance from a point to an element
1384  *
1385  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order of face
1386  */
1387 //=======================================================================
1388
1389 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshElement* elem,
1390                                      const gp_Pnt&           point )
1391 {
1392   switch ( elem->GetType() )
1393   {
1394   case SMDSAbs_Volume:
1395     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshVolume*>( elem ), point);
1396   case SMDSAbs_Face:
1397     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshFace*>( elem ), point);
1398   case SMDSAbs_Edge:
1399     return GetDistance( dynamic_cast<const SMDS_MeshEdge*>( elem ), point);
1400   case SMDSAbs_Node:
1401     return point.Distance( SMESH_TNodeXYZ( elem ));
1402   default:;
1403   }
1404   return -1;
1405 }
1406
1407 //=======================================================================
1408 /*!
1409  * \brief Return minimal distance from a point to a face
1410  *
1411  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order of face
1412  */
1413 //=======================================================================
1414
1415 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshFace* face,
1416                                      const gp_Pnt&        point )
1417 {
1418   double badDistance = -1;
1419   if ( !face ) return badDistance;
1420
1421   // coordinates of nodes (medium nodes, if any, ignored)
1422   typedef SMDS_StdIterator< SMESH_TNodeXYZ, SMDS_ElemIteratorPtr > TXyzIterator;
1423   vector<gp_XYZ> xyz( TXyzIterator( face->nodesIterator()), TXyzIterator() );
1424   xyz.resize( face->NbCornerNodes()+1 );
1425
1426   // transformation to get xyz[0] lies on the origin, xyz[1] lies on the Z axis,
1427   // and xyz[2] lies in the XZ plane. This is to pass to 2D space on XZ plane.
1428   gp_Trsf trsf;
1429   gp_Vec OZ ( xyz[0], xyz[1] );
1430   gp_Vec OX ( xyz[0], xyz[2] );
1431   if ( OZ.Magnitude() < std::numeric_limits<double>::min() )
1432   {
1433     if ( xyz.size() < 4 ) return badDistance;
1434     OZ = gp_Vec ( xyz[0], xyz[2] );
1435     OX = gp_Vec ( xyz[0], xyz[3] );
1436   }
1437   gp_Ax3 tgtCS;
1438   try {
1439     tgtCS = gp_Ax3( xyz[0], OZ, OX );
1440   }
1441   catch ( Standard_Failure ) {
1442     return badDistance;
1443   }
1444   trsf.SetTransformation( tgtCS );
1445
1446   // move all the nodes to 2D
1447   vector<gp_XY> xy( xyz.size() );
1448   for ( size_t i = 0;i < xyz.size()-1; ++i )
1449   {
1450     gp_XYZ p3d = xyz[i];
1451     trsf.Transforms( p3d );
1452     xy[i].SetCoord( p3d.X(), p3d.Z() );
1453   }
1454   xyz.back() = xyz.front();
1455   xy.back() = xy.front();
1456
1457   // // move the point in 2D
1458   gp_XYZ tmpPnt = point.XYZ();
1459   trsf.Transforms( tmpPnt );
1460   gp_XY point2D( tmpPnt.X(), tmpPnt.Z() );
1461
1462   // loop on segments of the face to analyze point position ralative to the face
1463   set< PointPos > pntPosSet;
1464   for ( size_t i = 1; i < xy.size(); ++i )
1465   {
1466     PointPos pos = getPointPosition( point2D, &xy[0], i-1 );
1467     pntPosSet.insert( pos );
1468   }
1469
1470   // compute distance
1471   PointPos pos = *pntPosSet.begin();
1472   // cout << "Face " << face->GetID() << " DIST: ";
1473   switch ( pos._name )
1474   {
1475   case POS_LEFT: {
1476     // point is most close to a segment
1477     gp_Vec p0p1( point, xyz[ pos._index ] );
1478     gp_Vec p1p2( xyz[ pos._index ], xyz[ pos._index+1 ]); // segment vector
1479     p1p2.Normalize();
1480     double projDist = p0p1 * p1p2; // distance projected to the segment
1481     gp_Vec projVec = p1p2 * projDist;
1482     gp_Vec distVec = p0p1 - projVec;
1483     // cout << distVec.Magnitude()  << ", SEG " << face->GetNode(pos._index)->GetID()
1484     //      << " - " << face->GetNodeWrap(pos._index+1)->GetID() << endl;
1485     return distVec.Magnitude();
1486   }
1487   case POS_RIGHT: {
1488     // point is inside the face
1489     double distToFacePlane = tmpPnt.Y();
1490     // cout << distToFacePlane << ", INSIDE " << endl;
1491     return Abs( distToFacePlane );
1492   }
1493   case POS_VERTEX: {
1494     // point is most close to a node
1495     gp_Vec distVec( point, xyz[ pos._index ]);
1496     // cout << distVec.Magnitude()  << " VERTEX " << face->GetNode(pos._index)->GetID() << endl;
1497     return distVec.Magnitude();
1498   }
1499   default:;
1500   }
1501   return badDistance;
1502 }
1503
1504 //=======================================================================
1505 /*!
1506  * \brief Return minimal distance from a point to an edge
1507  */
1508 //=======================================================================
1509
1510 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshEdge* seg, const gp_Pnt& point )
1511 {
1512   double dist = Precision::Infinite();
1513   if ( !seg ) return dist;
1514
1515   int i = 0, nbNodes = seg->NbNodes();
1516
1517   vector< SMESH_TNodeXYZ > xyz( nbNodes );
1518   SMDS_ElemIteratorPtr nodeIt = seg->interlacedNodesElemIterator();
1519   while ( nodeIt->more() )
1520     xyz[ i++ ].Set( nodeIt->next() );
1521
1522   for ( i = 1; i < nbNodes; ++i )
1523   {
1524     gp_Vec edge( xyz[i-1], xyz[i] );
1525     gp_Vec n1p ( xyz[i-1], point  );
1526     double u = ( edge * n1p ) / edge.SquareMagnitude(); // param [0,1] on the edge
1527     if ( u <= 0. ) {
1528       dist = Min( dist, n1p.SquareMagnitude() );
1529     }
1530     else if ( u >= 1. ) {
1531       dist = Min( dist, point.SquareDistance( xyz[i] ));
1532     }
1533     else {
1534       gp_XYZ proj = ( 1. - u ) * xyz[i-1] + u * xyz[i]; // projection of the point on the edge
1535       dist = Min( dist, point.SquareDistance( proj ));
1536     }
1537   }
1538   return Sqrt( dist );
1539 }
1540
1541 //=======================================================================
1542 /*!
1543  * \brief Return minimal distance from a point to a volume
1544  *
1545  * Currently we ignore non-planarity and 2nd order
1546  */
1547 //=======================================================================
1548
1549 double SMESH_MeshAlgos::GetDistance( const SMDS_MeshVolume* volume, const gp_Pnt& point )
1550 {
1551   SMDS_VolumeTool vTool( volume );
1552   vTool.SetExternalNormal();
1553   const int iQ = volume->IsQuadratic() ? 2 : 1;
1554
1555   double n[3], bc[3];
1556   double minDist = 1e100, dist;
1557   for ( int iF = 0; iF < vTool.NbFaces(); ++iF )
1558   {
1559     // skip a facet with normal not "looking at" the point
1560     if ( !vTool.GetFaceNormal( iF, n[0], n[1], n[2] ) ||
1561          !vTool.GetFaceBaryCenter( iF, bc[0], bc[1], bc[2] ))
1562       continue;
1563     gp_XYZ bcp = point.XYZ() - gp_XYZ( bc[0], bc[1], bc[2] );
1564     if ( gp_XYZ( n[0], n[1], n[2] ) * bcp < 1e-6 )
1565       continue;
1566
1567     // find distance to a facet
1568     const SMDS_MeshNode** nodes = vTool.GetFaceNodes( iF );
1569     switch ( vTool.NbFaceNodes( iF ) / iQ ) {
1570     case 3:
1571     {
1572       SMDS_FaceOfNodes tmpFace( nodes[0], nodes[ 1*iQ ], nodes[ 2*iQ ] );
1573       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1574       break;
1575     }
1576     case 4:
1577     {
1578       SMDS_FaceOfNodes tmpFace( nodes[0], nodes[ 1*iQ ], nodes[ 2*iQ ], nodes[ 3*iQ ]);
1579       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1580       break;
1581     }
1582     default:
1583       vector<const SMDS_MeshNode *> nvec( nodes, nodes + vTool.NbFaceNodes( iF ));
1584       SMDS_PolygonalFaceOfNodes tmpFace( nvec );
1585       dist = GetDistance( &tmpFace, point );
1586     }
1587     minDist = Min( minDist, dist );
1588   }
1589   return minDist;
1590 }
1591
1592 //================================================================================
1593 /*!
1594  * \brief Returns barycentric coordinates of a point within a triangle.
1595  *        A not returned bc2 = 1. - bc0 - bc1.
1596  *        The point lies within the triangle if ( bc0 >= 0 && bc1 >= 0 && bc0+bc1 <= 1 )
1597  */
1598 //================================================================================
1599
1600 void SMESH_MeshAlgos::GetBarycentricCoords( const gp_XY& p,
1601                                             const gp_XY& t0,
1602                                             const gp_XY& t1,
1603                                             const gp_XY& t2,
1604                                             double &     bc0,
1605                                             double &     bc1)
1606 {
1607   const double // matrix 2x2
1608     T11 = t0.X()-t2.X(), T12 = t1.X()-t2.X(),
1609     T21 = t0.Y()-t2.Y(), T22 = t1.Y()-t2.Y();
1610   const double Tdet = T11*T22 - T12*T21; // matrix determinant
1611   if ( Abs( Tdet ) < std::numeric_limits<double>::min() )
1612   {
1613     bc0 = bc1 = 2.;
1614     return;
1615   }
1616   // matrix inverse
1617   const double t11 = T22, t12 = -T12, t21 = -T21, t22 = T11;
1618   // vector
1619   const double r11 = p.X()-t2.X(), r12 = p.Y()-t2.Y();
1620   // barycentric coordinates: mutiply matrix by vector
1621   bc0 = (t11 * r11 + t12 * r12)/Tdet;
1622   bc1 = (t21 * r11 + t22 * r12)/Tdet;
1623 }
1624
1625 //=======================================================================
1626 //function : FindFaceInSet
1627 //purpose  : Return a face having linked nodes n1 and n2 and which is
1628 //           - not in avoidSet,
1629 //           - in elemSet provided that !elemSet.empty()
1630 //           i1 and i2 optionally returns indices of n1 and n2
1631 //=======================================================================
1632
1633 const SMDS_MeshElement*
1634 SMESH_MeshAlgos::FindFaceInSet(const SMDS_MeshNode*    n1,
1635                                const SMDS_MeshNode*    n2,
1636                                const TIDSortedElemSet& elemSet,
1637                                const TIDSortedElemSet& avoidSet,
1638                                int*                    n1ind,
1639                                int*                    n2ind)
1640
1641 {
1642   int i1 = 0, i2 = 0;
1643   const SMDS_MeshElement* face = 0;
1644
1645   SMDS_ElemIteratorPtr invElemIt = n1->GetInverseElementIterator(SMDSAbs_Face);
1646   while ( invElemIt->more() && !face ) // loop on inverse faces of n1
1647   {
1648     const SMDS_MeshElement* elem = invElemIt->next();
1649     if (avoidSet.count( elem ))
1650       continue;
1651     if ( !elemSet.empty() && !elemSet.count( elem ))
1652       continue;
1653     // index of n1
1654     i1 = elem->GetNodeIndex( n1 );
1655     // find a n2 linked to n1
1656     int nbN = elem->IsQuadratic() ? elem->NbNodes()/2 : elem->NbNodes();
1657     for ( int di = -1; di < 2 && !face; di += 2 )
1658     {
1659       i2 = (i1+di+nbN) % nbN;
1660       if ( elem->GetNode( i2 ) == n2 )
1661         face = elem;
1662     }
1663     if ( !face && elem->IsQuadratic())
1664     {
1665       // analysis for quadratic elements using all nodes
1666       SMDS_ElemIteratorPtr anIter = elem->interlacedNodesElemIterator();
1667       const SMDS_MeshNode* prevN = static_cast<const SMDS_MeshNode*>( anIter->next() );
1668       for ( i1 = -1, i2 = 0; anIter->more() && !face; i1++, i2++ )
1669       {
1670         const SMDS_MeshNode* n = static_cast<const SMDS_MeshNode*>( anIter->next() );
1671         if ( n1 == prevN && n2 == n )
1672         {
1673           face = elem;
1674         }
1675         else if ( n2 == prevN && n1 == n )
1676         {
1677           face = elem; swap( i1, i2 );
1678         }
1679         prevN = n;
1680       }
1681     }
1682   }
1683   if ( n1ind ) *n1ind = i1;
1684   if ( n2ind ) *n2ind = i2;
1685   return face;
1686 }
1687
1688 //================================================================================
1689 /*!
1690  * \brief Calculate normal of a mesh face
1691  */
1692 //================================================================================
1693
1694 bool SMESH_MeshAlgos::FaceNormal(const SMDS_MeshElement* F, gp_XYZ& normal, bool normalized)
1695 {
1696   if ( !F || F->GetType() != SMDSAbs_Face )
1697     return false;
1698
1699   normal.SetCoord(0,0,0);
1700   int nbNodes = F->NbCornerNodes();
1701   for ( int i = 0; i < nbNodes-2; ++i )
1702   {
1703     gp_XYZ p[3];
1704     for ( int n = 0; n < 3; ++n )
1705     {
1706       const SMDS_MeshNode* node = F->GetNode( i + n );
1707       p[n].SetCoord( node->X(), node->Y(), node->Z() );
1708     }
1709     normal += ( p[2] - p[1] ) ^ ( p[0] - p[1] );
1710   }
1711   double size2 = normal.SquareModulus();
1712   bool ok = ( size2 > numeric_limits<double>::min() * numeric_limits<double>::min());
1713   if ( normalized && ok )
1714     normal /= sqrt( size2 );
1715
1716   return ok;
1717 }
1718
1719 //=======================================================================
1720 //function : GetCommonNodes
1721 //purpose  : Return nodes common to two elements
1722 //=======================================================================
1723
1724 vector< const SMDS_MeshNode*> SMESH_MeshAlgos::GetCommonNodes(const SMDS_MeshElement* e1,
1725                                                               const SMDS_MeshElement* e2)
1726 {
1727   vector< const SMDS_MeshNode*> common;
1728   for ( int i = 0 ; i < e1->NbNodes(); ++i )
1729     if ( e2->GetNodeIndex( e1->GetNode( i )) >= 0 )
1730       common.push_back( e1->GetNode( i ));
1731   return common;
1732 }
1733
1734 //=======================================================================
1735 /*!
1736  * \brief Return SMESH_NodeSearcher
1737  */
1738 //=======================================================================
1739
1740 SMESH_NodeSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetNodeSearcher(SMDS_Mesh& mesh)
1741 {
1742   return new SMESH_NodeSearcherImpl( &mesh );
1743 }
1744
1745 //=======================================================================
1746 /*!
1747  * \brief Return SMESH_NodeSearcher
1748  */
1749 //=======================================================================
1750
1751 SMESH_NodeSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetNodeSearcher(SMDS_ElemIteratorPtr elemIt)
1752 {
1753   return new SMESH_NodeSearcherImpl( 0, elemIt );
1754 }
1755
1756 //=======================================================================
1757 /*!
1758  * \brief Return SMESH_ElementSearcher
1759  */
1760 //=======================================================================
1761
1762 SMESH_ElementSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetElementSearcher(SMDS_Mesh& mesh,
1763                                                            double     tolerance)
1764 {
1765   return new SMESH_ElementSearcherImpl( mesh, tolerance );
1766 }
1767
1768 //=======================================================================
1769 /*!
1770  * \brief Return SMESH_ElementSearcher acting on a sub-set of elements
1771  */
1772 //=======================================================================
1773
1774 SMESH_ElementSearcher* SMESH_MeshAlgos::GetElementSearcher(SMDS_Mesh&           mesh,
1775                                                            SMDS_ElemIteratorPtr elemIt,
1776                                                            double               tolerance)
1777 {
1778   return new SMESH_ElementSearcherImpl( mesh, tolerance, elemIt );
1779 }