src/SMESHUtils/SMESH_MeshAlgos.hxx

   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, and more
  28
  29
  30 #ifndef __SMESH_MeshAlgos_HXX__
  31 #define __SMESH_MeshAlgos_HXX__
  32
  33 #include "SMESH_Utils.hxx"
  34
  35 #include "SMDSAbs_ElementType.hxx"
  36 #include "SMDS_ElemIterator.hxx"
  37 #include "SMESH_TypeDefs.hxx"
  38
  39 #include <TopAbs_State.hxx>
  40 #include <vector>
  41
  42 class gp_Pnt;
  43 class gp_Ax1;
  44 class Bnd_B3d;
  45 class SMDS_MeshNode;
  46 class SMDS_MeshElement;
  47 class SMDS_Mesh;
  48
  49 //=======================================================================
  50 /*!
  51  * \brief Searcher for the node closest to a point
  52  */
  53 //=======================================================================
  54
  55 struct SMESHUtils_EXPORT SMESH_NodeSearcher
  56 {
  57   virtual const SMDS_MeshNode* FindClosestTo( const gp_Pnt& pnt ) = 0;
  58   virtual void MoveNode( const SMDS_MeshNode* node, const gp_Pnt& toPnt ) = 0;
  59   virtual int  FindNearPoint(const gp_Pnt&                        point,
  60                              const double                         tolerance,
  61                              std::vector< const SMDS_MeshNode* >& foundNodes) = 0;
  62   virtual ~SMESH_NodeSearcher() {}
  63 };
  64
  65 //=======================================================================
  66 /*!
  67  * \brief Searcher for elements
  68  */
  69 //=======================================================================
  70
  71 struct SMESHUtils_EXPORT SMESH_ElementSearcher
  72 {
  73   /*!
  74    * \brief Find elements of given type where the given point is IN or ON.
  75    *        Returns nb of found elements and elements them-selves.
  76    *
  77    * 'ALL' type means elements of any type excluding nodes and 0D elements
  78    */
  79   virtual int FindElementsByPoint(const gp_Pnt&                           point,
  80                                   SMDSAbs_ElementType                     type,
  81                                   std::vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems) = 0;
  82   /*!
  83    * \brief Return an element most close to the given point
  84    */
  85   virtual const SMDS_MeshElement* FindClosestTo( const gp_Pnt&       point,
  86                                                  SMDSAbs_ElementType type) = 0;
  87   /*!
  88    * \brief Return elements possibly intersecting the line
  89    */
  90   virtual void GetElementsNearLine( const gp_Ax1&                           line,
  91                                     SMDSAbs_ElementType                     type,
  92                                     std::vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems) = 0;
  93   /*!
  94    * \brief Return elements whose bounding box intersects a sphere
  95    */
  96   virtual void GetElementsInSphere( const gp_XYZ&                           center,
  97                                     const double                            radius,
  98                                     SMDSAbs_ElementType                     type,
  99                                     std::vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems) = 0;
 100   /*!
 101    * \brief Return elements whose bounding box intersects a given bounding box
 102    */
 103   virtual void GetElementsInBox( const Bnd_B3d&                          box,
 104                                  SMDSAbs_ElementType                     type,
 105                                  std::vector< const SMDS_MeshElement* >& foundElems) = 0;
 106   /*!
 107    * \brief Find out if the given point is out of closed 2D mesh.
 108    */
 109   virtual TopAbs_State GetPointState(const gp_Pnt& point) = 0;
 110
 111   /*!
 112    * \brief Return a projection of a given point to a 2D mesh.
 113    *        Optionally return the closest face
 114    */
 115   virtual gp_XYZ Project(const gp_Pnt&            point,
 116                          SMDSAbs_ElementType      type,
 117                          const SMDS_MeshElement** closestFace= 0) = 0;
 118
 119   virtual ~SMESH_ElementSearcher();
 120 };
 121
 122 namespace SMESH_MeshAlgos
 123 {
 124   /*!
 125    * \brief Return SMESH_NodeSearcher. The caller is responsible for deleting it
 126    */
 127   SMESHUtils_EXPORT
 128   SMESH_NodeSearcher* GetNodeSearcher( SMDS_Mesh& mesh );
 129
 130   SMESHUtils_EXPORT
 131   SMESH_NodeSearcher* GetNodeSearcher( SMDS_ElemIteratorPtr elemIt );
 132
 133   /*!
 134    * \brief Return SMESH_ElementSearcher. The caller is responsible for deleting it
 135    */
 136   SMESHUtils_EXPORT
 137   SMESH_ElementSearcher* GetElementSearcher( SMDS_Mesh& mesh,
 138                                              double     tolerance=-1.);
 139   SMESHUtils_EXPORT
 140   SMESH_ElementSearcher* GetElementSearcher( SMDS_Mesh& mesh,
 141                                              SMDS_ElemIteratorPtr elemIt,
 142                                              double     tolerance=-1. );
 143
 144
 145   /*!
 146    * \brief Return true if the point is IN or ON of the element
 147    */
 148   SMESHUtils_EXPORT
 149   bool IsOut( const SMDS_MeshElement* element, const gp_Pnt& point, double tol );
 150
 151   SMESHUtils_EXPORT
 152   double GetDistance( const SMDS_MeshElement* elem, const gp_Pnt& point, gp_XYZ* closestPnt = 0 );
 153
 154   SMESHUtils_EXPORT
 155   double GetDistance( const SMDS_MeshEdge* edge, const gp_Pnt& point, gp_XYZ* closestPnt = 0 );
 156
 157   SMESHUtils_EXPORT
 158   double GetDistance( const SMDS_MeshFace* face, const gp_Pnt& point, gp_XYZ* closestPnt = 0 );
 159
 160   SMESHUtils_EXPORT
 161   double GetDistance( const SMDS_MeshVolume* volume, const gp_Pnt& point, gp_XYZ* closestPnt = 0 );
 162
 163   SMESHUtils_EXPORT
 164   void GetBarycentricCoords( const gp_XY& point,
 165                              const gp_XY& t0, const gp_XY& t1, const gp_XY& t2,
 166                              double &    bc0, double &    bc1);
 167
 168   /*!
 169    * Return a face having linked nodes n1 and n2 and which is
 170    * - not in avoidSet,
 171    * - in elemSet provided that !elemSet.empty()
 172    * i1 and i2 optionally returns indices of n1 and n2
 173    */
 174   SMESHUtils_EXPORT
 175   const SMDS_MeshElement* FindFaceInSet(const SMDS_MeshNode*    n1,
 176                                         const SMDS_MeshNode*    n2,
 177                                         const TIDSortedElemSet& elemSet,
 178                                         const TIDSortedElemSet& avoidSet,
 179                                         int*                    i1=0,
 180                                         int*                    i2=0);
 181   /*!
 182    * \brief Calculate normal of a mesh face
 183    */
 184   SMESHUtils_EXPORT
 185   bool FaceNormal(const SMDS_MeshElement* F, gp_XYZ& normal, bool normalized=true);
 186
 187   /*!
 188    * \brief Return nodes common to two elements
 189    */
 190   SMESHUtils_EXPORT
 191   std::vector< const SMDS_MeshNode*> GetCommonNodes(const SMDS_MeshElement* e1,
 192                                                     const SMDS_MeshElement* e2);
 193   /*!
 194    * \brief Return true if node1 encounters first in the face and node2, after.
 195    *        The nodes are supposed to be neighbor nodes in the face.
 196    */
 197   SMESHUtils_EXPORT
 198   bool IsRightOrder( const SMDS_MeshElement* face,
 199                      const SMDS_MeshNode*    node0,
 200                      const SMDS_MeshNode*    node1 );
 201   /*!
 202    * \brief Mark elements given by SMDS_Iterator
 203    */
 204   template< class ElemIter >
 205   void MarkElems( ElemIter it, const bool isMarked )
 206   {
 207     while ( it->more() ) it->next()->setIsMarked( isMarked );
 208   }
 209   /*!
 210    * \brief Mark elements given by std iterators
 211    */
 212   template< class ElemIter >
 213   void MarkElems( ElemIter it, ElemIter end, const bool isMarked )
 214   {
 215     for ( ; it != end; ++it ) (*it)->setIsMarked( isMarked );
 216   }
 217   /*!
 218    * \brief Mark nodes of elements given by SMDS_Iterator
 219    */
 220   template< class ElemIter >
 221   void MarkElemNodes( ElemIter it, const bool isMarked, const bool markElem = false )
 222   {
 223     if ( markElem )
 224       while ( it->more() ) {
 225         const SMDS_MeshElement* e = it->next();
 226         e->setIsMarked( isMarked );
 227         MarkElems( e->nodesIterator(), isMarked );
 228       }
 229     else
 230       while ( it->more() )
 231         MarkElems( it->next()->nodesIterator(), isMarked );
 232   }
 233   /*!
 234    * \brief Mark elements given by std iterators
 235    */
 236   template< class ElemIter >
 237   void MarkElemNodes( ElemIter it, ElemIter end, const bool isMarked, const bool markElem = false )
 238   {
 239     if ( markElem )
 240       for ( ; it != end; ++it ) {
 241         (*it)->setIsMarked( isMarked );
 242         MarkElems( (*it)->nodesIterator(), isMarked );
 243       }
 244     else
 245       for ( ; it != end; ++it )
 246         MarkElems( (*it)->nodesIterator(), isMarked );
 247   }
 248
 249   // 2 nodes + optional medium node
 250   struct Edge
 251   {
 252     const SMDS_MeshNode* _node1;
 253     const SMDS_MeshNode* _node2;
 254     const SMDS_MeshNode* _medium;
 255   };
 256
 257   /*!
 258    * Return sharp edges of faces and non-manifold ones.
 259    * Optionally adds existing edges to the result. Angle is in degrees.
 260    */
 261   SMESHUtils_EXPORT
 262   std::vector< Edge > FindSharpEdges( SMDS_Mesh* mesh,
 263                                       double     angle,
 264                                       bool       addExisting );
 265
 266   /*!
 267    * Distribute all faces of the mesh between groups using given edges.
 268    */
 269   SMESHUtils_EXPORT
 270   std::vector< std::vector< const SMDS_MeshElement* > >
 271   SeparateFacesByEdges( SMDS_Mesh* mesh, const std::vector< Edge >& edges );
 272
 273
 274   typedef std::vector<const SMDS_MeshNode*> TFreeBorder;
 275   typedef std::vector<TFreeBorder>          TFreeBorderVec;
 276   struct TFreeBorderPart
 277   {
 278     int _border; // border index within a TFreeBorderVec
 279     int _node1;  // node index within the border-th TFreeBorder
 280     int _node2;
 281     int _nodeLast;
 282   };
 283   typedef std::vector<TFreeBorderPart>  TCoincidentGroup;
 284   typedef std::vector<TCoincidentGroup> TCoincidentGroupVec;
 285   struct CoincidentFreeBorders
 286   {
 287     TFreeBorderVec      _borders;          // nodes of all free borders
 288     TCoincidentGroupVec _coincidentGroups; // groups of coincident parts of borders
 289   };
 290
 291   /*!
 292    * Returns TFreeBorder's coincident within the given tolerance.
 293    * If the tolerance <= 0.0 then one tenth of an average size of elements adjacent
 294    * to free borders being compared is used.
 295    */
 296   SMESHUtils_EXPORT
 297   void FindCoincidentFreeBorders(SMDS_Mesh&              mesh,
 298                                  double                  tolerance,
 299                                  CoincidentFreeBorders & foundFreeBordes);
 300   // Implemented in ./SMESH_FreeBorders.cxx
 301
 302   /*!
 303    * Returns all or only closed TFreeBorder's.
 304    * Optionally check if the mesh is manifold and if faces are correctly oriented.
 305    */
 306   SMESHUtils_EXPORT
 307   void FindFreeBorders(SMDS_Mesh&       mesh,
 308                        TFreeBorderVec & foundFreeBordes,
 309                        const bool       closedOnly,
 310                        bool*            isManifold = 0,
 311                        bool*            isGoodOri = 0);
 312   // Implemented in ./SMESH_FreeBorders.cxx
 313
 314   /*!
 315    * Fill a hole defined by a TFreeBorder with 2D elements.
 316    */
 317   SMESHUtils_EXPORT
 318   void FillHole(const TFreeBorder &                   freeBorder,
 319                 SMDS_Mesh&                            mesh,
 320                 std::vector<const SMDS_MeshElement*>& newFaces);
 321   // Implemented in ./SMESH_FillHole.cxx
 322
 323
 324   /*!
 325    * \brief Find nodes whose merge makes the element invalid
 326    */
 327   SMESHUtils_EXPORT
 328   void DeMerge(const SMDS_MeshElement*              elem,
 329                std::vector< const SMDS_MeshNode* >& newNodes,
 330                std::vector< const SMDS_MeshNode* >& noMergeNodes);
 331   // Implemented in SMESH_DeMerge.cxx
 332
 333
 334   typedef std::vector< std::pair< const SMDS_MeshElement*, const SMDS_MeshElement* > > TEPairVec;
 335   typedef std::vector< std::pair< const SMDS_MeshNode*, const SMDS_MeshNode* > >       TNPairVec;
 336   /*!
 337    * \brief Create an offset mesh of given faces
 338    *  \param [in] faceIt - the input faces
 339    *  \param [in] theFixIntersections - to fix self intersections of the offset mesh or not
 340    *  \param [out] new2OldFaces - history of faces
 341    *  \param [out] new2OldNodes - history of nodes
 342    *  \return SMDS_Mesh* - the new offset mesh, a caller should delete
 343    */
 344   SMESHUtils_EXPORT
 345   SMDS_Mesh* MakeOffset( SMDS_ElemIteratorPtr faceIt,
 346                          SMDS_Mesh&           mesh,
 347                          const double         offset,
 348                          const bool           theFixIntersections,
 349                          TEPairVec&           new2OldFaces,
 350                          TNPairVec&           new2OldNodes );
 351   // Implemented in ./SMESH_Offset.cxx
 352
 353
 354   /*!
 355    * \brief Divide a mesh face into triangles
 356    */
 357   // Implemented in ./SMESH_Triangulate.cxx
 358
 359   class SMESHUtils_EXPORT Triangulate
 360   {
 361   public:
 362
 363     static int GetNbTriangles( const SMDS_MeshElement* face );
 364
 365     int GetTriangles( const SMDS_MeshElement*             face,
 366                       std::vector< const SMDS_MeshNode*>& nodes);
 367   private:
 368
 369     bool triangulate( std::vector< const SMDS_MeshNode*>& nodes, const size_t nbNodes );
 370
 371     /*!
 372      * \brief Vertex of a polygon. Together with 2 neighbor Vertices represents a triangle
 373      */
 374     struct PolyVertex
 375     {
 376       SMESH_NodeXYZ _nxyz;
 377       gp_XY         _xy;
 378       PolyVertex*   _prev;
 379       PolyVertex*   _next;
 380
 381       void   SetNodeAndNext( const SMDS_MeshNode* n, PolyVertex& v );
 382       void   GetTriaNodes( const SMDS_MeshNode** nodes) const;
 383       double TriaArea() const;
 384       bool   IsInsideTria( const PolyVertex* v );
 385       PolyVertex* Delete();
 386     };
 387     std::vector< PolyVertex > _pv;
 388   };
 389
 390
 391 } // namespace SMESH_MeshAlgos
 392
 393 #endif