src/StdMeshers/StdMeshers_Prism_3D.hxx

   1 // Copyright (C) 2007-2011  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
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   9 // version 2.1 of the License.
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  12 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
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  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
  23 //  SMESH SMESH : implementaion of SMESH idl descriptions
  24 //  File   : StdMeshers_Prism_3D.hxx
  25 //  Module : SMESH
  26 //
  27 #ifndef _SMESH_Prism_3D_HXX_
  28 #define _SMESH_Prism_3D_HXX_
  29
  30 #include "SMESH_StdMeshers.hxx"
  31
  32 #include "SMESH_3D_Algo.hxx"
  33 #include "SMDS_TypeOfPosition.hxx"
  34 #include "SMDS_MeshNode.hxx"
  35 #include "SMESH_Block.hxx"
  36 #include "SMESH_Mesh.hxx"
  37 #include "SMESHDS_Mesh.hxx"
  38 #include "SMESH_subMesh.hxx"
  39 #include "SMESH_MesherHelper.hxx"
  40 #include "SMESH_Comment.hxx"
  41
  42 #include <vector>
  43
  44 #include <Adaptor3d_Curve.hxx>
  45 #include <Adaptor3d_Surface.hxx>
  46 #include <Adaptor2d_Curve2d.hxx>
  47 #include <BRepAdaptor_Surface.hxx>
  48 #include <TopTools_IndexedMapOfOrientedShape.hxx>
  49 #include <gp_XYZ.hxx>
  50 #include <gp_Trsf.hxx>
  51
  52
  53 class SMESHDS_SubMesh;
  54 class TopoDS_Edge;
  55 class TopoDS_Faces;
  56 struct TNode;
  57
  58 //typedef std::map<const SMDS_MeshNode*, const SMDS_MeshNode*> TNodeNodeMap;
  59 typedef std::vector<const SMDS_MeshNode* > TNodeColumn;
  60
  61 // map of bottom nodes to the column of nodes above them
  62 // (the column includes the bottom nodes)
  63 typedef std::map< TNode, TNodeColumn >  TNode2ColumnMap;
  64 typedef std::map< double, TNodeColumn > TParam2ColumnMap;
  65 typedef std::map< double, TNodeColumn >::const_iterator TParam2ColumnIt;
  66
  67 typedef TopTools_IndexedMapOfOrientedShape TBlockShapes;
  68
  69 // ===============================================
  70 /*!
  71  * \brief Structure containing node relative data
  72  */
  73 // ===============================================
  74
  75 struct TNode
  76 {
  77   const SMDS_MeshNode* myNode;
  78   mutable gp_XYZ       myParams;
  79
  80   gp_XYZ GetCoords() const { return gp_XYZ( myNode->X(), myNode->Y(), myNode->Z() ); }
  81   gp_XYZ GetParams() const { return myParams; }
  82   gp_XYZ& ChangeParams() const { return myParams; }
  83   bool HasParams() const { return myParams.X() >= 0.0; }
  84   SMDS_TypeOfPosition GetPositionType() const
  85   { return myNode ? myNode->GetPosition()->GetTypeOfPosition() : SMDS_TOP_UNSPEC; }
  86   bool IsNeighbor( const TNode& other ) const;
  87
  88   TNode(const SMDS_MeshNode* node = 0): myNode(node), myParams(-1,-1,-1) {}
  89   bool operator < (const TNode& other) const { return myNode->GetID() < other.myNode->GetID(); }
  90 };
  91
  92 // ===============================================================
  93 /*!
  94  * \brief Tool analyzing and giving access to a prism geometry
  95  *  treating it like a block, i.e. the four side faces are
  96  *  emulated by division/uniting of missing/excess faces.
  97  *  It also manage associations between block subshapes and a mesh.
  98  */
  99 // ===============================================================
 100
 101 class STDMESHERS_EXPORT StdMeshers_PrismAsBlock: public SMESH_Block
 102 {
 103 public:
 104   /*!
 105    * \brief Constructor. Initialization is needed
 106    */
 107   StdMeshers_PrismAsBlock();
 108
 109   ~StdMeshers_PrismAsBlock();
 110
 111   /*!
 112    * \brief Initialization.
 113     * \param helper - helper loaded with mesh and 3D shape
 114     * \param shape3D - a closed shell or solid
 115     * \retval bool - false if a mesh or a shape are KO
 116     *
 117     * Analyse shape geometry and mesh.
 118     * If there are triangles on one of faces, it becomes 'bottom'
 119    */
 120   bool Init(SMESH_MesherHelper* helper, const TopoDS_Shape& shape3D);
 121
 122   /*!
 123    * \brief Return problem description
 124    */
 125   SMESH_ComputeErrorPtr GetError() const { return myError; }
 126
 127   /*!
 128    * \brief Free allocated memory
 129    */
 130   void Clear();
 131
 132   /*!
 133    * \brief Return number of nodes on every vertical edge
 134     * \retval int - number of nodes including end nodes
 135    */
 136   int VerticalSize() const { return myParam2ColumnMaps[0].begin()->second.size(); }
 137
 138   bool HasNotQuadElemOnTop() const { return myNotQuadOnTop; }
 139
 140   /*!
 141    * \brief Return pointer to column of nodes
 142     * \param node - bottom node from which the returned column goes up
 143     * \retval const TNodeColumn* - the found column
 144    */
 145   const TNodeColumn* GetNodeColumn(const SMDS_MeshNode* node) const;
 146
 147   /*!
 148    * \brief Return TParam2ColumnMap for a base edge
 149     * \param baseEdgeID - base edge SMESHDS Index
 150     * \param isReverse - columns in-block orientation
 151     * \retval const TParam2ColumnMap* - map
 152    */
 153   const TParam2ColumnMap* GetParam2ColumnMap(const int baseEdgeID,
 154                                              bool &    isReverse) const
 155   {
 156     std::map< int, std::pair< TParam2ColumnMap*, bool > >::const_iterator i_mo =
 157       myShapeIndex2ColumnMap.find( baseEdgeID );
 158     if ( i_mo == myShapeIndex2ColumnMap.end() ) return 0;
 159
 160     const std::pair< TParam2ColumnMap*, bool >& col_frw = i_mo->second;
 161     isReverse = !col_frw.second;
 162     return col_frw.first;
 163   }
 164
 165   /*!
 166    * \brief Return transformations to get coordinates of nodes of each internal layer
 167    *        by nodes of the bottom. Layer is a set of nodes at a certain step
 168    *        from bottom to top.
 169    */
 170   bool GetLayersTransformation(std::vector<gp_Trsf> & trsf) const;
 171
 172   /*!
 173    * \brief Return pointer to mesh
 174     * \retval SMESH_Mesh - mesh
 175    */
 176   SMESH_Mesh* Mesh() const { return myHelper->GetMesh(); }
 177
 178   /*!
 179    * \brief Return pointer to mesh DS
 180     * \retval SMESHDS_Mesh - mesh DS
 181    */
 182   SMESHDS_Mesh* MeshDS() const { return Mesh()->GetMeshDS(); }
 183
 184   /*!
 185    * \brief Return submesh of a shape
 186     * \param shapeID - shape given by in-block index
 187     * \retval SMESH_subMesh* - found submesh
 188    */
 189   SMESH_subMesh* SubMesh(const int shapeID) const
 190   { return Mesh()->GetSubMesh( Shape( shapeID )); }
 191
 192   /*!
 193    * \brief Return submesh DS of a shape
 194     * \param shapeID - shape given by in-block index
 195     * \retval SMESHDS_SubMesh* - found submesh DS
 196    */
 197   SMESHDS_SubMesh* SubMeshDS(const int shapeID) const
 198   { return SubMesh(shapeID)->GetSubMeshDS(); }
 199
 200   /*!
 201    * \brief Return a in-block shape
 202     * \param shapeID - shape given by in-block index
 203     * \retval SMESHDS_SubMesh* - found submesh
 204    */
 205   const TopoDS_Shape& Shape(const int shapeID) const
 206   { return myShapeIDMap( shapeID ); }
 207
 208   /*!
 209    * \brief Return in-block ID of a shape
 210     * \param shape - block subshape
 211     * \retval int - ID or zero if the shape has no ID
 212    */
 213   int ShapeID(const TopoDS_Shape& shape) const
 214   { return myShapeIDMap.FindIndex( shape ); }
 215
 216   /*!
 217    * \brief Check curve orientation of a bootom edge
 218    *  \param meshDS - mesh DS
 219    *  \param columnsMap - node columns map of side face
 220    *  \param bottomEdge - the bootom edge
 221    *  \param sideFaceID - side face in-block ID
 222    *  \retval bool - true if orienation coinside with in-block froward orienation
 223    */
 224   static bool IsForwardEdge(SMESHDS_Mesh*           meshDS,
 225                             const TParam2ColumnMap& columnsMap,
 226                             const TopoDS_Edge &     bottomEdge,
 227                             const int               sideFaceID);
 228   /*!
 229    * \brief Find wall faces by bottom edges
 230     * \param mesh - the mesh
 231     * \param mainShape - the prism
 232     * \param bottomFace - the bottom face
 233     * \param bottomEdges - edges bounding the bottom face
 234     * \param wallFaces - faces list to fill in
 235    */
 236   bool GetWallFaces( SMESH_Mesh*               mesh,
 237                      const TopoDS_Shape &      mainShape,
 238                      const TopoDS_Shape &      bottomFace,
 239                      std::list< TopoDS_Edge >& bottomEdges,
 240                      std::list< int > &        nbEInW,
 241                      std::list< TopoDS_Face >& wallFaces);
 242
 243 private:
 244
 245   // --------------------------------------------------------------------
 246   /*!
 247    * \brief Class representing a part of a geom face or
 248    * a union of seleral faces. Or just an ordinary geom face
 249    *
 250    * It's parametrization is within [0,1] range.
 251    * It redefines Adaptor3d_Surface::Value(U,V) where U and V are within [0,1]
 252    */
 253   // --------------------------------------------------------------------
 254   class TSideFace: public Adaptor3d_Surface
 255   {
 256     int                             myID; //!< in-block ID
 257     // map used to find out real UV by it's normalized UV
 258     TParam2ColumnMap*               myParamToColumnMap;
 259     BRepAdaptor_Surface             mySurface;
 260     TopoDS_Edge                     myBaseEdge;
 261     // first and last normalized params and orientaion for each component or it-self
 262     std::vector< std::pair< double, double> > myParams;
 263     bool                            myIsForward;
 264     std::vector< TSideFace* >       myComponents;
 265     SMESH_MesherHelper *            myHelper;
 266   public:
 267     TSideFace( SMESH_MesherHelper* helper,
 268                const int           faceID,
 269                const TopoDS_Face&  face,
 270                const TopoDS_Edge&  baseEdge,
 271                TParam2ColumnMap*   columnsMap,
 272                const double        first = 0.0,
 273                const double        last = 1.0);
 274     TSideFace( const std::vector< TSideFace* >&             components,
 275                const std::vector< std::pair< double, double> > & params);
 276     TSideFace( const TSideFace& other );
 277     ~TSideFace();
 278     bool IsComplex() const
 279     { return ( NbComponents() > 0 || myParams[0].first != 0. || myParams[0].second != 1. ); }
 280     int FaceID() const { return myID; }
 281     TParam2ColumnMap* GetColumns() const { return myParamToColumnMap; }
 282     gp_XY GetNodeUV(const TopoDS_Face& F, const SMDS_MeshNode* n) const
 283     { return myHelper->GetNodeUV( F, n ); }
 284     const TopoDS_Edge & BaseEdge() const { return myBaseEdge; }
 285     int ColumnHeight() const {
 286       if ( NbComponents() ) return GetComponent(0)->GetColumns()->begin()->second.size();
 287       else                  return GetColumns()->begin()->second.size(); }
 288     double GetColumns(const double U, TParam2ColumnIt & col1, TParam2ColumnIt& col2 ) const;
 289     int NbComponents() const { return myComponents.size(); }
 290     TSideFace* GetComponent(const int i) const { return myComponents.at( i ); }
 291     void SetComponent(const int i, TSideFace* c)
 292     { if ( myComponents[i] ) delete myComponents[i]; myComponents[i]=c; }
 293     TSideFace* GetComponent(const double U, double& localU) const;
 294     bool IsForward() const { return myIsForward; }
 295     // boundary geometry for a face
 296     Adaptor3d_Surface* Surface() const { return new TSideFace( *this ); }
 297     bool GetPCurves(Adaptor2d_Curve2d* pcurv[4]) const;
 298     Adaptor2d_Curve2d* HorizPCurve(const bool isTop, const TopoDS_Face& horFace) const;
 299     Adaptor3d_Curve* HorizCurve(const bool isTop) const;
 300     Adaptor3d_Curve* VertiCurve(const bool isMax) const;
 301     TopoDS_Edge GetEdge( const int edge ) const;
 302     int InsertSubShapes( TBlockShapes& shapeMap ) const;
 303     // redefine Adaptor methods
 304     gp_Pnt Value(const Standard_Real U,const Standard_Real V) const;
 305     // debug
 306     void dumpNodes(int nbNodes) const;
 307   };
 308
 309   // --------------------------------------------------------------------
 310   /*!
 311    * \brief Class emulating geometry of a vertical edge
 312    */
 313   // --------------------------------------------------------------------
 314   class STDMESHERS_EXPORT TVerticalEdgeAdaptor: public Adaptor3d_Curve
 315   {
 316     const TNodeColumn* myNodeColumn;
 317   public:
 318     TVerticalEdgeAdaptor( const TParam2ColumnMap* columnsMap, const double parameter );
 319     gp_Pnt Value(const Standard_Real U) const;
 320     Standard_Real FirstParameter() const { return 0; }
 321     Standard_Real LastParameter() const { return 1; }
 322     // debug
 323     void dumpNodes(int nbNodes) const;
 324   };
 325
 326   // --------------------------------------------------------------------
 327   /*!
 328    * \brief Class emulating geometry of a hirizontal edge
 329    */
 330   // --------------------------------------------------------------------
 331   class STDMESHERS_EXPORT THorizontalEdgeAdaptor: public Adaptor3d_Curve
 332   {
 333     const TSideFace* mySide;
 334     double           myV;
 335   public:
 336     THorizontalEdgeAdaptor( const TSideFace* sideFace, const bool isTop)
 337       :mySide(sideFace), myV( isTop ? 1.0 : 0.0 ) {}
 338     gp_Pnt Value(const Standard_Real U) const;
 339     Standard_Real FirstParameter() const { return 0; }
 340     Standard_Real LastParameter() const { return 1; }
 341     // debug
 342     void dumpNodes(int nbNodes) const;
 343   };
 344
 345   // --------------------------------------------------------------------
 346   /*!
 347    * \brief Class emulating pcurve on a hirizontal face
 348    */
 349   // --------------------------------------------------------------------
 350   class STDMESHERS_EXPORT TPCurveOnHorFaceAdaptor: public Adaptor2d_Curve2d
 351   {
 352     const TSideFace*  mySide;
 353     int               myZ;
 354     TopoDS_Face       myFace;
 355   public:
 356     TPCurveOnHorFaceAdaptor( const TSideFace*   sideFace,
 357                              const bool         isTop,
 358                              const TopoDS_Face& horFace)
 359       : mySide(sideFace), myFace(horFace), myZ(isTop ? mySide->ColumnHeight() - 1 : 0 ) {}
 360     gp_Pnt2d Value(const Standard_Real U) const;
 361     Standard_Real FirstParameter() const { return 0; }
 362     Standard_Real LastParameter() const { return 1; }
 363   };
 364
 365   bool                  myNotQuadOnTop;
 366   SMESH_MesherHelper*   myHelper;
 367   TBlockShapes          myShapeIDMap;
 368   SMESH_ComputeErrorPtr myError;
 369
 370   // container of 4 side faces
 371   TSideFace*            mySide;
 372   // node columns for each base edge
 373   std::vector< TParam2ColumnMap >                       myParam2ColumnMaps;
 374   // to find a column for a node by edge SMESHDS Index
 375   std::map< int, std::pair< TParam2ColumnMap*, bool > > myShapeIndex2ColumnMap;
 376
 377   /*!
 378    * \brief store error and comment and then return ( error == COMPERR_OK )
 379    */
 380   bool error(int error, const SMESH_Comment& comment = "") {
 381     myError = SMESH_ComputeError::New(error,comment);
 382     return myError->IsOK();
 383   }
 384 };
 385
 386 // =============================================
 387 /*!
 388  * \brief Algo building prisms on a prism shape
 389  */
 390 // =============================================
 391
 392 class STDMESHERS_EXPORT StdMeshers_Prism_3D: public SMESH_3D_Algo
 393 {
 394 public:
 395   StdMeshers_Prism_3D(int hypId, int studyId, SMESH_Gen* gen);
 396   virtual ~StdMeshers_Prism_3D();
 397
 398   virtual bool CheckHypothesis(SMESH_Mesh&                          aMesh,
 399                                const TopoDS_Shape&                  aShape,
 400                                SMESH_Hypothesis::Hypothesis_Status& aStatus);
 401
 402   virtual bool Compute(SMESH_Mesh& aMesh, const TopoDS_Shape& aShape);
 403
 404   virtual bool Evaluate(SMESH_Mesh & aMesh, const TopoDS_Shape & aShape,
 405                         MapShapeNbElems& aResMap);
 406
 407   /*!
 408    * \brief Enable removal of quadrangles from the bottom face and
 409    * triangles creation there by projection from the top
 410    * (sole face meshed with triangles is considered to be a bottom one).
 411    * If there are two faces with triangles, triangles must
 412    * be of the same topology, else the algo fails.
 413    * The method must be called before Compute()
 414    */
 415   void ProjectTriangles() { myProjectTriangles = true; }
 416
 417   /*!
 418    * \brief Create prisms
 419     * \param nodeColumns - columns of nodes generated from nodes of a mesh face
 420     * \param helper - helper initialized by mesh and shape to add prisms to
 421    */
 422   static void AddPrisms( std::vector<const TNodeColumn*> & nodeColumns,
 423                          SMESH_MesherHelper*          helper);
 424
 425 private:
 426
 427   /*!
 428    * \brief Find correspondence between bottom and top nodes.
 429    *  If elements on the bottom and top faces are topologically different,
 430    *  and projection is possible and allowed, perform the projection
 431     * \retval bool - is a success or not
 432    */
 433   bool assocOrProjBottom2Top();
 434
 435   /*!
 436    * \brief Remove quadrangles from the top face and
 437    * create triangles there by projection from the bottom
 438     * \retval bool - a success or not
 439    */
 440   bool projectBottomToTop();
 441
 442   /*!
 443    * \brief Set projection coordinates of a node to a face and it's subshapes
 444     * \param faceID - the face given by in-block ID
 445     * \param params - node normalized parameters
 446     * \retval bool - is a success
 447    */
 448   bool setFaceAndEdgesXYZ( const int faceID, const gp_XYZ& params, int z );
 449
 450 private:
 451
 452   bool myProjectTriangles;
 453
 454   StdMeshers_PrismAsBlock myBlock;
 455   SMESH_MesherHelper*     myHelper;
 456
 457   std::vector<gp_XYZ>     myShapeXYZ; // point on each sub-shape of the block
 458
 459   // map of bottom nodes to the column of nodes above them
 460   // (the column includes the bottom node)
 461   TNode2ColumnMap         myBotToColumnMap;
 462 };
 463
 464 #endif