src/StdMeshers/StdMeshers_Prism_3D.hxx

   1 //  Copyright (C) 2007-2010  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
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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 //
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  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 Return number of nodes on every vertical edge
 129     * \retval int - number of nodes including end nodes
 130    */
 131   int VerticalSize() const { return myParam2ColumnMaps[0].begin()->second.size(); }
 132
 133   bool HasNotQuadElemOnTop() const { return myNotQuadOnTop; }
 134
 135   /*!
 136    * \brief Return pointer to column of nodes
 137     * \param node - bottom node from which the returned column goes up
 138     * \retval const TNodeColumn* - the found column
 139    */
 140   const TNodeColumn* GetNodeColumn(const SMDS_MeshNode* node) const;
 141
 142   /*!
 143    * \brief Return TParam2ColumnMap for a base edge
 144     * \param baseEdgeID - base edge SMESHDS Index
 145     * \param isReverse - columns in-block orientation
 146     * \retval const TParam2ColumnMap& - map
 147    */
 148   const TParam2ColumnMap& GetParam2ColumnMap(const int baseEdgeID,
 149                                              bool &    isReverse) const
 150   {
 151     std::pair< TParam2ColumnMap*, bool > col_frw =
 152       myShapeIndex2ColumnMap.find( baseEdgeID )->second;
 153     isReverse = !col_frw.second;
 154     return * col_frw.first;
 155   }
 156
 157   /*!
 158    * \brief Return transformations to get coordinates of nodes of each internal layer
 159    *        by nodes of the bottom. Layer is a set of nodes at a certain step
 160    *        from bottom to top.
 161    */
 162   bool GetLayersTransformation(std::vector<gp_Trsf> & trsf) const;
 163
 164   /*!
 165    * \brief Return pointer to mesh
 166     * \retval SMESH_Mesh - mesh
 167    */
 168   SMESH_Mesh* Mesh() const { return myHelper->GetMesh(); }
 169
 170   /*!
 171    * \brief Return pointer to mesh DS
 172     * \retval SMESHDS_Mesh - mesh DS
 173    */
 174   SMESHDS_Mesh* MeshDS() const { return Mesh()->GetMeshDS(); }
 175
 176   /*!
 177    * \brief Return submesh of a shape
 178     * \param shapeID - shape given by in-block index
 179     * \retval SMESH_subMesh* - found submesh
 180    */
 181   SMESH_subMesh* SubMesh(const int shapeID) const
 182   { return Mesh()->GetSubMesh( Shape( shapeID )); }
 183
 184   /*!
 185    * \brief Return submesh DS of a shape
 186     * \param shapeID - shape given by in-block index
 187     * \retval SMESHDS_SubMesh* - found submesh DS
 188    */
 189   SMESHDS_SubMesh* SubMeshDS(const int shapeID) const
 190   { return SubMesh(shapeID)->GetSubMeshDS(); }
 191
 192   /*!
 193    * \brief Return a in-block shape
 194     * \param shapeID - shape given by in-block index
 195     * \retval SMESHDS_SubMesh* - found submesh
 196    */
 197   const TopoDS_Shape& Shape(const int shapeID) const
 198   { return myShapeIDMap( shapeID ); }
 199
 200   /*!
 201    * \brief Return in-block ID of a shape
 202     * \param shape - block subshape
 203     * \retval int - ID or zero if the shape has no ID
 204    */
 205   int ShapeID(const TopoDS_Shape& shape) const
 206   { return myShapeIDMap.FindIndex( shape ); }
 207
 208   /*!
 209    * \brief Check curve orientation of a bootom edge
 210    *  \param meshDS - mesh DS
 211    *  \param columnsMap - node columns map of side face
 212    *  \param bottomEdge - the bootom edge
 213    *  \param sideFaceID - side face in-block ID
 214    *  \retval bool - true if orienation coinside with in-block froward orienation
 215    */
 216   static bool IsForwardEdge(SMESHDS_Mesh*           meshDS,
 217                             const TParam2ColumnMap& columnsMap,
 218                             const TopoDS_Edge &     bottomEdge,
 219                             const int               sideFaceID);
 220   /*!
 221    * \brief Find wall faces by bottom edges
 222     * \param mesh - the mesh
 223     * \param mainShape - the prism
 224     * \param bottomFace - the bottom face
 225     * \param bottomEdges - edges bounding the bottom face
 226     * \param wallFaces - faces list to fill in
 227    */
 228   static bool GetWallFaces( SMESH_Mesh*                     mesh,
 229                             const TopoDS_Shape &            mainShape,
 230                             const TopoDS_Shape &            bottomFace,
 231                             const std::list< TopoDS_Edge >& bottomEdges,
 232                             std::list< TopoDS_Face >&       wallFaces);
 233
 234 private:
 235
 236   // --------------------------------------------------------------------
 237   /*!
 238    * \brief Class representing a part of a geom face or
 239    * a union of seleral faces. Or just an ordinary geom face
 240    *
 241    * It's parametrization is within [0,1] range.
 242    * It redefines Adaptor3d_Surface::Value(U,V) where U and V are within [0,1]
 243    */
 244   // --------------------------------------------------------------------
 245   class TSideFace: public Adaptor3d_Surface
 246   {
 247     int                             myID; //!< in-block ID
 248     // map used to find out real UV by it's normalized UV
 249     TParam2ColumnMap*               myParamToColumnMap;
 250     BRepAdaptor_Surface             mySurface;
 251     TopoDS_Edge                     myBaseEdge;
 252     // first and last normalized params and orientaion for each component or it-self
 253     std::vector< std::pair< double, double> > myParams;
 254     bool                            myIsForward;
 255     std::vector< TSideFace* >       myComponents;
 256     SMESH_MesherHelper *            myHelper;
 257   public:
 258     TSideFace( SMESH_MesherHelper* helper,
 259                const int           faceID,
 260                const TopoDS_Face&  face,
 261                const TopoDS_Edge&  baseEdge,
 262                TParam2ColumnMap*   columnsMap,
 263                const double        first = 0.0,
 264                const double        last = 1.0);
 265     TSideFace( const std::vector< TSideFace* >&             components,
 266                const std::vector< std::pair< double, double> > & params);
 267     TSideFace( const TSideFace& other );
 268     ~TSideFace();
 269     bool IsComplex() const
 270     { return ( NbComponents() > 0 || myParams[0].first != 0. || myParams[0].second != 1. ); }
 271     int FaceID() const { return myID; }
 272     TParam2ColumnMap* GetColumns() const { return myParamToColumnMap; }
 273     gp_XY GetNodeUV(const TopoDS_Face& F, const SMDS_MeshNode* n) const
 274     { return myHelper->GetNodeUV( F, n ); }
 275     const TopoDS_Edge & BaseEdge() const { return myBaseEdge; }
 276     int ColumnHeight() const {
 277       if ( NbComponents() ) return GetComponent(0)->GetColumns()->begin()->second.size();
 278       else                  return GetColumns()->begin()->second.size(); }
 279     double GetColumns(const double U, TParam2ColumnIt & col1, TParam2ColumnIt& col2 ) const;
 280     int NbComponents() const { return myComponents.size(); }
 281     TSideFace* GetComponent(const int i) const { return myComponents.at( i ); }
 282     void SetComponent(const int i, TSideFace* c)
 283     { if ( myComponents[i] ) delete myComponents[i]; myComponents[i]=c; }
 284     TSideFace* GetComponent(const double U, double& localU) const;
 285     bool IsForward() const { return myIsForward; }
 286     // boundary geometry for a face
 287     Adaptor3d_Surface* Surface() const { return new TSideFace( *this ); }
 288     bool GetPCurves(Adaptor2d_Curve2d* pcurv[4]) const;
 289     Adaptor2d_Curve2d* HorizPCurve(const bool isTop, const TopoDS_Face& horFace) const;
 290     Adaptor3d_Curve* HorizCurve(const bool isTop) const;
 291     Adaptor3d_Curve* VertiCurve(const bool isMax) const;
 292     TopoDS_Edge GetEdge( const int edge ) const;
 293     int InsertSubShapes( TBlockShapes& shapeMap ) const;
 294     // redefine Adaptor methods
 295     gp_Pnt Value(const Standard_Real U,const Standard_Real V) const;
 296     // debug
 297     void dumpNodes(int nbNodes) const;
 298   };
 299
 300   // --------------------------------------------------------------------
 301   /*!
 302    * \brief Class emulating geometry of a vertical edge
 303    */
 304   // --------------------------------------------------------------------
 305   class STDMESHERS_EXPORT TVerticalEdgeAdaptor: public Adaptor3d_Curve
 306   {
 307     const TNodeColumn* myNodeColumn;
 308   public:
 309     TVerticalEdgeAdaptor( const TParam2ColumnMap* columnsMap, const double parameter );
 310     gp_Pnt Value(const Standard_Real U) const;
 311     Standard_Real FirstParameter() const { return 0; }
 312     Standard_Real LastParameter() const { return 1; }
 313     // debug
 314     void dumpNodes(int nbNodes) const;
 315   };
 316
 317   // --------------------------------------------------------------------
 318   /*!
 319    * \brief Class emulating geometry of a hirizontal edge
 320    */
 321   // --------------------------------------------------------------------
 322   class STDMESHERS_EXPORT THorizontalEdgeAdaptor: public Adaptor3d_Curve
 323   {
 324     const TSideFace* mySide;
 325     double           myV;
 326   public:
 327     THorizontalEdgeAdaptor( const TSideFace* sideFace, const bool isTop)
 328       :mySide(sideFace), myV( isTop ? 1.0 : 0.0 ) {}
 329     gp_Pnt Value(const Standard_Real U) const;
 330     Standard_Real FirstParameter() const { return 0; }
 331     Standard_Real LastParameter() const { return 1; }
 332     // debug
 333     void dumpNodes(int nbNodes) const;
 334   };
 335
 336   // --------------------------------------------------------------------
 337   /*!
 338    * \brief Class emulating pcurve on a hirizontal face
 339    */
 340   // --------------------------------------------------------------------
 341   class STDMESHERS_EXPORT TPCurveOnHorFaceAdaptor: public Adaptor2d_Curve2d
 342   {
 343     const TSideFace*  mySide;
 344     int               myZ;
 345     TopoDS_Face       myFace;
 346   public:
 347     TPCurveOnHorFaceAdaptor( const TSideFace*   sideFace,
 348                              const bool         isTop,
 349                              const TopoDS_Face& horFace)
 350       : mySide(sideFace), myFace(horFace), myZ(isTop ? mySide->ColumnHeight() - 1 : 0 ) {}
 351     gp_Pnt2d Value(const Standard_Real U) const;
 352     Standard_Real FirstParameter() const { return 0; }
 353     Standard_Real LastParameter() const { return 1; }
 354   };
 355
 356   bool                  myNotQuadOnTop;
 357   SMESH_MesherHelper*   myHelper;
 358   TBlockShapes          myShapeIDMap;
 359   SMESH_ComputeErrorPtr myError;
 360
 361   // container of 4 side faces
 362   TSideFace*            mySide;
 363   // node columns for each base edge
 364   std::vector< TParam2ColumnMap >                       myParam2ColumnMaps;
 365   // to find a column for a node by edge SMESHDS Index
 366   std::map< int, std::pair< TParam2ColumnMap*, bool > > myShapeIndex2ColumnMap;
 367
 368   /*!
 369    * \brief store error and comment and then return ( error == COMPERR_OK )
 370    */
 371   bool error(int error, const SMESH_Comment& comment = "") {
 372     myError = SMESH_ComputeError::New(error,comment);
 373     return myError->IsOK();
 374   }
 375 };
 376
 377 // =============================================
 378 /*!
 379  * \brief Algo building prisms on a prism shape
 380  */
 381 // =============================================
 382
 383 class STDMESHERS_EXPORT StdMeshers_Prism_3D: public SMESH_3D_Algo
 384 {
 385 public:
 386   StdMeshers_Prism_3D(int hypId, int studyId, SMESH_Gen* gen);
 387   virtual ~StdMeshers_Prism_3D();
 388
 389   virtual bool CheckHypothesis(SMESH_Mesh&                          aMesh,
 390                                const TopoDS_Shape&                  aShape,
 391                                SMESH_Hypothesis::Hypothesis_Status& aStatus);
 392
 393   virtual bool Compute(SMESH_Mesh& aMesh, const TopoDS_Shape& aShape);
 394
 395   virtual bool Evaluate(SMESH_Mesh & aMesh, const TopoDS_Shape & aShape,
 396                         MapShapeNbElems& aResMap);
 397
 398   /*!
 399    * \brief Enable removal of quadrangles from the bottom face and
 400    * triangles creation there by projection from the top
 401    * (sole face meshed with triangles is considered to be a bottom one).
 402    * If there are two faces with triangles, triangles must
 403    * be of the same topology, else the algo fails.
 404    * The method must be called before Compute()
 405    */
 406   void ProjectTriangles() { myProjectTriangles = true; }
 407
 408   /*!
 409    * \brief Create prisms
 410     * \param nodeColumns - columns of nodes generated from nodes of a mesh face
 411     * \param helper - helper initialized by mesh and shape to add prisms to
 412    */
 413   static void AddPrisms( std::vector<const TNodeColumn*> & nodeColumns,
 414                          SMESH_MesherHelper*          helper);
 415
 416 private:
 417
 418   /*!
 419    * \brief Find correspondence between bottom and top nodes.
 420    *  If elements on the bottom and top faces are topologically different,
 421    *  and projection is possible and allowed, perform the projection
 422     * \retval bool - is a success or not
 423    */
 424   bool assocOrProjBottom2Top();
 425
 426   /*!
 427    * \brief Remove quadrangles from the top face and
 428    * create triangles there by projection from the bottom
 429     * \retval bool - a success or not
 430    */
 431   bool projectBottomToTop();
 432
 433   /*!
 434    * \brief Set projection coordinates of a node to a face and it's subshapes
 435     * \param faceID - the face given by in-block ID
 436     * \param params - node normalized parameters
 437     * \retval bool - is a success
 438    */
 439   bool setFaceAndEdgesXYZ( const int faceID, const gp_XYZ& params, int z );
 440
 441 private:
 442
 443   bool myProjectTriangles;
 444
 445   StdMeshers_PrismAsBlock myBlock;
 446   SMESH_MesherHelper*     myHelper;
 447
 448   std::vector<gp_XYZ>     myShapeXYZ; // point on each sub-shape of the block
 449
 450   // map of bottom nodes to the column of nodes above them
 451   // (the column includes the bottom node)
 452   TNode2ColumnMap         myBotToColumnMap;
 453 };
 454
 455 #endif