src/NETGENPlugin/NETGENPlugin_Mesher.hxx

   1 // Copyright (C) 2007-2023  CEA, EDF, 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
  23 //  NETGENPlugin : C++ implementation
  24 // File      : NETGENPlugin_Mesher.hxx
  25 // Author    : Michael Sazonov (OCN)
  26 // Date      : 31/03/2006
  27 // Project   : SALOME
  28 //
  29 #ifndef _NETGENPlugin_Mesher_HXX_
  30 #define _NETGENPlugin_Mesher_HXX_
  31
  32 #include "NETGENPlugin_Defs.hxx"
  33
  34 #include <StdMeshers_FaceSide.hxx>
  35 #include <SMDS_MeshElement.hxx>
  36 #include <SMESH_Algo.hxx>
  37 #include <SMESH_ProxyMesh.hxx>
  38 #include <SALOMEDS_Tool.hxx>
  39 #include "Basics_Utils.hxx"
  40 #include "SALOME_Basics.hxx"
  41 #include <TopTools_IndexedMapOfShape.hxx>
  42
  43 // Netgen include files
  44 #ifndef OCCGEOMETRY
  45 #define OCCGEOMETRY
  46 #endif
  47 #include <occgeom.hpp>
  48 #include <meshing.hpp>
  49
  50 namespace nglib {
  51 #include <nglib.h>
  52 }
  53
  54 #include <map>
  55 #include <vector>
  56 #include <set>
  57
  58 class NETGENPlugin_Hypothesis;
  59 class NETGENPlugin_Internals;
  60 class NETGENPlugin_SimpleHypothesis_2D;
  61 class SMESHDS_Mesh;
  62 class SMESH_Comment;
  63 class SMESH_Mesh;
  64 class SMESH_MesherHelper;
  65 class StdMeshers_ViscousLayers;
  66 class TopoDS_Shape;
  67 namespace netgen {
  68   class OCCGeometry;
  69   class Mesh;
  70   NETGENPLUGIN_DLL_HEADER
  71   extern MeshingParameters mparam;
  72 }
  73
  74 // Class for temporary folder switching
  75 class ChdirRAII
  76 {
  77   public:
  78 #ifndef WIN32
  79     ChdirRAII(const std::string& wd):_wd(wd) { if(_wd.empty()) return ; char *pwd(get_current_dir_name()); _od = pwd; free(pwd); chdir(_wd.c_str()); }
  80     ~ChdirRAII() { if(_od.empty()) return ; chdir(_od.c_str()); }
  81 #else
  82     ChdirRAII(const std::string& wd) : _wd(wd) {
  83       if (_wd.empty())
  84         return;
  85       TCHAR pwd[MAX_PATH];
  86       GetCurrentDirectory(sizeof(pwd), pwd);
  87       _od = Kernel_Utils::utf8_encode_s(pwd);
  88       SetCurrentDirectory(Kernel_Utils::utf8_decode_s(_wd).c_str());
  89     }
  90     ~ChdirRAII() {
  91       if (_od.empty()) return;
  92       SetCurrentDirectory(Kernel_Utils::utf8_decode_s(_od).c_str());
  93     }
  94 #endif
  95   private:
  96     std::string _wd;
  97     std::string _od;
  98 };
  99 //=============================================================================
 100 /*!
 101  * \brief Struct storing nb of entities in netgen mesh
 102  */
 103 //=============================================================================
 104
 105 struct NETGENPlugin_ngMeshInfo
 106 {
 107   int   _nbNodes, _nbSegments, _nbFaces, _nbVolumes;
 108   bool  _elementsRemoved; // case where netgen can remove free nodes
 109   char* _copyOfLocalH;
 110   NETGENPlugin_ngMeshInfo( netgen::Mesh* ngMesh=0, bool checkRemovedElems=false );
 111   void transferLocalH( netgen::Mesh* fromMesh, netgen::Mesh* toMesh );
 112   void restoreLocalH ( netgen::Mesh* ngMesh);
 113 };
 114
 115 //================================================================================
 116 /*!
 117  * \brief It correctly initializes netgen library at constructor and
 118  *        correctly finishes using netgen library at destructor
 119  */
 120 //================================================================================
 121
 122 struct NETGENPLUGIN_EXPORT NETGENPlugin_NetgenLibWrapper
 123 {
 124   bool           _isComputeOk;
 125   netgen::Mesh * _ngMesh;
 126
 127   NETGENPlugin_NetgenLibWrapper();
 128   ~NETGENPlugin_NetgenLibWrapper();
 129   void setMesh( nglib::Ng_Mesh* mesh );
 130   nglib::Ng_Mesh* ngMesh() { return (nglib::Ng_Mesh*)(void*)_ngMesh; }
 131
 132
 133
 134   static int GenerateMesh(netgen::OCCGeometry& occgeo, int startWith, int endWith,
 135                           netgen::Mesh* & ngMesh);
 136   int GenerateMesh(netgen::OCCGeometry& occgeo, int startWith, int endWith )
 137   {
 138     return GenerateMesh( occgeo, startWith, endWith, _ngMesh );
 139   }
 140
 141   static void CalcLocalH( netgen::Mesh * ngMesh );
 142
 143   static void RemoveTmpFiles();
 144   static int& instanceCounter();
 145   void setOutputFile(std::string);
 146
 147  private:
 148   std::string getOutputFileName();
 149   void        removeOutputFile();
 150   std::string _outputFileName;
 151   // This will change current directory when the class is instanciated and switch
 152   ChdirRAII _tmpDir;
 153
 154
 155   ostream *       _ngcout;
 156   ostream *       _ngcerr;
 157   std::streambuf* _coutBuffer;   // to re-/store cout.rdbuf()
 158 };
 159
 160 //=============================================================================
 161 /*!
 162  * \brief This class calls the NETGEN mesher of OCC geometry
 163  */
 164 //=============================================================================
 165
 166 class NETGENPLUGIN_EXPORT NETGENPlugin_Mesher
 167 {
 168  public:
 169   // ---------- PUBLIC METHODS ----------
 170
 171   NETGENPlugin_Mesher (SMESH_Mesh* mesh, const TopoDS_Shape& aShape,
 172                        const bool isVolume);
 173   ~NETGENPlugin_Mesher();
 174   void SetSelfPointer( NETGENPlugin_Mesher ** ptr );
 175
 176   void SetParameters(const NETGENPlugin_Hypothesis*          hyp);
 177   void SetParameters(const NETGENPlugin_SimpleHypothesis_2D* hyp);
 178   void SetParameters(const StdMeshers_ViscousLayers*         hyp );
 179   void SetViscousLayers2DAssigned(bool isAssigned) { _isViscousLayers2D = isAssigned; }
 180
 181   void SetLocalSizeForChordalError( netgen::OCCGeometry& occgeo, netgen::Mesh& ngMesh );
 182   static void SetLocalSize( netgen::OCCGeometry& occgeo, netgen::Mesh& ngMesh );
 183
 184
 185 /**
 186  * @brief InitialSetup. Fill occgeo map with geometrical objects not meshed. Fill meshdSM with the already computed
 187  *        submeshes, and mesh the internal edges so faces with internal are eventurally properly meshed.
 188  *        Define the class members _ngMesh and _occgeom
 189  */
 190   void InitialSetup( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo,
 191                       list< SMESH_subMesh* >* meshedSM, NETGENPlugin_Internals* internals,
 192                       SMESH_MesherHelper &quadHelper, NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState, netgen::MeshingParameters &mparams );
 193
 194   void InitialSetupSA( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo,
 195                       list< SMESH_subMesh* >* meshedSM, NETGENPlugin_Internals* internals,
 196                       SMESH_MesherHelper &quadHelper, NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState,
 197                       netgen::MeshingParameters &mparams, bool useFMapFunction = false );
 198
 199   void SetBasicMeshParameters( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::MeshingParameters &mparams, netgen::OCCGeometry& occgeo );
 200   void SetBasicMeshParametersFor2D( netgen::OCCGeometry& occgeo, vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec,
 201                                       netgen::MeshingParameters &mparams, NETGENPlugin_Internals* internals,
 202                                         NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState );
 203   void SetBasicMeshParametersFor3D( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo,
 204                                       vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec, netgen::MeshingParameters &mparams,
 205                                         NETGENPlugin_Internals* internals, NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState, SMESH_MesherHelper &quadHelper,
 206                                           SMESH_Comment& comment );
 207   void CallNetgenConstAnalysis( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::MeshingParameters &mparams, netgen::OCCGeometry& occgeo );
 208   int CallNetgenMeshEdges( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo );
 209   int CallNetgenMeshFaces( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo, SMESH_Comment& comment );
 210   int CallNetgenMeshVolumens( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo, SMESH_Comment& comment );
 211   void MakeSecondOrder( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::MeshingParameters &mparams, netgen::OCCGeometry& occgeo,
 212                           list< SMESH_subMesh* >* meshedSM, NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState, SMESH_Comment& comment );
 213   int FillInternalElements( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, NETGENPlugin_Internals& internals, netgen::OCCGeometry& occgeo,
 214                               NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState, SMESH_MesherHelper &quadHelper, list< SMESH_subMesh* >* meshedSM );
 215   bool Fill2DViscousLayer( netgen::OCCGeometry& occgeo, vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec,
 216                             NETGENPlugin_Internals* internals, NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState );
 217
 218   bool Fill3DViscousLayerAndQuadAdaptor( netgen::OCCGeometry& occgeo, vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec,
 219                                           netgen::MeshingParameters &mparams, NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState,
 220                                           list< SMESH_subMesh* >* meshedSM, SMESH_MesherHelper &quadHelper, int & err );
 221
 222   int Fill0D1DElements( netgen::OCCGeometry& occgeo, vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec, list< SMESH_subMesh* >* meshedSM, SMESH_MesherHelper &quadHelper );
 223   void FillSMESH( netgen::OCCGeometry& occgeo, NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState, vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec, SMESH_MesherHelper &quadHelper, SMESH_Comment& comment );
 224   ///// End definition methods to rewrite function
 225
 226   enum DIM {
 227     D1 = 1,
 228     D2,
 229     D3
 230   };
 231
 232   bool Compute();
 233   bool Compute( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec, bool write2SMESH, DIM dim );
 234
 235   bool Evaluate(MapShapeNbElems& aResMap);
 236
 237   double GetProgress(const SMESH_Algo* holder,
 238                      const int *       algoProgressTic,
 239                      const double *    algoProgress) const;
 240
 241   static void PrepareOCCgeometry(netgen::OCCGeometry&          occgeom,
 242                                  const TopoDS_Shape&           shape,
 243                                  SMESH_Mesh&                   mesh,
 244                                  std::list< SMESH_subMesh* > * meshedSM=0,
 245                                  NETGENPlugin_Internals*       internalShapes=0);
 246
 247   static double GetDefaultMinSize(const TopoDS_Shape& shape,
 248                                   const double        maxSize);
 249
 250   static void RestrictLocalSize(netgen::Mesh& ngMesh,
 251                                 const gp_XYZ& p,
 252                                 double        size,
 253                                 const bool    overrideMinH=true);
 254
 255   static int FillSMesh(const netgen::OCCGeometry&          occgeom,
 256                        netgen::Mesh&                       ngMesh,
 257                        const NETGENPlugin_ngMeshInfo&      initState,
 258                        SMESH_Mesh&                         sMesh,
 259                        std::vector<const SMDS_MeshNode*>&  nodeVec,
 260                        SMESH_Comment&                      comment,
 261                        SMESH_MesherHelper*                 quadHelper=0);
 262
 263   bool FillNgMesh(netgen::OCCGeometry&                occgeom,
 264                   netgen::Mesh&                       ngMesh,
 265                   std::vector<const SMDS_MeshNode*>&  nodeVec,
 266                   const std::list< SMESH_subMesh* > & meshedSM,
 267                   SMESH_MesherHelper*                 quadHelper=0,
 268                   SMESH_ProxyMesh::Ptr                proxyMesh=SMESH_ProxyMesh::Ptr());
 269
 270   static void FixIntFaces(const netgen::OCCGeometry& occgeom,
 271                           netgen::Mesh&              ngMesh,
 272                           NETGENPlugin_Internals&    internalShapes);
 273
 274   static bool FixFaceMesh(const netgen::OCCGeometry& occgeom,
 275                           netgen::Mesh&              ngMesh,
 276                           const int                  faceID);
 277
 278   static void AddIntVerticesInFaces(const netgen::OCCGeometry&          occgeom,
 279                                     netgen::Mesh&                       ngMesh,
 280                                     std::vector<const SMDS_MeshNode*>&  nodeVec,
 281                                     NETGENPlugin_Internals&             internalShapes);
 282
 283   static void AddIntVerticesInSolids(const netgen::OCCGeometry&         occgeom,
 284                                     netgen::Mesh&                       ngMesh,
 285                                     std::vector<const SMDS_MeshNode*>&  nodeVec,
 286                                     NETGENPlugin_Internals&             internalShapes);
 287
 288   static SMESH_ComputeErrorPtr
 289     AddSegmentsToMesh(netgen::Mesh&                         ngMesh,
 290                       netgen::OCCGeometry&                  geom,
 291                       const TSideVector&                    wires,
 292                       SMESH_MesherHelper&                   helper,
 293                       std::vector< const SMDS_MeshNode* > & nodeVec,
 294                       const bool                            overrideMinH=true);
 295
 296   void SetDefaultParameters();
 297
 298   static SMESH_ComputeErrorPtr ReadErrors(const std::vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec);
 299
 300
 301   static void toPython( const netgen::Mesh* ngMesh ); // debug
 302
 303  private:
 304
 305   bool Compute1D( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo );
 306
 307   bool Compute2D( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo,
 308                   netgen::MeshingParameters &mparams, list< SMESH_subMesh* >* meshedSM,
 309                   NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState, NETGENPlugin_Internals* internals,
 310                   vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec, SMESH_Comment& comment, DIM dim );
 311
 312   bool Compute3D( NETGENPlugin_NetgenLibWrapper& ngLib, netgen::OCCGeometry& occgeo,
 313                   netgen::MeshingParameters &mparams, list< SMESH_subMesh* >* meshedSM,
 314                   NETGENPlugin_ngMeshInfo& initState, NETGENPlugin_Internals* internals,
 315                   vector< const SMDS_MeshNode* >& nodeVec, SMESH_MesherHelper &quadHelper,
 316                   SMESH_Comment& comment);
 317
 318   SMESH_Mesh*          _mesh;
 319   const TopoDS_Shape&  _shape;
 320   bool                 _isVolume;
 321   bool                 _optimize;
 322   int                  _fineness;
 323   bool                 _isViscousLayers2D;
 324   double               _chordalError;
 325   netgen::Mesh*        _ngMesh;
 326   netgen::OCCGeometry* _occgeom;
 327
 328   int                  _curShapeIndex;
 329   volatile int         _progressTic;
 330   volatile double      _ticTime; // normalized [0,1] compute time per a SMESH_Algo::_progressTic
 331   volatile double      _totalTime;
 332
 333   const NETGENPlugin_SimpleHypothesis_2D * _simpleHyp;
 334   const StdMeshers_ViscousLayers*   _viscousLayersHyp;
 335
 336   // a pointer to NETGENPlugin_Mesher* field of the holder, that will be
 337   // nullified at destruction of this
 338   NETGENPlugin_Mesher ** _ptrToMe;
 339 };
 340
 341 //=============================================================================
 342 /*!
 343  * \brief Container of info needed to solve problems with internal shapes.
 344  *
 345  * Issue 0020676. It is made up as a class to be ready to extract from NETGEN
 346  * and put in SMESH as soon as the same solution is needed somewhere else.
 347  * The approach is to precompute internal edges in 2D and internal faces in 3D
 348  * and put their mesh correctly (twice) into netgen mesh.
 349  * In 2D, this class finds internal edges in faces and their vertices.
 350  * In 3D, it additionally finds internal faces, their edges shared with other faces,
 351  * and their vertices shared by several internal edges. Nodes built on the found
 352  * shapes and mesh faces built on the found internal faces are to be doubled in
 353  * netgen mesh to emulate a "crack"
 354  *
 355  * For internal faces a more simple solution is found, which is just to duplicate
 356  * mesh faces on internal geom faces without modeling a "real crack". For this
 357  * reason findBorderElements() is no more used anywhere.
 358  */
 359 //=============================================================================
 360
 361 class NETGENPLUGIN_EXPORT NETGENPlugin_Internals
 362 {
 363   SMESH_Mesh&       _mesh;
 364   bool              _is3D;
 365   //2D
 366   std::map<int,int> _e2face;//!<edges and their vertices in faces where they are TopAbs_INTERNAL
 367   std::map<int,std::list<int> > _f2v;//!<faces with internal vertices
 368   // 3D
 369   std::set<int>     _intShapes;
 370   std::set<int>     _borderFaces; //!< non-internal faces sharing the internal edge
 371   std::map<int,std::list<int> > _s2v;//!<solids with internal vertices
 372
 373 public:
 374   NETGENPlugin_Internals( SMESH_Mesh& mesh, const TopoDS_Shape& shape, bool is3D );
 375
 376   SMESH_Mesh& getMesh() const;
 377
 378   bool isShapeToPrecompute(const TopoDS_Shape& s);
 379
 380   // 2D meshing
 381   // edges
 382   bool hasInternalEdges() const { return !_e2face.empty(); }
 383   bool isInternalEdge( int id ) const { return _e2face.count( id ); }
 384   const std::map<int,int>& getEdgesAndVerticesWithFaces() const { return _e2face; }
 385   void getInternalEdges( TopTools_IndexedMapOfShape&  fmap,
 386                          TopTools_IndexedMapOfShape&  emap,
 387                          TopTools_IndexedMapOfShape&  vmap,
 388                          std::list< SMESH_subMesh* > smToPrecompute[]);
 389   // vertices
 390   bool hasInternalVertexInFace() const { return !_f2v.empty(); }
 391   const std::map<int,std::list<int> >& getFacesWithVertices() const { return _f2v; }
 392
 393   // 3D meshing
 394   // faces
 395   bool hasInternalFaces() const { return !_intShapes.empty(); }
 396   bool isInternalShape( int id ) const { return _intShapes.count( id ); }
 397   void findBorderElements( std::set< const SMDS_MeshElement*, TIDCompare > & borderElems );
 398   bool isBorderFace( int faceID ) const { return _borderFaces.count( faceID ); }
 399   void getInternalFaces( TopTools_IndexedMapOfShape&  fmap,
 400                          TopTools_IndexedMapOfShape&  emap,
 401                          std::list< SMESH_subMesh* >& facesSM,
 402                          std::list< SMESH_subMesh* >& boundarySM);
 403   // vertices
 404   bool hasInternalVertexInSolid() const { return !_s2v.empty(); }
 405   bool hasInternalVertexInSolid(int soID ) const { return _s2v.count(soID); }
 406   const std::map<int,std::list<int> >& getSolidsWithVertices() const { return _s2v; }
 407
 408
 409 };
 410
 411 #endif