src/NETGENPlugin/NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY.cxx

   1 // Copyright (C) 2007-2013  CEA/DEN, EDF R&D, OPEN CASCADE
   2 //
   3 // This library is free software; you can redistribute it and/or
   4 // modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   5 // License as published by the Free Software Foundation; either
   6 // version 2.1 of the License.
   7 //
   8 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
   9 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11 // Lesser General Public License for more details.
  12 //
  13 // You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  14 // License along with this library; if not, write to the Free Software
  15 // Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  16 //
  17 // See http://www.salome-platform.org/ or email : webmaster.salome@opencascade.com
  18 //
  19
  20 // File      : NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY.cxx
  21 // Author    : Edward AGAPOV (OCC)
  22 // Project   : SALOME
  23 //
  24 #include "NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY.hxx"
  25
  26 #include "NETGENPlugin_Mesher.hxx"
  27 #include "NETGENPlugin_Hypothesis_2D.hxx"
  28
  29 #include <SMDS_MeshElement.hxx>
  30 #include <SMDS_MeshNode.hxx>
  31 #include <SMESHDS_Mesh.hxx>
  32 #include <SMESH_Comment.hxx>
  33 #include <SMESH_Gen.hxx>
  34 #include <SMESH_Mesh.hxx>
  35 #include <SMESH_MesherHelper.hxx>
  36 #include <SMESH_subMesh.hxx>
  37 #include <StdMeshers_FaceSide.hxx>
  38 #include <StdMeshers_LengthFromEdges.hxx>
  39 #include <StdMeshers_MaxElementArea.hxx>
  40 #include <StdMeshers_QuadranglePreference.hxx>
  41 #include <StdMeshers_ViscousLayers2D.hxx>
  42
  43 #include <Precision.hxx>
  44 #include <Standard_ErrorHandler.hxx>
  45 #include <Standard_Failure.hxx>
  46
  47 #include <utilities.h>
  48
  49 #include <list>
  50 #include <vector>
  51 #include <limits>
  52
  53 /*
  54   Netgen include files
  55 */
  56 namespace nglib {
  57 #include <nglib.h>
  58 }
  59 #ifndef OCCGEOMETRY
  60 #define OCCGEOMETRY
  61 #endif
  62 #include <occgeom.hpp>
  63 #include <meshing.hpp>
  64 //#include <meshtype.hpp>
  65 namespace netgen {
  66 #ifdef NETGEN_V5
  67   extern int OCCGenerateMesh (OCCGeometry&, Mesh*&, MeshingParameters&, int, int);
  68 #else
  69   extern int OCCGenerateMesh (OCCGeometry&, Mesh*&, int, int, char*);
  70 #endif
  71   extern MeshingParameters mparam;
  72 }
  73
  74 using namespace std;
  75 using namespace netgen;
  76 using namespace nglib;
  77
  78 //#define DUMP_SEGMENTS
  79
  80 //=============================================================================
  81 /*!
  82  *
  83  */
  84 //=============================================================================
  85
  86 NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY(int hypId, int studyId,
  87                                                          SMESH_Gen* gen)
  88   : SMESH_2D_Algo(hypId, studyId, gen)
  89 {
  90   MESSAGE("NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY");
  91   _name = "NETGEN_2D_ONLY";
  92
  93   _shapeType = (1 << TopAbs_FACE);// 1 bit /shape type
  94
  95   _compatibleHypothesis.push_back("MaxElementArea");
  96   _compatibleHypothesis.push_back("LengthFromEdges");
  97   _compatibleHypothesis.push_back("QuadranglePreference");
  98   _compatibleHypothesis.push_back("NETGEN_Parameters_2D");
  99   _compatibleHypothesis.push_back("ViscousLayers2D");
 100
 101   _hypMaxElementArea = 0;
 102   _hypLengthFromEdges = 0;
 103   _hypQuadranglePreference = 0;
 104   _hypParameters = 0;
 105 }
 106
 107 //=============================================================================
 108 /*!
 109  *
 110  */
 111 //=============================================================================
 112
 113 NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::~NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY()
 114 {
 115   MESSAGE("NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::~NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY");
 116 }
 117
 118 //=============================================================================
 119 /*!
 120  *
 121  */
 122 //=============================================================================
 123
 124 bool NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::CheckHypothesis (SMESH_Mesh&         aMesh,
 125                                                    const TopoDS_Shape& aShape,
 126                                                    Hypothesis_Status&  aStatus)
 127 {
 128   _hypMaxElementArea = 0;
 129   _hypLengthFromEdges = 0;
 130   _hypQuadranglePreference = 0;
 131   _progressByTic = -1;
 132
 133   const list<const SMESHDS_Hypothesis*>& hyps = GetUsedHypothesis(aMesh, aShape, false);
 134
 135   if (hyps.empty())
 136   {
 137     aStatus = HYP_OK; //SMESH_Hypothesis::HYP_MISSING;
 138     return true;  // (PAL13464) can work with no hypothesis, LengthFromEdges is default one
 139   }
 140
 141   aStatus = HYP_MISSING;
 142
 143   list<const SMESHDS_Hypothesis*>::const_iterator ith;
 144   for (ith = hyps.begin(); ith != hyps.end(); ++ith )
 145   {
 146     const SMESHDS_Hypothesis* hyp = (*ith);
 147
 148     string hypName = hyp->GetName();
 149
 150     if      ( hypName == "MaxElementArea")
 151       _hypMaxElementArea = static_cast<const StdMeshers_MaxElementArea*> (hyp);
 152     else if ( hypName == "LengthFromEdges" )
 153       _hypLengthFromEdges = static_cast<const StdMeshers_LengthFromEdges*> (hyp);
 154     else if ( hypName == "QuadranglePreference" )
 155       _hypQuadranglePreference = static_cast<const StdMeshers_QuadranglePreference*>(hyp);
 156     else if ( hypName == "NETGEN_Parameters_2D" )
 157       _hypParameters = static_cast<const NETGENPlugin_Hypothesis_2D*>(hyp);
 158     else if ( hypName == StdMeshers_ViscousLayers2D::GetHypType() )
 159       continue;
 160     else {
 161       aStatus = HYP_INCOMPATIBLE;
 162       return false;
 163     }
 164   }
 165
 166   int nbHyps = bool(_hypMaxElementArea) + bool(_hypLengthFromEdges) + bool(_hypParameters );
 167   if ( nbHyps > 1 )
 168     aStatus = HYP_CONCURENT;
 169   else
 170     aStatus = HYP_OK;
 171
 172   return ( aStatus == HYP_OK );
 173 }
 174
 175 //=============================================================================
 176 /*!
 177  *Here we are going to use the NETGEN mesher
 178  */
 179 //=============================================================================
 180
 181 bool NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::Compute(SMESH_Mesh&         aMesh,
 182                                           const TopoDS_Shape& aShape)
 183 {
 184   netgen::multithread.terminate = 0;
 185   netgen::multithread.task = "Surface meshing";
 186
 187   SMESHDS_Mesh* meshDS = aMesh.GetMeshDS();
 188   int faceID = meshDS->ShapeToIndex( aShape );
 189
 190   SMESH_MesherHelper helper(aMesh);
 191   _quadraticMesh = helper.IsQuadraticSubMesh(aShape);
 192   helper.SetElementsOnShape( true );
 193   const bool ignoreMediumNodes = _quadraticMesh;
 194
 195   // build viscous layers if required
 196   TopoDS_Face F = TopoDS::Face( aShape/*.Oriented( TopAbs_FORWARD )*/);
 197   if ( F.Orientation() != TopAbs_FORWARD &&
 198        F.Orientation() != TopAbs_REVERSED )
 199     F.Orientation( TopAbs_FORWARD ); // avoid pb with TopAbs_INTERNAL
 200   SMESH_ProxyMesh::Ptr proxyMesh = StdMeshers_ViscousLayers2D::Compute( aMesh, F );
 201   if ( !proxyMesh )
 202     return false;
 203
 204   // ------------------------
 205   // get all edges of a face
 206   // ------------------------
 207   TError problem;
 208   TSideVector wires =
 209     StdMeshers_FaceSide::GetFaceWires( F, aMesh, ignoreMediumNodes, problem, proxyMesh );
 210   if ( problem && !problem->IsOK() )
 211     return error( problem );
 212   int nbWires = wires.size();
 213   if ( nbWires == 0 )
 214     return error( "Problem in StdMeshers_FaceSide::GetFaceWires()");
 215   if ( wires[0]->NbSegments() < 3 ) // ex: a circle with 2 segments
 216     return error(COMPERR_BAD_INPUT_MESH,
 217                  SMESH_Comment("Too few segments: ")<<wires[0]->NbSegments());
 218
 219   // --------------------
 220   // compute edge length
 221   // --------------------
 222
 223   NETGENPlugin_Mesher aMesher( &aMesh, aShape, /*isVolume=*/false);
 224   netgen::OCCGeometry occgeo;
 225   aMesher.PrepareOCCgeometry( occgeo, F, aMesh );
 226   occgeo.fmap.Clear(); // face can be reversed, which is wrong in this case (issue 19978)
 227   occgeo.fmap.Add( F );
 228
 229   if ( _hypParameters )
 230   {
 231     aMesher.SetParameters(_hypParameters);
 232   }
 233   else
 234   {
 235     double edgeLength = 0;
 236     if (_hypLengthFromEdges /*|| (!_hypLengthFromEdges && !_hypMaxElementArea)*/)
 237     {
 238       int nbSegments = 0;
 239       for ( int iW = 0; iW < nbWires; ++iW )
 240       {
 241         edgeLength += wires[ iW ]->Length();
 242         nbSegments += wires[ iW ]->NbSegments();
 243       }
 244       if ( nbSegments )
 245         edgeLength /= nbSegments;
 246     }
 247     if ( _hypMaxElementArea )
 248     {
 249       double maxArea = _hypMaxElementArea->GetMaxArea();
 250       edgeLength = sqrt(2. * maxArea/sqrt(3.0));
 251     }
 252     if ( edgeLength < DBL_MIN )
 253       edgeLength = occgeo.GetBoundingBox().Diam();
 254
 255     netgen::mparam.maxh = edgeLength;
 256     netgen::mparam.minh = aMesher.GetDefaultMinSize( aShape, netgen::mparam.maxh );
 257     netgen::mparam.quad = _hypQuadranglePreference ? 1 : 0;
 258     netgen::mparam.grading = 0.5; // coarse mesh by default
 259   }
 260   occgeo.face_maxh = netgen::mparam.maxh;
 261
 262   // -------------------------
 263   // Make input netgen mesh
 264   // -------------------------
 265
 266   // MESHCONST_ANALYSE step may lead to a failure, so we make an attempt
 267   // w/o MESHCONST_ANALYSE at the second loop
 268   int err = 1;
 269   for ( int iLoop = 0; iLoop < 2; iLoop++ )
 270   {
 271     bool isMESHCONST_ANALYSE = false;
 272     InitComputeError();
 273
 274     NETGENPlugin_NetgenLibWrapper ngLib;
 275     netgen::Mesh * ngMesh = (netgen::Mesh*) ngLib._ngMesh;
 276     ngLib._isComputeOk = false;
 277
 278 #ifndef NETGEN_V5
 279     char *optstr = 0;
 280 #endif
 281     int startWith = MESHCONST_ANALYSE;
 282     int endWith   = MESHCONST_ANALYSE;
 283
 284     if ( !_hypLengthFromEdges && !_hypMaxElementArea && !iLoop == 1 )
 285     {
 286       isMESHCONST_ANALYSE = true;
 287 #ifdef NETGEN_V5
 288       err = netgen::OCCGenerateMesh(occgeo, ngMesh, netgen::mparam, startWith, endWith);
 289 #else
 290       err = netgen::OCCGenerateMesh(occgeo, ngMesh, startWith, endWith, optstr);
 291 #endif
 292       ngLib._ngMesh = 0;
 293       ngLib.setMesh(( nglib::Ng_Mesh*) ngMesh );
 294     }
 295     else
 296     {
 297       Box<3> bb = occgeo.GetBoundingBox();
 298       bb.Increase (bb.Diam()/10);
 299       ngMesh->SetLocalH (bb.PMin(), bb.PMax(), netgen::mparam.grading);
 300       ngMesh->SetGlobalH (netgen::mparam.maxh);
 301     }
 302
 303     vector< const SMDS_MeshNode* > nodeVec;
 304     problem = aMesher.AddSegmentsToMesh( *ngMesh, occgeo, wires, helper, nodeVec );
 305     if ( problem && !problem->IsOK() )
 306       return error( problem );
 307
 308     // limit element size near existing segments
 309     TopTools_IndexedMapOfShape edgeMap, faceMap;
 310     TopExp::MapShapes( aMesh.GetShapeToMesh(), TopAbs_EDGE, edgeMap );
 311     for ( int iE = 1; iE <= edgeMap.Extent(); ++iE )
 312     {
 313       const TopoDS_Shape& edge = edgeMap( iE );
 314       if ( SMESH_Algo::isDegenerated( TopoDS::Edge( edge )) ||
 315            helper.IsSubShape( edge, aShape ))
 316         continue;
 317       SMESHDS_SubMesh* smDS = aMesh.GetMeshDS()->MeshElements( edge );
 318       if ( !smDS ) continue;
 319       SMDS_ElemIteratorPtr segIt = smDS->GetElements();
 320       while ( segIt->more() )
 321       {
 322         const SMDS_MeshElement* seg = segIt->next();
 323         SMESH_TNodeXYZ n1 = seg->GetNode(0);
 324         SMESH_TNodeXYZ n2 = seg->GetNode(1);
 325         gp_XYZ p = 0.5 * ( n1 + n2 );
 326         netgen::Point3d pi(p.X(), p.Y(), p.Z());
 327         ngMesh->RestrictLocalH( pi, Max(( n1 - n2 ).Modulus(), netgen::mparam.minh ));
 328       }
 329     }
 330
 331     // -------------------------
 332     // Generate surface mesh
 333     // -------------------------
 334
 335     startWith = MESHCONST_MESHSURFACE;
 336     endWith   = MESHCONST_OPTSURFACE;
 337
 338     try {
 339       OCC_CATCH_SIGNALS;
 340
 341 #ifdef NETGEN_V5
 342       err = netgen::OCCGenerateMesh(occgeo, ngMesh, netgen::mparam, startWith, endWith);
 343 #else
 344       err = netgen::OCCGenerateMesh(occgeo, ngMesh, startWith, endWith, optstr);
 345 #endif
 346       if(netgen::multithread.terminate)
 347         return false;
 348       if ( err )
 349         error(SMESH_Comment("Error in netgen::OCCGenerateMesh() at ") << netgen::multithread.task);
 350     }
 351     catch (Standard_Failure& ex)
 352     {
 353       SMESH_Comment str("Exception in  netgen::OCCGenerateMesh()");
 354       str << " at " << netgen::multithread.task
 355           << ": " << ex.DynamicType()->Name();
 356       if ( ex.GetMessageString() && strlen( ex.GetMessageString() ))
 357         str << ": " << ex.GetMessageString();
 358       error(str);
 359       err = 1;
 360     }
 361     catch (...) {
 362       SMESH_Comment str("Exception in  netgen::OCCGenerateMesh()");
 363       str << " at " << netgen::multithread.task;
 364       error(str);
 365       err = 1;
 366     }
 367     if ( err && isMESHCONST_ANALYSE )
 368       continue;
 369
 370     // ----------------------------------------------------
 371     // Fill the SMESHDS with the generated nodes and faces
 372     // ----------------------------------------------------
 373
 374     int nbNodes = ngMesh->GetNP();
 375     int nbFaces = ngMesh->GetNSE();
 376
 377     int nbInputNodes = nodeVec.size()-1;
 378     nodeVec.resize( nbNodes+1, 0 );
 379
 380     // add nodes
 381     for ( int ngID = nbInputNodes + 1; ngID <= nbNodes; ++ngID )
 382     {
 383       const MeshPoint& ngPoint = ngMesh->Point( ngID );
 384       SMDS_MeshNode * node = meshDS->AddNode(ngPoint(0), ngPoint(1), ngPoint(2));
 385       nodeVec[ ngID ] = node;
 386     }
 387
 388     // create faces
 389     const bool reverse = false; //( aShape.Orientation() == TopAbs_REVERSED );
 390     int i,j;
 391     for ( i = 1; i <= nbFaces ; ++i )
 392     {
 393       const Element2d& elem = ngMesh->SurfaceElement(i);
 394       vector<const SMDS_MeshNode*> nodes( elem.GetNP() );
 395       for (j=1; j <= elem.GetNP(); ++j)
 396       {
 397         int pind = elem.PNum(j);
 398         if ( pind < 1 )
 399           break;
 400         const SMDS_MeshNode* node = nodeVec[ pind ];
 401         if ( reverse )
 402           nodes[ nodes.size()-j ] = node;
 403         else
 404           nodes[ j-1 ] = node;
 405         if ( node->GetPosition()->GetTypeOfPosition() == SMDS_TOP_3DSPACE )
 406         {
 407           const PointGeomInfo& pgi = elem.GeomInfoPi(j);
 408           meshDS->SetNodeOnFace((SMDS_MeshNode*)node, faceID, pgi.u, pgi.v);
 409         }
 410       }
 411       if ( j > elem.GetNP() )
 412       {
 413         SMDS_MeshFace* face = 0;
 414         if ( elem.GetType() == TRIG )
 415           face = helper.AddFace(nodes[0],nodes[1],nodes[2]);
 416         else
 417           face = helper.AddFace(nodes[0],nodes[1],nodes[2],nodes[3]);
 418       }
 419     }
 420
 421     ngLib._isComputeOk = !err;
 422     break;
 423
 424   } // two attempts
 425
 426   return !err;
 427 }
 428
 429 void NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::CancelCompute()
 430 {
 431   SMESH_Algo::CancelCompute();
 432   netgen::multithread.terminate = 1;
 433 }
 434
 435 //================================================================================
 436 /*!
 437  * \brief Return progress of Compute() [0.,1]
 438  */
 439 //================================================================================
 440
 441 double NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::GetProgress() const
 442 {
 443   const char* task1 = "Surface meshing";
 444   //const char* task2 = "Optimizing surface";
 445   double& progress = const_cast<NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY*>( this )->_progress;
 446   if ( _progressByTic < 0. &&
 447        strncmp( netgen::multithread.task, task1, 3 ) == 0 )
 448   {
 449     progress = Min( 0.25, SMESH_Algo::GetProgressByTic() ); // [0, 0.25]
 450   }
 451   else //if ( strncmp( netgen::multithread.task, task2, 3 ) == 0)
 452   {
 453     if ( _progressByTic < 0 )
 454     {
 455       NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY* me = (NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY*) this;
 456       me->_progressByTic = 0.25 / (_progressTic+1);
 457     }
 458     const_cast<NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY*>( this )->_progressTic++;
 459     progress = Max( progress, _progressByTic * _progressTic );
 460   }
 461   //cout << netgen::multithread.task << " " << _progressTic << endl;
 462   return Min( progress, 0.99 );
 463 }
 464
 465 //=============================================================================
 466 /*!
 467  *
 468  */
 469 //=============================================================================
 470
 471 bool NETGENPlugin_NETGEN_2D_ONLY::Evaluate(SMESH_Mesh& aMesh,
 472                                            const TopoDS_Shape& aShape,
 473                                            MapShapeNbElems& aResMap)
 474 {
 475   TopoDS_Face F = TopoDS::Face(aShape);
 476   if(F.IsNull())
 477     return false;
 478
 479   // collect info from edges
 480   int nb0d = 0, nb1d = 0;
 481   bool IsQuadratic = false;
 482   bool IsFirst = true;
 483   double fullLen = 0.0;
 484   TopTools_MapOfShape tmpMap;
 485   for (TopExp_Explorer exp(F, TopAbs_EDGE); exp.More(); exp.Next()) {
 486     TopoDS_Edge E = TopoDS::Edge(exp.Current());
 487     if( tmpMap.Contains(E) )
 488       continue;
 489     tmpMap.Add(E);
 490     SMESH_subMesh *aSubMesh = aMesh.GetSubMesh(exp.Current());
 491     MapShapeNbElemsItr anIt = aResMap.find(aSubMesh);
 492     if( anIt==aResMap.end() ) {
 493       SMESH_subMesh *sm = aMesh.GetSubMesh(F);
 494       SMESH_ComputeErrorPtr& smError = sm->GetComputeError();
 495       smError.reset( new SMESH_ComputeError(COMPERR_ALGO_FAILED,"Submesh can not be evaluated",this));
 496       return false;
 497     }
 498     std::vector<int> aVec = (*anIt).second;
 499     nb0d += aVec[SMDSEntity_Node];
 500     nb1d += Max(aVec[SMDSEntity_Edge],aVec[SMDSEntity_Quad_Edge]);
 501     double aLen = SMESH_Algo::EdgeLength(E);
 502     fullLen += aLen;
 503     if(IsFirst) {
 504       IsQuadratic = (aVec[SMDSEntity_Quad_Edge] > aVec[SMDSEntity_Edge]);
 505       IsFirst = false;
 506     }
 507   }
 508   tmpMap.Clear();
 509
 510   // compute edge length
 511   double ELen = 0;
 512   if (_hypLengthFromEdges || !_hypLengthFromEdges && !_hypMaxElementArea) {
 513     if ( nb1d > 0 )
 514       ELen = fullLen / nb1d;
 515   }
 516   if ( _hypMaxElementArea ) {
 517     double maxArea = _hypMaxElementArea->GetMaxArea();
 518     ELen = sqrt(2. * maxArea/sqrt(3.0));
 519   }
 520   GProp_GProps G;
 521   BRepGProp::SurfaceProperties(F,G);
 522   double anArea = G.Mass();
 523
 524   const int hugeNb = numeric_limits<int>::max()/10;
 525   if ( anArea / hugeNb > ELen*ELen )
 526   {
 527     SMESH_subMesh *sm = aMesh.GetSubMesh(F);
 528     SMESH_ComputeErrorPtr& smError = sm->GetComputeError();
 529     smError.reset( new SMESH_ComputeError(COMPERR_ALGO_FAILED,"Submesh can not be evaluated.\nToo small element length",this));
 530     return false;
 531   }
 532   int nbFaces = (int) ( anArea / ( ELen*ELen*sqrt(3.) / 4 ) );
 533   int nbNodes = (int) ( ( nbFaces*3 - (nb1d-1)*2 ) / 6 + 1 );
 534   std::vector<int> aVec(SMDSEntity_Last);
 535   for(int i=SMDSEntity_Node; i<SMDSEntity_Last; i++) aVec[i]=0;
 536   if( IsQuadratic ) {
 537     aVec[SMDSEntity_Node] = nbNodes;
 538     aVec[SMDSEntity_Quad_Triangle] = nbFaces;
 539   }
 540   else {
 541     aVec[SMDSEntity_Node] = nbNodes;
 542     aVec[SMDSEntity_Triangle] = nbFaces;
 543   }
 544   SMESH_subMesh *sm = aMesh.GetSubMesh(F);
 545   aResMap.insert(std::make_pair(sm,aVec));
 546
 547   return true;
 548 }