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2d4bcd6030
commit
d28c2e867f
2
.gitignore
vendored
2
.gitignore
vendored
@ -30,3 +30,5 @@
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*.exe
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*.exe
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*.out
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*.out
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*.app
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*.app
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.DS_Store
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30
README.md
Normal file
30
README.md
Normal file
@ -0,0 +1,30 @@
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|
### Generation of a Triangular Irregular Network (TIN) from a dense DEM grid
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<img src="topo_TIN.png" alt="topo_TIN" style="zoom:24%;" />
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#### Compile
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```shell
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g++ demo.cpp
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```
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#### Run demo
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```shell
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./a.out
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```
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#### Visualization
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##### macOS
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```shell
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open -a Gmsh topo_TIN.msh
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```
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##### Linux/Unix
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```shell
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gmsh topo_TIN.msh
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```
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67
demo.cpp
Normal file
67
demo.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,67 @@
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#include "tin.h"
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#include "iostream"
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#include "fstream"
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#include "iomanip"
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int main(int argc, char const *argv[])
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{
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// read dem grid
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std::vector<double> topo(10201);
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std::ifstream infile("topo.txt");
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for (int i = 0; i < 10201; ++i)
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{
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infile >> topo[i];
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}
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infile.close();
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std::vector<vertex2dc*> tin_vert;
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std::vector<triangle*> tin_ele;
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dem2tin(topo, 0, 1000, 0, 1000, 10, 10, tin_vert, tin_ele, 1.0);
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// Write a Gmsh's .msh file
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std::ofstream outfile("topo_TIN.msh");
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outfile << "$MeshFormat" << std::endl << "2.2 0 8" << std::endl << "$EndMeshFormat "<<std::endl;
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outfile << "$Nodes" << std::endl << tin_vert.size() << std::endl;
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for (int i = 0; i < tin_vert.size(); i++)
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{
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outfile << tin_vert[i]->id + 1 << " " << std::setprecision(16)
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<< tin_vert[i]->x << " " << tin_vert[i]->y << " " << tin_vert[i]->elev << std::endl;
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}
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outfile<<"$EndNodes"<<std::endl;
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outfile << "$Elements" << std::endl << tin_ele.size() <<std::endl;
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for (int i = 0; i < tin_ele.size(); i++)
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{
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outfile << i + 1 << " 2 0";
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|
for (int j = 0; j < 3; j++)
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{
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outfile << " " << tin_ele[i]->vert[j]->id + 1;
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}
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|
outfile << std::endl;
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|
}
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|
outfile << "$EndElements"<< std::endl;
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|
outfile<<"$NodeData"<<std::endl;
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outfile<<1<<std::endl
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<<"\"Topography (m)\"" <<std::endl
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<< 1 <<std::endl<< 0.0 <<std::endl
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|
<< 3 <<std::endl<< 0<<std::endl
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|
<< 1 <<std::endl<< tin_vert.size() <<std::endl;
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|
for (int i = 0; i < tin_vert.size(); i++)
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|
{
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|
outfile << tin_vert[i]->id + 1 << " " << std::setprecision(16) << tin_vert[i]->elev << std::endl;
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|
}
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|
outfile << "$EndNodeData" << std::endl;
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|
outfile.close();
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// Destroy memories allocated by the dem2tin function
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for (int i = 0; i < tin_vert.size(); ++i)
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{
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delete tin_vert[i];
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}
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for (int i = 0; i < tin_ele.size(); ++i)
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{
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|
delete tin_ele[i];
|
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|
}
|
||||||
|
return 0;
|
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|
}
|
290
tin.h
Normal file
290
tin.h
Normal file
@ -0,0 +1,290 @@
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|
/**
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|
* @defgroup TIN
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|
*
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|
* @brief Generation of a Triangular Irregular Network (TIN) from a dense DEM grid
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*
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|
* @author Yi Zhang
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* @date 2021-09-15
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*/
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#ifndef _TIN_DELAUNAY_H
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#define _TIN_DELAUNAY_H
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#include "cmath"
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#include "vector"
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#define ZERO 1e-5
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// Start vertex definition
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struct vertex2dc
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{
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unsigned int id; // index of the vertex
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double x, y; // position of the vertex
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double elev; // elevation at the vertex
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vertex2dc() : x(NAN), y(NAN), elev(NAN), id(0) {}
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|
vertex2dc(double inx, double iny, double inelev, unsigned int inid = 0) {set(inx, iny, inelev, inid);}
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|
void set(double inx, double iny, double inelev, unsigned int inid = 0)
|
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|
{
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|
x = inx; y = iny; elev = inelev; id = inid;
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return;
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}
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};
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|
bool operator ==(const vertex2dc &a, const vertex2dc &b) // overload the == operator for vertex2dc type
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|
{
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|
if(fabs(a.x - b.x) <= ZERO && fabs(a.y - b.y) <= ZERO)
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{
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return true;
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}
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return false;
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}
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bool is_collinear(vertex2dc *a_ptr, vertex2dc *b_ptr, vertex2dc *c_ptr) // Test if the three points are on the same line
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{
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// |(y3−y1)(x2−x1)−(y2−y1)(x3−x1)|
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|
if (fabs((c_ptr->y - a_ptr->y)*(b_ptr->x - a_ptr->x) - (b_ptr->y - a_ptr->y)*(c_ptr->x - a_ptr->x)) <= ZERO)
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|
{
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|
return true;
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|
}
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|
return false;
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|
}
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// End vertex definition
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// Start edge definition
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struct edge
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{
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vertex2dc *vert[2]; // vertex of the edge
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edge() {vert[0] = vert[1] = nullptr;}
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edge(vertex2dc *v0ptr, vertex2dc *v1ptr) {set(v0ptr, v1ptr);}
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||||||
|
void set(vertex2dc *v0ptr, vertex2dc *v1ptr)
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|
{
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|
vert[0] = v0ptr; vert[1] = v1ptr;
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return;
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}
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};
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|
bool operator ==(const edge &a, const edge &b) // overload the == operator for edge type
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|
{
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|
if((a.vert[0] == b.vert[0] && a.vert[1] == b.vert[1]) ||
|
||||||
|
(a.vert[0] == b.vert[1] && a.vert[1] == b.vert[0]))
|
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|
{
|
||||||
|
return true;
|
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|
}
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|
return false;
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|
}
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|
// End edge definition
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// Start triangle definition
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struct triangle
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{
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vertex2dc *vert[3]; // vertex of the triangle
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double cx, cy; // center of the triangle's circumcircle
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double cr; // radius of the circumcircle
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triangle() {vert[0] = vert[1] = vert[2] = nullptr;}
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|
triangle(vertex2dc *v0ptr, vertex2dc *v1ptr, vertex2dc *v2ptr) {set(v0ptr, v1ptr, v2ptr);}
|
||||||
|
void set(vertex2dc *v0ptr, vertex2dc *v1ptr, vertex2dc *v2ptr)
|
||||||
|
{
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|
vert[0] = v0ptr; vert[1] = v1ptr; vert[2] = v2ptr;
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double s = 0.5 / ((vert[1]->x - vert[0]->x) * (vert[2]->y - vert[0]->y) - (vert[1]->y - vert[0]->y) * (vert[2]->x - vert[0]->x));
|
||||||
|
double m = vert[1]->x * vert[1]->x - vert[0]->x * vert[0]->x + vert[1]->y * vert[1]->y - vert[0]->y * vert[0]->y;
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||||||
|
double u = vert[2]->x * vert[2]->x - vert[0]->x * vert[0]->x + vert[2]->y * vert[2]->y - vert[0]->y * vert[0]->y;
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|
cx = ((vert[2]->y - vert[0]->y) * m + (vert[0]->y - vert[1]->y) * u) * s;
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|
cy = ((vert[0]->x - vert[2]->x) * m + (vert[1]->x - vert[0]->x) * u) * s;
|
||||||
|
cr = (vert[0]->x - cx) * (vert[0]->x - cx) + (vert[0]->y - cy) * (vert[0]->y - cy); // not need to sqrt() here
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return;
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|
}
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bool bound_location(double inx, double iny) // Test if the location is inside the triangle
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{
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double l1x, l1y, l2x, l2y;
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for (int i = 0; i < 3; i++)
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|
{
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|
l1x = vert[(i+1)%3]->x - vert[i]->x;
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|
l1y = vert[(i+1)%3]->y - vert[i]->y;
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||||||
|
l2x = inx - vert[i]->x;
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||||||
|
l2y = iny - vert[i]->y;
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|
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||||||
|
if ((l1x*l2y - l1y*l2x) < 0)
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|
{
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return false;
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|
}
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|
}
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|
return true;
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|
}
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|
double interpolate(double inx, double iny) // Interpolate the elevation of the given location inside the triangle
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|
{
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double a1 = 0.5 * ((vert[1]->x - inx)*(vert[2]->y - iny) - (vert[1]->y - iny)*(vert[2]->x - inx));
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||||||
|
double a2 = 0.5 * ((vert[2]->x - inx)*(vert[0]->y - iny) - (vert[2]->y - iny)*(vert[0]->x - inx));
|
||||||
|
double a3 = 0.5 * ((vert[0]->x - inx)*(vert[1]->y - iny) - (vert[0]->y - iny)*(vert[1]->x - inx));
|
||||||
|
return (a1*vert[0]->elev + a2*vert[1]->elev + a3*vert[2]->elev)/(a1 + a2 + a3);
|
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|
}
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|
};
|
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|
// End triangle definition
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/**
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|
* @brief Generate the TIN from the DEM grid
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*
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* @param[in] dem Input DEM grid (Ordered from lower left corner to the upper right corner)
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* @param[in] xmin The minimal coordinate of the DEM grid on the x-axis
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|
* @param[in] xmax The maximal coordinate of the DEM grid on the x-axis
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|
* @param[in] ymin The minimal coordinate of the DEM grid on the y-axis
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|
* @param[in] ymax The maximal coordinate of the DEM grid on the y-axis
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|
* @param[in] dx Data spacing of the DEM grid on the x-axis
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|
* @param[in] dy Data spacing of the DEM grid on the y-axis
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|
* @param out_verts The output vector of vertex's pointers. The user need to destroy the memories allocated by the function before destroy the vector
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|
* @param out_tris The output vector of triangle's pointers. The user need to destroy the memories allocated by the function before destroy the vector
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|
* @param[in] maxi_err Threshold to quit the algorithm. The default is 1e-2
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*/
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void dem2tin(const std::vector<double> &dem, double xmin, double xmax, double ymin, double ymax,
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|
double dx, double dy, std::vector<vertex2dc*> &out_verts, std::vector<triangle*> &out_tris, double maxi_err = 1e-2)
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|
{
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|
if (!out_verts.empty()) out_verts.clear();
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|
if (!out_tris.empty()) out_tris.clear();
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if (dx <= 0.0 || dy <= 0.0 || maxi_err <= 0.0) return;
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if (xmin >= xmax || ymin >= ymax || (xmin + dx) > xmax || (ymin + dy) > ymax) return;
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int xnum = round((xmax - xmin)/dx) + 1;
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int ynum = round((ymax - ymin)/dy) + 1;
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|
if (dem.size() != xnum*ynum) return;
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||||||
|
vertex2dc *tmp_vert = nullptr;
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|
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||||||
|
tmp_vert = new vertex2dc(xmin, ymin, dem[0], out_verts.size()); // lower left corner
|
||||||
|
out_verts.push_back(tmp_vert);
|
||||||
|
|
||||||
|
tmp_vert = new vertex2dc(xmax, ymin, dem[xnum-1], out_verts.size()); // lower right corner
|
||||||
|
out_verts.push_back(tmp_vert);
|
||||||
|
|
||||||
|
tmp_vert = new vertex2dc(xmax, ymax, dem[xnum*ynum-1], out_verts.size()); // upper right corner
|
||||||
|
out_verts.push_back(tmp_vert);
|
||||||
|
|
||||||
|
tmp_vert = new vertex2dc(xmin, ymax, dem[xnum*(ynum-1)], out_verts.size()); // upper left corner
|
||||||
|
out_verts.push_back(tmp_vert);
|
||||||
|
|
||||||
|
triangle *tmp_tri = nullptr;
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std::vector<triangle*> cnst_tri;
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|
std::vector<triangle*>::iterator t_iter;
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|
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|
if (!is_collinear(out_verts[0], out_verts[1], out_verts[2])) // Do not create triangle if the vertexes are collinear
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|
{
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||||||
|
tmp_tri = new triangle(out_verts[0], out_verts[1], out_verts[2]); // order the vertex anti-clock wise
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||||||
|
out_tris.push_back(tmp_tri);
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
if (!is_collinear(out_verts[0], out_verts[2], out_verts[3]))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
tmp_tri = new triangle(out_verts[0], out_verts[2], out_verts[3]); // order the vertex anti-clock wise
|
||||||
|
out_tris.push_back(tmp_tri);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
int now_maxi_id;
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||||||
|
double now_x, now_y, now_err;
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||||||
|
double now_maxi_err;
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|
|
||||||
|
bool removed;
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|
double dist;
|
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|
edge tmp_edge;
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|
std::vector<edge> cnst_edge;
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||||||
|
std::vector<edge>::iterator e_iter;
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|
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do // quit til the threshold is meet
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{
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|
// loop all DEM data to find the location with maximal error
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|
// this part is very time consuming. We will fix it later
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|
now_maxi_err = -1.0;
|
||||||
|
for (int i = 0; i < xnum*ynum; ++i)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
now_x = (i%xnum)*dx + xmin;
|
||||||
|
now_y = (i/xnum)*dy + ymin;
|
||||||
|
for (int e = 0; e < out_tris.size(); ++e)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (out_tris[e]->bound_location(now_x, now_y))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
now_err = fabs(out_tris[e]->interpolate(now_x, now_y) - dem[i]);
|
||||||
|
if (now_err > now_maxi_err)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
now_maxi_err = now_err;
|
||||||
|
now_maxi_id = i;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// create a new vertex
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||||||
|
now_x = (now_maxi_id%xnum)*dx + xmin;
|
||||||
|
now_y = (now_maxi_id/xnum)*dy + ymin;
|
||||||
|
tmp_vert = new vertex2dc(now_x, now_y, dem[now_maxi_id], out_verts.size());
|
||||||
|
out_verts.push_back(tmp_vert);
|
||||||
|
|
||||||
|
// determine triangles that include the point and add the triangle to the cnst_tri and remove it from out_tris
|
||||||
|
// this is also a part that could take a lot of time if we are working with a large amount of points. We will fix it later
|
||||||
|
cnst_tri.clear();
|
||||||
|
for (t_iter = out_tris.begin(); t_iter != out_tris.end(); )
|
||||||
|
{
|
||||||
|
tmp_tri = *t_iter;
|
||||||
|
dist = (tmp_tri->cx - now_x) * (tmp_tri->cx - now_x) + (tmp_tri->cy - now_y) * (tmp_tri->cy - now_y);
|
||||||
|
if ((dist - tmp_tri->cr) <= ZERO) // Points on the circumcircle are also included
|
||||||
|
{
|
||||||
|
t_iter = out_tris.erase(t_iter);
|
||||||
|
cnst_tri.push_back(tmp_tri);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else t_iter++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// loop to remove duplicate edges
|
||||||
|
cnst_edge.clear();
|
||||||
|
for (int c = 0; c < cnst_tri.size(); ++c)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (int e = 0; e < 3; ++e)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
tmp_edge.set(cnst_tri[c]->vert[e], cnst_tri[c]->vert[(e+1)%3]);
|
||||||
|
|
||||||
|
removed = false;
|
||||||
|
for (e_iter = cnst_edge.begin(); e_iter != cnst_edge.end(); )
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (tmp_edge == *e_iter) // duplicate edge, remove from cnst_edge
|
||||||
|
{
|
||||||
|
e_iter = cnst_edge.erase(e_iter);
|
||||||
|
removed = true;
|
||||||
|
break; // no need to search more
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else e_iter++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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if (!removed) // not a duplicate edge, add to the cnst_edge
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{
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cnst_edge.push_back(tmp_edge);
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}
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}
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}
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// construct new triangles and add to out_tris
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for (int c = 0; c < cnst_edge.size(); ++c)
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{
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if (!is_collinear(cnst_edge[c].vert[0], cnst_edge[c].vert[1], tmp_vert)) // Do not create triangle if the vertexes are collinear
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{
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tmp_tri = new triangle(cnst_edge[c].vert[0], cnst_edge[c].vert[1], tmp_vert); // order the vertex anti-clock wise
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out_tris.push_back(tmp_tri);
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}
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}
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// destroy memories used by cnst_edge
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for (int c = 0; c < cnst_tri.size(); ++c)
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{
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tmp_tri = cnst_tri[c];
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delete tmp_tri; tmp_tri = nullptr;
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}
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} while (now_maxi_err >= maxi_err);
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return;
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}
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#endif // _TIN_DELAUNAY_H
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9348
topo_TIN.msh
Normal file
9348
topo_TIN.msh
Normal file
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
BIN
topo_TIN.png
Normal file
BIN
topo_TIN.png
Normal file
Binary file not shown.
After Width: | Height: | Size: 612 KiB |
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