527 lines
20 KiB
C++
527 lines
20 KiB
C++
/********************************************************
|
||
* ██████╗ ██████╗████████╗██╗
|
||
* ██╔════╝ ██╔════╝╚══██╔══╝██║
|
||
* ██║ ███╗██║ ██║ ██║
|
||
* ██║ ██║██║ ██║ ██║
|
||
* ╚██████╔╝╚██████╗ ██║ ███████╗
|
||
* ╚═════╝ ╚═════╝ ╚═╝ ╚══════╝
|
||
* Geophysical Computational Tools & Library (GCTL)
|
||
*
|
||
* Copyright (c) 2023 Yi Zhang (yizhang-geo@zju.edu.cn)
|
||
*
|
||
* GCTL is distributed under a dual licensing scheme. You can redistribute
|
||
* it and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
|
||
* License as published by the Free Software Foundation, either version 2
|
||
* of the License, or (at your option) any later version. You should have
|
||
* received a copy of the GNU Lesser General Public License along with this
|
||
* program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
|
||
*
|
||
* If the terms and conditions of the LGPL v.2. would prevent you from using
|
||
* the GCTL, please consider the option to obtain a commercial license for a
|
||
* fee. These licenses are offered by the GCTL's original author. As a rule,
|
||
* licenses are provided "as-is", unlimited in time for a one time fee. Please
|
||
* send corresponding requests to: yizhang-geo@zju.edu.cn. Please do not forget
|
||
* to include some description of your company and the realm of its activities.
|
||
* Also add information on how to contact you by electronic and paper mail.
|
||
******************************************************/
|
||
|
||
#ifndef _GCTL_MESH_IO_H
|
||
#define _GCTL_MESH_IO_H
|
||
|
||
// library's head files
|
||
#include "../core.h"
|
||
#include "../geometry.h"
|
||
#include "../utility.h"
|
||
|
||
#include "triangle_io.h"
|
||
#include "tetgen_io.h"
|
||
#include "gmsh_io.h"
|
||
#include "map"
|
||
|
||
|
||
namespace gctl
|
||
{
|
||
/**
|
||
* @brief 无效的索引缺省值。
|
||
*/
|
||
#define DEFAULT_INVALID_TAG -9999
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 网格单元体名称枚举类型。
|
||
*/
|
||
enum element_type_enum
|
||
{
|
||
NotSet,
|
||
_2NodeLine,
|
||
_3NodeTriangle,
|
||
_4NodeQuadrangle,
|
||
_4NodeTetrahedron,
|
||
_8NodeHexahedron,
|
||
_6NodePrism,
|
||
_5NodePyramid,
|
||
_3NodeSecondOrderLine,
|
||
_6NdoeSecondOrderLine,
|
||
_9NodeSecondOrderQuadrangle,
|
||
_10NodeSecondOrderTetrahedron,
|
||
_27NodeSecondOrderHexahedron,
|
||
_18NodeSecondOrderPrism,
|
||
_14NodeSecondOrderPyramid,
|
||
_1NodePoint,
|
||
_8NodeSecondOrderQuadrangle,
|
||
_20NdoeSecondOrderHexahedron,
|
||
_15NodeSecondOrderPrism,
|
||
_13NodeSecondOrderPyramid,
|
||
_9NodeThirdOrderIncompleteTriangle,
|
||
_10NdoeThirdOrderTriangle,
|
||
_12NodeFourthOrderIncompleteTriangle,
|
||
_15NodeFourthOrderTriangle,
|
||
_15NodeFifthOrderCompleteTriangle,
|
||
_21NodeFifthOrderCompleteTriangle,
|
||
_4NodeThirdOrderEdge,
|
||
_5NodeFourthOrderEdge,
|
||
_6NodeFifthOrderEdge,
|
||
_20NodeThirdOrderTetrahedron,
|
||
_35NodeFourthOrderTetrahedron,
|
||
_56NodeFifithOrderTetrahedron,
|
||
_64NodeThirdOrderHexahedron,
|
||
_125NodeFourthOrderHexahedron,
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 网格单元体标签类型枚举类型
|
||
*
|
||
*/
|
||
enum element_tag_enum
|
||
{
|
||
PhysicalTag, // 元素的物理分组标签
|
||
GeometryTag, // 元素的几何分组标签
|
||
PartitionTag, // 元素的剖分分组标签
|
||
NodeTag, // 顶点的标签（仅用于输出顶点标签数据）
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 网格单元体结构体
|
||
*
|
||
*/
|
||
struct meshio_element
|
||
{
|
||
bool enabled; // 单元体是否有效
|
||
int id; // 单元体编号
|
||
element_type_enum type; // 单元体类型
|
||
array<vertex3dc*> vert_ptrs; // 顶点指针数组
|
||
array<meshio_element*> neigh_ptrs; // 相邻单元体指针数组
|
||
|
||
meshio_element();
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 网格数据结构体
|
||
*
|
||
*/
|
||
struct meshio_data
|
||
{
|
||
bool enabled; // 数据体是否有效
|
||
mesh_data_type_e d_type; // 数据类型
|
||
array<std::string> str_tag; // 字符串类型的标签（默认为一个，即为数据的名称）
|
||
array<double> real_tag; // 实数类型的标签（默认为一个，等于0.0）
|
||
array<int> int_tag; // 整数类型的标签（最少三个，最后一个为数据的长度）
|
||
array<vertex3dc*> vert_ptrs; // 两者只能存在一个
|
||
array<meshio_element*> elem_ptrs; // 两者只能存在一个
|
||
array<double> val; // 数据值
|
||
|
||
meshio_data();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 清空数组并重置变量。
|
||
*
|
||
*/
|
||
void clear();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 检查数据体是否合规
|
||
*
|
||
*/
|
||
bool pass_check();
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 网格单元体分组结构体。
|
||
*
|
||
*/
|
||
struct meshio_element_group
|
||
{
|
||
bool enabled; // 组是否有效
|
||
element_type_enum type; // 组内单元体类型
|
||
int phys_group; // 物理分组标签
|
||
int geom_group; // 几何分组标签
|
||
int part_group; // 剖分分组标签
|
||
std::string name; // 组名
|
||
std::vector<meshio_element*> elem_ptrs; // 组内单元体指针数组
|
||
|
||
meshio_element_group();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 将组内所有单元体设置为有效状态。
|
||
*
|
||
*/
|
||
void enable_elements();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 将组内所有单元体设置为无效状态。
|
||
*
|
||
*/
|
||
void disable_elements();
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 网格读写类，这个类实现了多种数据格式的网格文件的读写操作。并具备简单的单元体操作功能。
|
||
*
|
||
*/
|
||
class mesh_io
|
||
{
|
||
public:
|
||
mesh_io();
|
||
virtual ~mesh_io();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 重置（清空）网格数据。
|
||
*
|
||
*/
|
||
void reset();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 输出网格数据信息至指定流。
|
||
*
|
||
* @param ss 指定流（默认为clog）
|
||
*/
|
||
void info(std::ostream &ss = std::clog);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 编辑网格数据状态。
|
||
*
|
||
* @param swt 使能类型（Enable或Disable）
|
||
* @param dataname 数据名称（缺省值为null，表示对所有数据进行操作）。
|
||
*/
|
||
void edit_data(switch_type_e swt, std::string dataname = "null");
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体类型编辑网格单元体组。
|
||
*
|
||
* @param swt 使能类型（Enable或Disable）
|
||
* @param e_type 单元体类型（缺省值值NotSet，表示对所有单元体组进行操作）。
|
||
*/
|
||
void edit_group(switch_type_e swt, element_type_enum e_type = NotSet);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体组名称编辑网格单元体组。
|
||
*
|
||
* @param swt 使能类型（Enable或Disable）。
|
||
* @param grp_name 单元体组名称。
|
||
*/
|
||
void edit_group(switch_type_e swt, std::string grp_name);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体组标签编辑网格单元体组。
|
||
*
|
||
* @param swt 使能类型（Enable或Disable）。
|
||
* @param tag_type 标签类型（PhysicalTag，GeometryTag或者PartitionTag）。
|
||
* @param tag 标签值。
|
||
*/
|
||
void edit_group(switch_type_e swt, element_tag_enum tag_type, int tag);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体组标签编辑网格单元体组的名称。
|
||
*
|
||
* @param anchor_type 搜索的标签类型（PhysicalTag，GeometryTag或者PartitionTag）。
|
||
* @param anchor_group 搜索的标签值。
|
||
* @param new_name 单元体组的新名称。
|
||
*/
|
||
void edit_group(element_tag_enum anchor_type, int anchor_group, std::string new_name);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体组标签搜索并编辑网格单元体组的标签。
|
||
*
|
||
* @param anchor_type 搜索的标签类型（PhysicalTag，GeometryTag或者PartitionTag）。
|
||
* @param anchor_group 搜索的标签值
|
||
* @param tar_type 更改的标签类型（PhysicalTag，GeometryTag或者PartitionTag）。
|
||
* @param tar_group 更改的标签值
|
||
*/
|
||
void edit_group(element_tag_enum anchor_type, int anchor_group, element_tag_enum tar_type, int tar_group);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 返回顶点标签数组的引用。
|
||
*
|
||
* @return 整型数组的引用。
|
||
*/
|
||
const array<int> &get_node_tag();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 返回指定类型与名称的标签值
|
||
*
|
||
* @param anchor_type 查找的标签类型（PhysicalTag，GeometryTag或者PartitionTag）。
|
||
* @param anchor_name 查找的元素组名称。
|
||
* @return 标签值
|
||
*/
|
||
int get_tag(element_tag_enum anchor_type, std::string anchor_name);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 返回所有顶点数组的引用。
|
||
*
|
||
* @return 顶点数组的引用。
|
||
*/
|
||
const array<vertex3dc> &get_nodes();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 返回所有单元体数组的引用。
|
||
*
|
||
* @return 单元体数组的引用。
|
||
*/
|
||
const array<meshio_element> &get_elems();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 返回对应类型单元体的数量（注意只会统计有效的单元体组）。
|
||
*
|
||
* @param e_type 单元体类型（缺省为NotSet，返回所有单元体类型的总和）。
|
||
* @return 整型大小。
|
||
*/
|
||
size_t element_size(element_type_enum e_type = NotSet);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 返回对应标签类型与标签值的单元体数量（注意只会统计有效的单元体组）。
|
||
*
|
||
* @param tag_type 标签类型。
|
||
* @param tag 标签值。
|
||
* @return 整型大小。
|
||
*/
|
||
size_t element_size(element_tag_enum tag_type, int tag);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 返回对应名称的单元体数量（注意只会统计有效的单元体组）。
|
||
*
|
||
* @param phys_name 单元体组名称
|
||
* @return 整型大小。
|
||
*/
|
||
size_t element_size(std::string phys_name);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 将对应标签类型转换为网格数据类型
|
||
*
|
||
* @param tag_type 标签类型。
|
||
*/
|
||
void convert_tags_to_data(element_tag_enum tag_type);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 输出对应名称的单元体组到三角形数组。
|
||
*
|
||
* @param tris 输出的三角形数组的引用。
|
||
* @param phys_name 单元体组的名称。
|
||
*/
|
||
void export_elements_to(array<triangle> &tris, std::string phys_name = "All");
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 输出对应标签类型与标签值的单元体组到三角形数组。
|
||
*
|
||
* @param tris 输出的三角形数组的引用。
|
||
* @param tag_type 标签类型。
|
||
* @param tag 标签值。
|
||
*/
|
||
void export_elements_to(array<triangle> &tris, element_tag_enum tag_type, int tag);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 输出对应名称的单元体组到四面体数组。
|
||
*
|
||
* @param tets 输出的四面体数组的引用。
|
||
* @param phys_name 单元体组的名称。
|
||
*/
|
||
void export_elements_to(array<tetrahedron> &tets, std::string phys_name = "All");
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 输出对应标签类型与标签值的单元体组到四面体数组。
|
||
*
|
||
* @param tris 输出的四面体数组的引用。
|
||
* @param tag_type 标签类型。
|
||
* @param tag 标签值。
|
||
*/
|
||
void export_elements_to(array<tetrahedron> &tets, element_tag_enum tag_type, int tag);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取gmsh格式分组表
|
||
*
|
||
* @param g_groups gmsh格式表
|
||
*/
|
||
void get_gmsh_physical_groups(std::vector<gmsh_physical_group> &g_groups);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 检查是否存在名为name的数据
|
||
*
|
||
* @param name 数据名称
|
||
* @param type 数据类型
|
||
*
|
||
* @return 存在则返回数据索引，不存在则返回-1。
|
||
*/
|
||
int if_saved_data(std::string name, mesh_data_type_e type);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取数据对象的引用
|
||
*
|
||
* @param name 数据名称
|
||
* @param type 数据类型
|
||
* @return 数据引用
|
||
*/
|
||
meshio_data &get_data(std::string name, mesh_data_type_e type);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取数据对象的指针
|
||
*
|
||
* @param name 数据名称
|
||
* @param type 数据类型
|
||
* @return 数据指针
|
||
*/
|
||
meshio_data *get_data_ptr(std::string name, mesh_data_type_e type);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 添加一个顶点数据对象。数据将依次添加到所有顶点位置。
|
||
*
|
||
* @note 若对应名称的数据已经存在则会覆盖
|
||
*
|
||
* @param data 输入的数据数组，长度与网格所有顶点数据相同。
|
||
* @param name 新建的数据名称。
|
||
*/
|
||
void add_node_data(std::string name, const array<double> &data);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 添加一个顶点数据对象。数据将依次添加到布尔为真的顶点位置。
|
||
*
|
||
* @note 若对应名称的数据已经存在则会覆盖
|
||
*
|
||
* @param data 输入的数据数组，长度与网格所有顶点数据相同。
|
||
* @param boolen 输入的布尔，只有为真元素位置的顶点数据将被保存。
|
||
* @param name 新建的数据名称。
|
||
*/
|
||
void add_node_data(std::string name, const array<double> &data, const array<bool> &boolen);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体类型筛选创建一个单元体数据对象。数据将依次添加到所选元素位置。
|
||
*
|
||
* @note 若对应名称的数据已经存在则会覆盖
|
||
*
|
||
* @param data 输入的数据数组。
|
||
* @param name 新建数据名称。
|
||
* @param e_type 新建数据的单元体类型（缺省值为NotSet，表示选择所有有效的单元体）。
|
||
*/
|
||
void add_element_data(std::string name, const array<double> &data, element_type_enum e_type = NotSet);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体标签值筛选创建一个单元体数据对象。
|
||
*
|
||
* @note 若对应名称的数据已经存在则会追加
|
||
*
|
||
* @param data 输入的数据数组。
|
||
* @param name 新建数据名称。
|
||
* @param tag_type 标签类型。
|
||
* @param tag 标签值。
|
||
*/
|
||
void add_element_data(std::string name, const array<double> &data, element_tag_enum tag_type, int tag);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体组的名称筛选创建一个单元体数据对象。
|
||
*
|
||
* @note 若对应名称的数据已经存在则会追加
|
||
*
|
||
* @param data 输入的数据数组。
|
||
* @param name 新建数据名称。
|
||
* @param phys_name 单元体组的名称。
|
||
*/
|
||
void add_element_data(std::string name, std::string phys_name, const array<double> &data);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 按单元体组的名称筛选创建一个单元体数据对象。
|
||
*
|
||
* @note 若对应名称的数据已经存在则会追加
|
||
*
|
||
* @param phys_val 数据初始值
|
||
* @param name 新建数据名称。
|
||
* @param phys_name 单元体组的名称。
|
||
*/
|
||
void add_element_data(std::string name, std::string phys_name, double phys_val);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 读入triangle软件输出的网格剖分文件。
|
||
*
|
||
* @param filename 文件名（.node和.ele文件必须在同一路径下，.neigh文件不是必须的，文件名不包含后缀名）。
|
||
* @param is_packed 输入文件的索引值是否从0开始。
|
||
*/
|
||
void read_triangle_ascii(std::string filename, index_packed_e is_packed = Packed);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 读入tetgen软件输出的网格剖分文件。
|
||
*
|
||
* @param filename 文件名（.node和.ele文件必须在同一路径下，.neigh文件不是必须的，文件名不包含后缀名）。
|
||
* @param is_packed 输入文件的索引值是否从0开始。
|
||
*/
|
||
void read_tetgen_ascii(std::string filename, index_packed_e is_packed = Packed);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 读入Gmsh软件输出的网格剖分文件（只支持v2.2的ASCII文件）。
|
||
*
|
||
* @param filename 文件名
|
||
* @param is_packed 输入文件的索引值是否从0开始。
|
||
*/
|
||
void read_gmsh_v2_ascii(std::string filename, index_packed_e is_packed = NotPacked);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 保存Gmsh软件格式的网格剖分文件（只支持v2.2的ASCII文件）。
|
||
*
|
||
* @param filename 文件名
|
||
* @param is_packed 输入文件的索引值是否从0开始。
|
||
*/
|
||
void save_gmsh_v2_ascii(std::string filename, index_packed_e is_packed = NotPacked);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 保存Paraview软件格式的网格剖分文件
|
||
*
|
||
* @param filename 文件名
|
||
*/
|
||
void save_vtk_legacy_ascii(std::string filename);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 导出数据到点云文件
|
||
*
|
||
* @param filename 输出文件名
|
||
* @param dataname 数据名称
|
||
* @param out_coor 数据的坐标系（Cartesian或Spherical）
|
||
* @param refr 参考椭球的短半径（out_coor为Cartesian时无效）
|
||
* @param refR 参考椭球的长半径（out_coor为Cartesian时无效）
|
||
*/
|
||
void save_data_to_xyz(std::string filename, std::string dataname = "null", coordinate_system_e out_coor = Cartesian, double refr = GCTL_Earth_Radius, double refR = GCTL_Earth_Radius);
|
||
|
||
protected:
|
||
bool initialized_; // 类型是否已经初始化完成
|
||
|
||
// 有效的顶点、单元体和单元体组的数量
|
||
size_t valid_node_size_, valid_elem_size_, valid_group_size_;
|
||
array<vertex3dc> nodes_; // 网格顶点 当顶点索引为无效值时将不会被输出
|
||
array<meshio_element> elems_; // 网格元素
|
||
std::vector<meshio_data> datas_; // 网格数据
|
||
std::vector<meshio_element_group> groups_; // 网格单元体组
|
||
array<int> nodes_tag_; // 顶点标签
|
||
|
||
element_type_enum elem_gmshcode2type_[94]; // gmsh的单元体类型数组 数组索引为gmsh的单元体类型码值
|
||
element_type_enum elem_vtkcode2type_[14]; // vtk的单元体类型数组 数组索引为vtk的单元体类型码值
|
||
std::map<element_type_enum, int> elem_type2gmshcode_; // 单元体类型到gmsh类型码值的映射
|
||
std::map<element_type_enum, int> elem_type2vtkcode_; // 单元体类型到vtk类型码值的映射
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||
std::map<element_type_enum, int> elem_type2size_; // 单元体类型到单元体顶点数量的映射
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std::map<element_type_enum, std::string> elem_type2name_; // 单元体类型到单元体名称的映射
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std::string elem_name(element_type_enum e_type); // 获取单元体名称字符串
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int elem_gmsh_code(element_type_enum e_type); // 获取单元体gmsh类型码值
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int elem_vtk_code(element_type_enum e_type); // 获取单元体vtk类型码值
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int elem_size(element_type_enum e_type); // 获取单元体顶点数量
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element_type_enum elem_gmsh_type(int code); // 获取对应gmsh类型码的单元体类型
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element_type_enum elem_vtk_type(int code); // 获取对应vtk类型码的单元体类型
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void update_indexing(); // 更新索引（对网格的元素进行操作后需调用）
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void sort_groups(); // 对单元体组进行梳理（对网格的元素进行操作后需调用）
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};
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}
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#endif // _GCTL_MESH_IO_H
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