354 lines
14 KiB
C++
354 lines
14 KiB
C++
/********************************************************
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* ██████╗ ██████╗████████╗██╗
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* ██╔════╝ ██╔════╝╚══██╔══╝██║
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* ██║ ███╗██║ ██║ ██║
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* ██║ ██║██║ ██║ ██║
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* ╚██████╔╝╚██████╗ ██║ ███████╗
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* ╚═════╝ ╚═════╝ ╚═╝ ╚══════╝
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||
* Geophysical Computational Tools & Library (GCTL)
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*
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||
* Copyright (c) 2023 Yi Zhang (yizhang-geo@zju.edu.cn)
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* GCTL is distributed under a dual licensing scheme. You can redistribute
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* it and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
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||
* License as published by the Free Software Foundation, either version 2
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||
* of the License, or (at your option) any later version. You should have
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* received a copy of the GNU Lesser General Public License along with this
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* program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
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*
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* If the terms and conditions of the LGPL v.2. would prevent you from using
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* the GCTL, please consider the option to obtain a commercial license for a
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* fee. These licenses are offered by the GCTL's original author. As a rule,
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* licenses are provided "as-is", unlimited in time for a one time fee. Please
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* send corresponding requests to: yizhang-geo@zju.edu.cn. Please do not forget
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* to include some description of your company and the realm of its activities.
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* Also add information on how to contact you by electronic and paper mail.
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#ifndef _GCTL_GEOMETRY3D_H
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||
#define _GCTL_GEOMETRY3D_H
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#include "../poly/triangle.h"
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#include "../poly/tetrahedron.h"
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#include "gmath.h"
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namespace gctl
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{
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namespace geometry3d
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||
{
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/**
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||
* @brief 两个矢量以坐标原点为顶点的夹角（弧度）
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||
*
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||
* @param[in] a 三维空间内的一个向量或实点a。
|
||
* @param[in] b 三维空间内的一个向量或实点b。
|
||
*
|
||
* @return 两个矢量之间的夹角。
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||
*/
|
||
double angle(const point3dc &a, const point3dc &b);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算三角形的面积
|
||
*
|
||
* @param a 三维空间内的一个实点a
|
||
* @param b 三维空间内的一个实点b
|
||
* @param c 三维空间内的一个实点c
|
||
* @return double 面积
|
||
*/
|
||
double triangle_area(const point3dc &a, const point3dc &b, const point3dc &c);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算四面体的体积
|
||
*
|
||
* @param a 三维空间内的一个实点a
|
||
* @param b 三维空间内的一个实点b
|
||
* @param c 三维空间内的一个实点c
|
||
* @param d 三维空间内的一个实点d
|
||
* @return double 体积
|
||
*/
|
||
double tetrahedron_volume(const point3dc &a, const point3dc &b, const point3dc &c, const point3dc &d);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 点到线段的距离
|
||
*
|
||
* @param[in] line_start 线段的起点
|
||
* @param[in] line_end 线段的终点
|
||
* @param[in] dot 线段外的一个点
|
||
*
|
||
* @return 点到线段的距离
|
||
*/
|
||
double dot2line(const point3dc &line_start, const point3dc &line_end, const point3dc &dot);
|
||
/**
|
||
* @brief 点在直线上的投影
|
||
*
|
||
* @param[in] line_start 线段的起点
|
||
* @param[in] line_end 线段的终点
|
||
* @param[in] dot 线段外的一个点
|
||
*
|
||
* @return 点在直线上的投影
|
||
*/
|
||
point3dc dot_on_line(const point3dc &line_start, const point3dc &line_end, const point3dc &dot);
|
||
/**
|
||
* @brief 点到平面的距离。
|
||
*
|
||
* @param[in] c 平面上的一个点
|
||
* @param[in] n 平面的单位外法线矢量
|
||
* @param[in] d 平面外的一点
|
||
*
|
||
* @return 平面外的点到平面的距离
|
||
*/
|
||
double dot2plane(const point3dc &c, const point3dc &n, const point3dc &d);
|
||
/**
|
||
* @brief Calculate the coefficients of a 3D plane using coordinates of three points on the plane.
|
||
* The plane's equation is given as Ax + By + Cz + D = 0
|
||
*
|
||
* @param x1 x coordinate of the first point
|
||
* @param x2 x coordinate of the second point
|
||
* @param x3 x coordinate of the third point
|
||
* @param y1 y coordinate of the first point
|
||
* @param y2 y coordinate of the second point
|
||
* @param y3 y coordinate of the third point
|
||
* @param z1 z coordinate of the first point
|
||
* @param z2 z coordinate of the second point
|
||
* @param z3 z coordinate of the third point
|
||
* @param A coefficient A
|
||
* @param B coefficient B
|
||
* @param C coefficient C
|
||
* @param D coefficient D
|
||
*/
|
||
void get_plane_coeff(double x1, double x2, double x3, double y1, double y2, double y3,
|
||
double z1, double z2, double z3, double &A, double &B, double &C, double &D);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief Calculate the coefficients of a 3D plane defined by two points on a sphercial surface and the origin.
|
||
* The plane's equation is given as Ax + By + Cz + D = 0
|
||
*
|
||
* @param p1 point 1 on the spherical surface.
|
||
* @param p2 point 2 on the spherical surface.
|
||
* @param A coefficient A
|
||
* @param B coefficient B
|
||
* @param C coefficient C
|
||
* @param D coefficient D
|
||
*/
|
||
void get_plane_coeff(const point3ds &p1, const point3ds &p2, double &A, double &B, double &C, double &D);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 计算直线与平面的交点。
|
||
*
|
||
* @param[in] face_p 平面上的一个点。
|
||
* @param[in] face_nor 平面的单位外法线矢量。
|
||
* @param[in] line_p 直线上的一个点。
|
||
* @param[in] line_nor 直线的单位方向矢量。
|
||
*
|
||
* @return 返回的矢量。
|
||
*/
|
||
point3dc line_on_plane(const point3dc &face_p, const point3dc &face_nor,
|
||
const point3dc &line_p, const point3dc &line_nor);
|
||
/**
|
||
* @brief 计算球面上两点之间大圆弧（劣弧）上的任意一点，给定计算点与起点的夹角可以获得其坐标。
|
||
*
|
||
* @param[in] v1 起点
|
||
* @param[in] v2 终点
|
||
* @param[in] arc 计算点与起点之间的夹角(弧度)
|
||
*
|
||
* @return 返回计算点坐标
|
||
*/
|
||
point3ds track_sphere_arc(const point3ds &v1, const point3ds &v2, double arc);
|
||
/**
|
||
* @brief 点在平面上的投影
|
||
*
|
||
* @param[in] face_dot 平面上一点
|
||
* @param[in] face_nor 平面的法向量
|
||
* @param[in] dot 平面外一点
|
||
*
|
||
* @return 平面外一点在平面上的投影点
|
||
*/
|
||
point3dc dot_on_plane(const point3dc &face_dot, const point3dc &face_nor, const point3dc &dot);
|
||
/**
|
||
* @brief 距离平方反比形式的三角形内插值函数
|
||
*
|
||
* @param[in] p 待插值点坐标
|
||
* @param[in] p1 三角形顶点坐标1
|
||
* @param[in] p2 三角形顶点坐标2
|
||
* @param[in] p3 三角形顶点坐标3
|
||
* @param[in] d1 顶点1的值
|
||
* @param[in] d2 顶点2的值
|
||
* @param[in] d3 顶点3的值
|
||
*
|
||
* @return 插值点的值
|
||
*/
|
||
double tri_interp_dis(const point3dc &p, const point3dc &p1, const point3dc &p2,
|
||
const point3dc &p3, double d1, double d2, double d3);
|
||
/**
|
||
* @brief 球心角平方反比形式的三角形内插值函数
|
||
*
|
||
* @param[in] p 待插值点坐标
|
||
* @param[in] p1 三角形顶点坐标1
|
||
* @param[in] p2 三角形顶点坐标2
|
||
* @param[in] p3 三角形顶点坐标3
|
||
* @param[in] d1 顶点1的值
|
||
* @param[in] d2 顶点2的值
|
||
* @param[in] d3 顶点3的值
|
||
*
|
||
* @return 插值点的值
|
||
*/
|
||
double tri_interp_ang(const point3dc &p, const point3dc &p1, const point3dc &p2,
|
||
const point3dc &p3, double d1, double d2, double d3);
|
||
/**
|
||
* @brief 细分三角形面积比形式的三角形内插值函数
|
||
*
|
||
* @param[in] p 待插值点坐标
|
||
* @param[in] p1 三角形顶点坐标1
|
||
* @param[in] p2 三角形顶点坐标2
|
||
* @param[in] p3 三角形顶点坐标3
|
||
* @param[in] d1 顶点1的值
|
||
* @param[in] d2 顶点2的值
|
||
* @param[in] d3 顶点3的值
|
||
*
|
||
* @return 插值点的值
|
||
*/
|
||
double tri_interp_area(const point3dc &p, const point3dc &p1, const point3dc &p2,
|
||
const point3dc &p3, double d1, double d2, double d3);
|
||
/**
|
||
* @brief 距离平方反比形式的三角形内插值函数
|
||
*
|
||
* @param[in] p 待插值点坐标
|
||
* @param[in] p1 三角形顶点坐标1
|
||
* @param[in] p2 三角形顶点坐标2
|
||
* @param[in] p3 三角形顶点坐标3
|
||
* @param[in] p4 三角形顶点坐标4
|
||
* @param[in] d1 顶点1的值
|
||
* @param[in] d2 顶点2的值
|
||
* @param[in] d3 顶点3的值
|
||
* @param[in] d4 顶点4的值
|
||
*
|
||
* @return 插值点的值
|
||
*/
|
||
double tet_interp_dis(const point3dc &p, const point3dc &p1, const point3dc &p2,
|
||
const point3dc &p3, const point3dc &p4, double d1, double d2, double d3, double d4);
|
||
/**
|
||
* @brief 球坐标转直角坐标
|
||
*
|
||
* @param[in] sp_ptr 球坐标点的指针
|
||
* @param cp_ptr 直角坐标点的指针
|
||
*
|
||
* @return 执行是否成功
|
||
*/
|
||
int sph2car(const point3ds *sp_ptr, point3dc *cp_ptr);
|
||
/**
|
||
* @brief 直角坐标转球坐标
|
||
*
|
||
* @param[in] cp_ptr 直角坐标点的指针
|
||
* @param sp_ptr 球坐标点的指针
|
||
*
|
||
* @return 执行是否成功
|
||
*/
|
||
int car2sph(const point3dc *cp_ptr, point3ds *sp_ptr);
|
||
/**
|
||
* @brief 椭球坐标转直角坐标
|
||
*
|
||
* @param lon 经度
|
||
* @param lat 维度
|
||
* @param r 短半径
|
||
* @param R 长半径
|
||
* @return point3dc 直角坐标系点
|
||
*/
|
||
point3dc ellip2car(double lon, double lat, double r, double R);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 判断射线是否过三角形 在order_triangular_surface中调用
|
||
*
|
||
* @param[in] origin 射线的起点
|
||
* @param[in] direct 射线的方向
|
||
* @param[in] tri_facet 待检测的三角形
|
||
* @param[in] active_edge 长度为3的数组。表示对应三角形的边是否为激活的状态（激活表示如果射线与此边相交也算与三角形相交）
|
||
* @param[in] cutoff_limit 计算叉乘的零值精度，小于此值即认为是0
|
||
* @param[in] cross_loc 返回交点的位置
|
||
*
|
||
* @return 是否在三角形内
|
||
*/
|
||
bool crossed_tri_facet(const point3dc &origin, const point3dc &direct, const triangle &tri_facet,
|
||
const bool *active_edge, double cutoff_limit = 1e-10, point3dc *cross_loc = nullptr);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 监测点t1与t2是否在点p1，p2与p3构成的平面的同一侧
|
||
*
|
||
* @param p1 平面上一点
|
||
* @param p2 平面上一点
|
||
* @param p3 平面上一点
|
||
* @param t1 待检测点
|
||
* @param t2 待检测点
|
||
* @return true 在同一侧
|
||
* @return false 不在同一侧
|
||
*/
|
||
bool same_side(const point3dc &p1, const point3dc &p2, const point3dc &p3, const point3dc &t1, const point3dc &t2);
|
||
/**
|
||
* @brief 判断一个点是否在四面体内
|
||
*
|
||
* 注意点落在四面体的顶点，边或者面上也算是在四面体内
|
||
*
|
||
* @param test_p 待检测点
|
||
* @param p1 第一个点
|
||
* @param p2 第二个点
|
||
* @param p3 第三个点
|
||
* @param p4 第四个点
|
||
*
|
||
* @return 是否在四面体内
|
||
*/
|
||
bool node_in_tetrahedron(const point3dc &p1, const point3dc &p2,
|
||
const point3dc &p3, const point3dc &p4, const point3dc &test_p);
|
||
/**
|
||
* @brief 对多面体表面的三角形的顶点进行排序，保证所有三角形顶点都是逆时针排序的
|
||
*
|
||
* @param poly_tri_ptr Pointer of the triangle array
|
||
*
|
||
* @return status of the function
|
||
*/
|
||
void order_triangular_surface(array<triangle> &poly_tri, double cutoff_limit = 1e-10);
|
||
/**
|
||
* @brief 获取四面体网络中的公共面及公共面两侧的四面体指针
|
||
*
|
||
* @param[in] ele 四面体网络的元素数组
|
||
* @param out_face 返回的公共三角形列表数组
|
||
* @param out_neigh_ptr 返回的公共三角形两侧邻接四面体的指针数组的指针，
|
||
* 若指针不为空则返回邻接四面体指针数组。否则不计算此数组。
|
||
*/
|
||
void get_tetra_mesh_common_faces(const array<tetrahedron> &ele, array<triangle> &out_face,
|
||
array<tetrahedron*> *out_neigh_ptr = nullptr);
|
||
/**
|
||
* @brief 计算四面体网络的顶点数量
|
||
*
|
||
*/
|
||
size_t sort_node_number(const array<tetrahedron> &ele);
|
||
/**
|
||
* @brief 计算四面体网络中与顶点相连的四面体的指针列表
|
||
*
|
||
* @param[in] ele 四面体数组
|
||
* @param neigh_list 返回的四面体指针列表
|
||
* @param node_nump 四面体数组内顶点个数的指针
|
||
*/
|
||
void sort_node_neighbor(const array<tetrahedron> &ele, std::vector<std::vector<tetrahedron*> > &neigh_list, size_t *node_nump = nullptr);
|
||
/**
|
||
* @brief 计算四面体网络内的各个四面体之间的相邻关系
|
||
*
|
||
* @param ele 四面体数组
|
||
* @param node_nump 四面体数组内顶点个数的指针
|
||
*/
|
||
void sort_tet_neighbor(array<tetrahedron> &ele, size_t *node_nump = nullptr);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 使用平面切割三角网络
|
||
*
|
||
* @note 平面法线正方向的三角网络将被保留
|
||
*
|
||
* @param[in] in_eles 输入的三维三角形数组（一般为成片的三角网）
|
||
* @param[in] nor 平面的法线方向
|
||
* @param[in] surf 平面上的一点
|
||
* @param out_nodes 切割后的新网络顶点集
|
||
* @param out_eles 切割后的新网络三角形元素集
|
||
*/
|
||
void cut_triangular_mesh(const array<triangle> &in_eles, const point3dc &nor, const point3dc &surf,
|
||
array<vertex3dc> &out_nodes, array<triangle> &out_eles);
|
||
}
|
||
};
|
||
|
||
#endif // _GCTL_GEOMETRY3D_H
|