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# GCTL Linear Mesh 3D 文档
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## 简介
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`linear_mesh_3d.h` 定义了GCTL网格库中的三维线性网格类 `linear_mesh_3d`，用于创建和管理三维空间中的非结构化线性网格。该类支持不规则分布的网格点，适用于复杂三维几何结构中的线性特征离散化。
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## 类继承
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`linear_mesh_3d` 继承自 `base_mesh` 基类，实现了所有虚函数，并添加了三维线性网格特有的功能。
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## 主要API
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### 初始化
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```cpp
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// 初始化三维线性网格
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void init(std::string name, // 网格名称
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std::string info, // 网格信息
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const array<point3dc> &nodes, // 节点坐标数组
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const array<int2> &elements); // 单元连接关系数组
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```
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### 网格信息
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```cpp
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// 获取节点坐标
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void get_node_coord(int node_idx, // 节点索引
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double &x, double &y, double &z) const;
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// 获取单元节点索引
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void get_elem_nodes(int elem_idx, // 单元索引
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int &n1, int &n2) const;
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// 获取单元中心坐标
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void get_elem_center(int elem_idx, // 单元索引
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double &x, double &y, double &z) const;
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// 获取单元长度
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double get_elem_length(int elem_idx) const;
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// 获取单元方向向量
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void get_elem_direction(int elem_idx, // 单元索引
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double &dx, double &dy, double &dz) const;
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### 网格查询
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```cpp
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// 查找最近的单元
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bool find_nearest_element(double x, double y, double z, // 目标点坐标
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int &elem_idx, // 返回单元索引
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double &distance) const; // 返回最短距离
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// 获取节点相邻的单元
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array<int> get_node_elements(int node_idx) const;
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// 获取单元相邻的单元
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array<int> get_elem_neighbors(int elem_idx) const;
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### 文件操作
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```cpp
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// 保存为Gmsh格式
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virtual void save_gmsh(std::string filename,
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index_packed_e packed = Packed) override;
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// 保存为二进制格式
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virtual void save_binary(std::string filename) override;
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// 读取二进制格式
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virtual void load_binary(std::string filename) override;
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## 使用示例
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```cpp
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// 创建节点坐标数组
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array<point3dc> nodes;
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nodes.push_back(point3dc(0.0, 0.0, 0.0));
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nodes.push_back(point3dc(1.0, 0.0, 0.0));
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nodes.push_back(point3dc(1.0, 1.0, 1.0));
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nodes.push_back(point3dc(0.0, 1.0, 1.0));
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// 创建单元连接关系
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array<int2> elements;
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elements.push_back(int2(0, 1)); // 第一条边
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elements.push_back(int2(1, 2)); // 第二条边
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elements.push_back(int2(2, 3)); // 第三条边
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// 创建线性网格
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gctl::linear_mesh_3d mesh3d;
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mesh3d.init("curve3d", "3D curve mesh", nodes, elements);
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// 获取单元信息
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double length = mesh3d.get_elem_length(0); // 获取第一条边的长度
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// 获取单元方向
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double dx, dy, dz;
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mesh3d.get_elem_direction(0, dx, dy, dz); // 获取第一条边的方向向量
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// 查找最近的单元
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int elem_idx;
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double distance;
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if (mesh3d.find_nearest_element(0.5, 0.5, 0.5, elem_idx, distance)) {
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// 找到距离点(0.5,0.5,0.5)最近的单元
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}
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// 添加数据并保存
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mesh3d.add_data(gctl::NodeData, gctl::Vector, "displacement",
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array<point3dc>(nodes.size(), point3dc(0,0,0)));
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mesh3d.save_gmsh("curve3d.msh", gctl::Packed);
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## 注意事项
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1. 线性网格主要用于表示一维结构（如曲线、管线）在三维空间中的分布
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2. 每个单元由两个节点定义，表示一条空间线段
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3. 节点和单元的编号从0开始
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4. 支持不规则分布的节点，适合复杂三维曲线的离散化
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5. 提供了网格拓扑关系查询功能
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6. 支持计算单元的方向向量，便于处理定向问题
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7. 查找最近单元功能适用于路径规划和碰撞检测
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8. 支持Gmsh和二进制格式的文件操作
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9. 适用于输电线路、管道系统、裂缝网络等模拟
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