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# GCTL Tetrahedral Mesh 文档
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## 简介
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`tet_mesh.h` 定义了GCTL网格库中的四面体网格类 `tet_mesh`，用于创建和管理三维空间中的非结构化四面体网格。该类特别适用于复杂三维区域的离散化，支持任意形状的体积域。
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## 类继承
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`tet_mesh` 继承自 `base_mesh` 基类，实现了所有虚函数，并添加了四面体网格特有的功能。
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## 主要API
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### 初始化
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```cpp
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// 初始化四面体网格
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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<int4> &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, int &n3, int &n4) 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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// 获取单元体积
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double get_elem_volume(int elem_idx) const;
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// 获取单元外接球信息
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void get_elem_circumsphere(int elem_idx, // 单元索引
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double &x, double &y, double &z, // 球心坐标
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double &radius) const; // 半径
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```
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### 网格查询
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```cpp
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// 查找包含指定点的单元
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bool find_element(double x, double y, double z, // 目标点坐标
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int &elem_idx) const; // 返回单元索引
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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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// 获取边界面
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array<int3> get_boundary_faces() const;
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```
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### 网格质量评估
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```cpp
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// 获取单元质量参数
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double get_elem_quality(int elem_idx) const;
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// 获取最小二面角
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double get_elem_min_dihedral_angle(int elem_idx) const;
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// 获取最大二面角
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double get_elem_max_dihedral_angle(int elem_idx) const;
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// 获取纵横比
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double get_elem_aspect_ratio(int elem_idx) const;
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```
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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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```
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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)); // 底面三角形的顶点
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nodes.push_back(point3dc(1.0, 0.0, 0.0));
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nodes.push_back(point3dc(0.0, 1.0, 0.0));
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nodes.push_back(point3dc(0.0, 0.0, 1.0)); // 顶点
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// 创建单元连接关系
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array<int4> elements;
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elements.push_back(int4(0, 1, 2, 3)); // 一个四面体
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// 创建四面体网格
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gctl::tet_mesh mesh;
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mesh.init("volume", "3D tetrahedral mesh", nodes, elements);
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// 获取单元信息
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double volume = mesh.get_elem_volume(0); // 获取四面体的体积
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double quality = mesh.get_elem_quality(0); // 获取四面体的质量参数
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// 获取外接球信息
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double cx, cy, cz, radius;
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mesh.get_elem_circumsphere(0, cx, cy, cz, radius);
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// 查找包含特定点的单元
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int elem_idx;
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if (mesh.find_element(0.25, 0.25, 0.25, elem_idx)) {
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// 找到包含点(0.25,0.25,0.25)的四面体
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}
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// 获取边界
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array<int3> boundary = mesh.get_boundary_faces();
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// 添加数据并保存
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mesh.add_data(gctl::NodeData, gctl::Vector, "displacement",
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array<point3dc>(nodes.size(), point3dc(0,0,0)));
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mesh.save_gmsh("volume.msh", gctl::Packed);
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```
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## 注意事项
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1. 四面体网格适用于三维区域的离散化
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2. 每个单元由四个节点定义，遵循右手法则定义方向
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3. 节点和单元的编号从0开始
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4. 提供了完整的网格质量评估功能：
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- 体积
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- 二面角
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- 纵横比
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- 质量参数
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5. 支持复杂的拓扑关系查询
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6. 可以自动识别和提取边界面
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7. 支持Gmsh和二进制格式的文件操作
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8. 适用于：
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- 有限元分析
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- 计算流体动力学
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- 结构力学
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- 电磁场分析
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9. 网格质量对计算精度和收敛性有重要影响，建议：
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- 控制最小二面角不小于10度
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- 控制最大二面角不大于160度
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- 保持适当的纵横比
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</rewritten_file> |