mirror of
https://github.com/NGSolve/netgen.git
synced 2024-12-25 05:20:34 +05:00
2d boundary layers
This commit is contained in:
Matthias Hochsteger
parent
c77da32463
commit
98770dbf94
@ -1,5 +1,8 @@
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#include <mystdlib.h>
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#include <mystdlib.h>
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#include "meshing.hpp"
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#include "meshing.hpp"
|
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#include "meshing2.hpp"
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#include "global.hpp"
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#include "../geom2d/csg2d.hpp"
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namespace netgen
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namespace netgen
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{
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{
|
||||||
@ -625,4 +628,586 @@ namespace netgen
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mesh.GetFaceDescriptor(i).SetDomainIn(new_mat_nr);
|
mesh.GetFaceDescriptor(i).SetDomainIn(new_mat_nr);
|
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}
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}
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}
|
}
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void AddDirection( Vec<3> & a, Vec<3> b )
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{
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if(a.Length2()==0.)
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{
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a = b;
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return;
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}
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if(b.Length2()==0.)
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return;
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auto ab = a * b;
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if(fabs(ab)>1-1e-8)
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return;
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Mat<2> m;
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m(0,0) = a[0];
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m(0,1) = a[1];
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m(1,0) = b[0];
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|
m(1,1) = b[1];
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Vec<2> lam;
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Vec<2> rhs;
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rhs[0] = a[0]-b[0];
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|
rhs[1] = a[1]-b[1];
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const auto Dot = [](Vec<3> a, Vec<3> b)
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{ return a[0]*b[0] + a[1]*b[1] + a[2]*b[2]; };
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rhs[0] = Dot(a,a);
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|
rhs[1] = Dot(b,b);
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m.Solve(rhs, lam);
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a[0] = lam[0];
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a[1] = lam[1];
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|
a[2] = 0.0;
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return;
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}
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static void Generate2dMesh( Mesh & mesh, int domain )
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{
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Box<3> box{Box<3>::EMPTY_BOX};
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for(const auto & seg : mesh.LineSegments())
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if (seg.si == domain)
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for (auto pi : {seg[0], seg[1]})
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box.Add(mesh[pi]);
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MeshingParameters mp;
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Meshing2 meshing (*mesh.GetGeometry(), mp, box);
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Array<PointIndex, PointIndex> compress(mesh.GetNP());
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compress = PointIndex::INVALID;
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PointIndex cnt = PointIndex::BASE;
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for(const auto & seg : mesh.LineSegments())
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if (seg.si == domain)
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for (auto pi : {seg[0], seg[1]})
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|
if (compress[pi]==PointIndex{PointIndex::INVALID})
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{
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meshing.AddPoint(mesh[pi], pi);
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|
compress[pi] = cnt++;
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}
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PointGeomInfo gi;
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gi.trignum = domain;
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for(const auto & seg : mesh.LineSegments())
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|
if (seg.si == domain)
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|
meshing.AddBoundaryElement (compress[seg[0]], compress[seg[1]], gi, gi);
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auto oldnf = mesh.GetNSE();
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|
auto res = meshing.GenerateMesh (mesh, mp, mp.maxh, domain);
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for (SurfaceElementIndex sei : Range(oldnf, mesh.GetNSE()))
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|
mesh[sei].SetIndex (domain);
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int hsteps = mp.optsteps2d;
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const char * optstr = mp.optimize2d.c_str();
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MeshOptimize2d meshopt(mesh);
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meshopt.SetFaceIndex(domain);
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|
meshopt.SetMetricWeight (mp.elsizeweight);
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for (size_t j = 1; j <= strlen(optstr); j++)
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{
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|
switch (optstr[j-1])
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|
{
|
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|
case 's':
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|
{ // topological swap
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||||||
|
meshopt.EdgeSwapping (0);
|
||||||
|
break;
|
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|
}
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||||||
|
case 'S':
|
||||||
|
{ // metric swap
|
||||||
|
meshopt.EdgeSwapping (1);
|
||||||
|
break;
|
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|
}
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||||||
|
case 'm':
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|
{
|
||||||
|
meshopt.ImproveMesh(mp);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
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|
case 'c':
|
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|
{
|
||||||
|
meshopt.CombineImprove();
|
||||||
|
break;
|
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|
}
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|
default:
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|
cerr << "Optimization code " << optstr[j-1] << " not defined" << endl;
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}
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|
}
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|
mesh.Compress();
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|
mesh.OrderElements();
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mesh.SetNextMajorTimeStamp();
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|
}
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void GenerateBoundaryLayer2 (Mesh & mesh, int domain, const Array<int> & boundaries, const Array<double> & thicknesses)
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{
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int np = mesh.GetNP();
|
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|
int nseg = mesh.GetNSeg();
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|
int ne = mesh.GetNSE();
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|
mesh.UpdateTopology();
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|
double total_thickness = 0.0;
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|
for(auto thickness : thicknesses)
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|
total_thickness += thickness;
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|
Array<Array<PointIndex>, PointIndex> mapto(np);
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// Bit array to keep track of segments already processed
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|
BitArray segs_done(nseg);
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|
segs_done.Clear();
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|
// map for all segments with same points
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|
// points to pair of SegmentIndex, int
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|
// int is type of other segment, either:
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|
// TODO: recognize "end points" of boundary layer and implement closure properly
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||||||
|
Array<Array<pair<SegmentIndex, int>>, SegmentIndex> segmap(mesh.GetNSeg());
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|
// moved segments
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|
Array<SegmentIndex> moved_segs;
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|
Array<Vec<3>, PointIndex> growthvectors(np);
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|
growthvectors = 0.;
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|
auto & meshtopo = mesh.GetTopology();
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|
Array<SurfaceElementIndex, SegmentIndex> seg2surfel(mesh.GetNSeg());
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|
seg2surfel = -1;
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|
NgArray<SurfaceElementIndex> temp_els;
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|
for(auto si : Range(mesh.LineSegments()))
|
||||||
|
{
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||||||
|
meshtopo.GetSegmentSurfaceElements ( si+1, temp_els );
|
||||||
|
// NgArray<int> surfeledges;
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||||||
|
// meshtopo.GetSurfaceElementEdges(si+1, surfeledges);
|
||||||
|
for(auto seli : temp_els)
|
||||||
|
if(mesh[seli].GetIndex() == mesh[si].si)
|
||||||
|
seg2surfel[si] = seli;
|
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|
}
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|
Array<SegmentIndex> segments;
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|
// surface index map
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|
Array<int> si_map(mesh.GetNFD()+1);
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|
si_map = -1;
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|
int fd_old = mesh.GetNFD();
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|
int max_edge_nr = -1;
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|
int max_domain = -1;
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|
for(const auto& seg : mesh.LineSegments())
|
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|
{
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||||||
|
if(seg.epgeominfo[0].edgenr > max_edge_nr)
|
||||||
|
max_edge_nr = seg.epgeominfo[0].edgenr;
|
||||||
|
if(seg.si > max_domain)
|
||||||
|
max_domain = seg.si;
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|
}
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|
BitArray active_boundaries(max_edge_nr+1);
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|
BitArray active_segments(nseg);
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|
active_boundaries.Clear();
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|
active_segments.Clear();
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|
if(boundaries.Size() == 0)
|
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|
active_boundaries.Set();
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|
else
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for(auto edgenr : boundaries)
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|
active_boundaries.SetBit(edgenr);
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|
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|
for(auto segi : Range(mesh.LineSegments()))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
const auto seg = mesh[segi];
|
||||||
|
if(active_boundaries.Test(seg.epgeominfo[0].edgenr) && seg.si==domain)
|
||||||
|
active_segments.SetBit(segi);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for(auto segi : Range(mesh.LineSegments()))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
const auto& seg = mesh[segi];
|
||||||
|
auto si = seg.si;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(si_map[si]!=-1)
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(!active_segments.Test(segi))
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
|
||||||
|
int new_si = mesh.GetNFD()+1;
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||||||
|
FaceDescriptor new_fd(-1, 0, 0, -1);
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||||||
|
new_fd.SetBCProperty(new_si);
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||||||
|
mesh.AddFaceDescriptor(new_fd);
|
||||||
|
si_map[si] = new_si;
|
||||||
|
mesh.SetBCName(new_si-1, "mapped_" + mesh.GetBCName(si-1));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for(auto si : Range(mesh.LineSegments()))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(segs_done[si]) continue;
|
||||||
|
segs_done.SetBit(si);
|
||||||
|
const auto& segi = mesh[si];
|
||||||
|
if(si_map[segi.si] == -1) continue;
|
||||||
|
if(!active_boundaries.Test(segi.epgeominfo[0].edgenr))
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
segmap[si].Append(make_pair(si, 0));
|
||||||
|
moved_segs.Append(si);
|
||||||
|
for(auto sj : Range(mesh.LineSegments()))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(segs_done.Test(sj)) continue;
|
||||||
|
const auto& segj = mesh[sj];
|
||||||
|
if((segi[0] == segj[0] && segi[1] == segj[1]) ||
|
||||||
|
(segi[0] == segj[1] && segi[1] == segj[0]))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
segs_done.SetBit(sj);
|
||||||
|
int type = 0;
|
||||||
|
segmap[si].Append(make_pair(sj, type));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
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|
// calculate growth vectors (average normal vectors of adjacent segments at each point)
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for (auto si : moved_segs)
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|
{
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|
auto & seg = mesh[si];
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||||||
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||||||
|
meshtopo.GetSegmentSurfaceElements ( si+1, temp_els );
|
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|
ArrayMem<int, 10> seg_domains;
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|
|
||||||
|
temp_els.SetSize(0);
|
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|
if(seg2surfel[si]!=-1)
|
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|
temp_els.Append(seg2surfel[si]);
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||||||
|
|
||||||
|
int n_temp_els = temp_els.Size();
|
||||||
|
if(n_temp_els==0)
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
|
||||||
|
int dom0 = mesh[temp_els[0]].GetIndex();
|
||||||
|
int dom1 = n_temp_els==2 ? mesh[temp_els[1]].GetIndex() : 0;
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||||||
|
bool in_dom0 = dom0 == domain;
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|
bool in_dom1 = dom1 == domain;
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||||||
|
if(!in_dom0 && !in_dom1)
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
|
||||||
|
int side = in_dom0 ? 0 : 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
auto & sel = mesh[ temp_els[side] ];
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||||||
|
|
||||||
|
int domain = sel.GetIndex();
|
||||||
|
Vec<3> pcenter = 0.0;
|
||||||
|
for(auto i : IntRange(sel.GetNP()))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for(auto d : IntRange(3))
|
||||||
|
pcenter[d] += mesh[sel[i]][d];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
pcenter = 1.0/sel.GetNP() * pcenter;
|
||||||
|
|
||||||
|
auto n = mesh[seg[1]] - mesh[seg[0]];
|
||||||
|
n = {-n[1], n[0], 0};
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||||||
|
n.Normalize();
|
||||||
|
|
||||||
|
Vec<3> p0{mesh[seg[0]]};
|
||||||
|
Vec<3> p1{mesh[seg[0]]};
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
auto v = pcenter -0.5*(p0+p1);
|
||||||
|
|
||||||
|
const auto Dot = [](Vec<3> a, Vec<3> b)
|
||||||
|
{ return a[0]*b[0] + a[1]*b[1] + a[2]*b[2]; };
|
||||||
|
if(Dot(n, v)<0)
|
||||||
|
n = -1*n;
|
||||||
|
|
||||||
|
AddDirection(growthvectors[seg[0]], n);
|
||||||
|
AddDirection(growthvectors[seg[1]], n);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// reduce growthvectors where necessary to avoid overlaps/slim regions
|
||||||
|
const auto getSegmentBox = [&] (SegmentIndex segi)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
PointIndex pi0=mesh[segi][0], pi1=mesh[segi][1];
|
||||||
|
Box<3> box( mesh[pi0], mesh[pi1] );
|
||||||
|
box.Add( mesh[pi0]+growthvectors[pi0] );
|
||||||
|
box.Add( mesh[pi1]+growthvectors[pi1] );
|
||||||
|
return box;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
Array<double, PointIndex> growth(np);
|
||||||
|
growth = 1.0;
|
||||||
|
|
||||||
|
const auto Dot = [](auto a, auto b)
|
||||||
|
{ return a[0]*b[0] + a[1]*b[1] + a[2]*b[2]; };
|
||||||
|
|
||||||
|
const auto restrictGrowthVectors = [&] (SegmentIndex segi0, SegmentIndex segi1)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(!active_segments.Test(segi0))
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
|
||||||
|
const auto & seg0 = mesh[segi0];
|
||||||
|
const auto & seg1 = mesh[segi1];
|
||||||
|
|
||||||
|
if(seg0.si != seg1.si)
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(segi0 == segi1)
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(seg0[0]==seg1[0] || seg0[0]==seg1[1] || seg0[1]==seg1[0] || seg0[1] == seg1[1])
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
|
||||||
|
auto n = mesh[seg0[0]] - mesh[seg0[1]];
|
||||||
|
n = {-n[1], n[0], 0};
|
||||||
|
n.Normalize();
|
||||||
|
if(Dot(n, growthvectors[seg0[0]])<0) n = -n;
|
||||||
|
if(Dot(n, growthvectors[seg0[1]])<0) n = -n;
|
||||||
|
|
||||||
|
auto n1 = mesh[seg1[0]] - mesh[seg1[1]];
|
||||||
|
n1 = {-n1[1], n1[0], 0};
|
||||||
|
n1.Normalize();
|
||||||
|
if(Dot(n1, growthvectors[seg1[0]])<0) n1 = -n;
|
||||||
|
if(Dot(n1, growthvectors[seg1[1]])<0) n1 = -n;
|
||||||
|
|
||||||
|
// check if angle between normal vectors is less than 180 degrees (cant overlap for opposing directions)
|
||||||
|
// if(n[0]*n1[1]-n[1]*n1[0]<0.0)
|
||||||
|
// return;
|
||||||
|
|
||||||
|
auto p10 = mesh[seg1[0]];
|
||||||
|
auto p11 = mesh[seg1[1]];
|
||||||
|
|
||||||
|
for ( auto pi : {seg0[0], seg0[1]} )
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(growthvectors[pi] == 0.0)
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
|
||||||
|
PointIndex pi1 = seg0[0] + seg0[1] - pi;
|
||||||
|
auto p1 = mesh[pi1];
|
||||||
|
auto p = mesh[pi];
|
||||||
|
|
||||||
|
Point<3> points[] = { p10, p11, p10+total_thickness*growthvectors[seg1[0]], p11+total_thickness*growthvectors[seg1[1]], p1+total_thickness*growthvectors[pi1] };
|
||||||
|
|
||||||
|
Vec<3> gn{ growthvectors[pi][1], -growthvectors[pi][0], 0.0 };
|
||||||
|
if(Dot(gn, p1-p) < 0)
|
||||||
|
gn = -gn;
|
||||||
|
|
||||||
|
double d0 = Dot(gn, p);
|
||||||
|
double d1 = Dot(gn, p1);
|
||||||
|
if(d0>d1)
|
||||||
|
Swap(d0,d1);
|
||||||
|
|
||||||
|
bool all_left=true, all_right=true;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (auto i: Range(4))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
auto p_other = points[i];
|
||||||
|
auto dot = Dot(gn,p_other);
|
||||||
|
if(dot>d0) all_left = false;
|
||||||
|
if(dot<d1) all_right = false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if(all_left || all_right)
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
|
||||||
|
//for ( auto pi : {seg0[0], seg0[1]} )
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double safety = 1.3;
|
||||||
|
double t = safety*total_thickness;
|
||||||
|
if(growthvectors[pi] == 0.0)
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
|
||||||
|
Point<3> points[] = { p10, p10+t*growthvectors[seg1[0]], p11, p11+t*growthvectors[seg1[1]] };
|
||||||
|
auto p0 = mesh[pi];
|
||||||
|
auto p1 = p0 + t*growthvectors[pi];
|
||||||
|
auto P2 = [](Point<3> p) { return Point<2>{p[0], p[1]}; };
|
||||||
|
ArrayMem<pair<double, double>, 4> intersections;
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double alpha, beta;
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if(X_INTERSECTION == intersect( P2(p0), P2(p1), P2(points[0]), P2(points[2]), alpha, beta ))
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intersections.Append({alpha, 0.0});
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if(X_INTERSECTION == intersect( P2(p0), P2(p1), P2(points[1]), P2(points[3]), alpha, beta ))
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intersections.Append({alpha, 1.0});
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if(X_INTERSECTION == intersect( P2(p0), P2(p1), P2(points[0]), P2(points[1]), alpha, beta ))
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||||||
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intersections.Append({alpha, beta});
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||||||
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||||||
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if(X_INTERSECTION == intersect( P2(p0), P2(p1), P2(points[2]), P2(points[3]), alpha, beta ))
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intersections.Append({alpha, beta});
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QuickSort(intersections);
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for(auto [alpha,beta] : intersections)
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{
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if(!active_segments.Test(segi1))
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growth[pi] = min(growth[pi], alpha);
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else
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{
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double mean = 0.5*(alpha+beta);
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growth[pi] = min(growth[pi], mean);
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growth[seg1[0]] = min(growth[seg1[0]], mean);
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growth[seg1[1]] = min(growth[seg1[1]], mean);
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}
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}
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}
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}
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};
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Box<3> box(Box<3>::EMPTY_BOX);
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for (auto segi : Range(mesh.LineSegments()))
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{
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auto segbox = getSegmentBox( segi );
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box.Add(segbox.PMin());
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box.Add(segbox.PMax());
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}
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BoxTree<3> segtree(box);
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for (auto segi : Range(mesh.LineSegments()))
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{
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auto p2 = [](Point<3> p) { return Point<2>{p[0], p[1]}; };
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auto seg = mesh[segi];
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double alpha,beta;
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intersect( p2(mesh[seg[0]]), p2(mesh[seg[0]]+total_thickness*growthvectors[seg[0]]), p2(mesh[seg[1]]), p2(mesh[seg[1]]+total_thickness*growthvectors[seg[1]]), alpha, beta );
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if(beta>0 && alpha>0 && alpha<1.1)
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growth[seg[0]] = min(growth[seg[0]], 0.8*alpha);
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if(alpha>0 && beta>0 && beta<1.1)
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growth[seg[1]] = min(growth[seg[1]], 0.8*beta);
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for (auto segj : Range(mesh.LineSegments()))
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if(segi!=segj)
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restrictGrowthVectors(segi, segj);
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}
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for( auto pi : Range(growthvectors))
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growthvectors[pi] *= growth[pi];
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// insert new points
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for(PointIndex pi : Range(mesh.Points()))
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if(growthvectors[pi].Length2()!=0)
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{
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auto & pnew = mapto[pi];
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auto dist = 0.0;
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for(auto t : thicknesses)
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{
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dist+=t;
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|
pnew.Append( mesh.AddPoint( mesh[pi] + dist*growthvectors[pi] ) );
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mesh[pnew.Last()].SetType(FIXEDPOINT);
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|
}
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}
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map<pair<PointIndex, PointIndex>, int> seg2edge;
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// insert new elements ( and move old ones )
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for(auto si : moved_segs)
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{
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auto seg = mesh[si];
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bool swap = false;
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auto & pm0 = mapto[seg[0]];
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auto & pm1 = mapto[seg[1]];
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auto newindex = si_map[seg.si];
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{
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Segment s = seg;
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s[0] = pm0.Last();
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s[1] = pm1.Last();
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|
s[2] = PointIndex::INVALID;
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|
auto pair = s[0] < s[1] ? make_pair(s[0], s[1]) : make_pair(s[1], s[0]);
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|
if(seg2edge.find(pair) == seg2edge.end())
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|
seg2edge[pair] = ++max_edge_nr;
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|
s.edgenr = seg2edge[pair];
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s.si = seg.si;
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|
mesh.AddSegment(s);
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|
Swap(s[0], s[1]);
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s.si = newindex;
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|
mesh.AddSegment(s);
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}
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for ( auto i : Range(thicknesses))
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{
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PointIndex pi0, pi1, pi2, pi3;
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if(i==0)
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{
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pi0 = seg[0];
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|
pi1 = seg[1];
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}
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|
else
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|
{
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|
pi0 = pm0[i-1];
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|
pi1 = pm1[i-1];
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|
}
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|
pi2 = pm1[i];
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|
pi3 = pm0[i];
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if(i==0)
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{
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|
auto p0 = mesh[pi0];
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auto p1 = mesh[pi1];
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|
auto q0 = mesh[pi2];
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|
auto q1 = mesh[pi3];
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Vec<2> n = {-p1[1]+p0[1], p1[0]-p0[0]};
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Vec<2> v = { q0[0]-p0[0], q0[1]-p0[1]};
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if(n[0]*v[0]+n[1]*v[1]<0)
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|
swap = true;
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}
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Element2d newel;
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newel.SetType(QUAD);
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newel[0] = pi0;
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newel[1] = pi1;
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|
newel[2] = pi2;
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|
newel[3] = pi3;
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|
newel.SetIndex(si_map[seg.si]);
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// if(swap)
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||||||
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// {
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// Swap(newel[0], newel[1]);
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||||||
|
// Swap(newel[2], newel[3]);
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||||||
|
// }
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|
mesh.AddSurfaceElement(newel);
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}
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|
// segment now adjacent to new 2d-domain!
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||||||
|
mesh[si].si = si_map[seg.si];
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|
}
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for(auto pi : Range(mapto))
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|
{
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if(mapto[pi].Size() == 0)
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|
continue;
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|
auto pnew = mapto[pi].Last();
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|
NgArray<SurfaceElementIndex> old_els;
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meshtopo.GetVertexSurfaceElements( pi, old_els);
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for(auto old_sei : old_els)
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{
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if(mesh[old_sei].GetIndex() == domain)
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|
{
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auto & old_el = mesh[old_sei];
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|
for(auto i : IntRange(old_el.GetNP()))
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||||||
|
if(old_el[i]==pi)
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|
old_el[i] = pnew;
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|
}
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|
}
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|
}
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|
for(auto & sel : mesh.SurfaceElements())
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||||||
|
if(sel.GetIndex() == domain)
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|
sel.Delete();
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|
mesh.Compress();
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|
mesh.CalcSurfacesOfNode();
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|
Generate2dMesh(mesh, domain);
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|
}
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|
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}
|
}
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@ -24,5 +24,6 @@ public:
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DLL_HEADER void GenerateBoundaryLayer (Mesh & mesh,
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DLL_HEADER void GenerateBoundaryLayer (Mesh & mesh,
|
||||||
const BoundaryLayerParameters & blp);
|
const BoundaryLayerParameters & blp);
|
||||||
|
|
||||||
|
DLL_HEADER void GenerateBoundaryLayer2 (Mesh & mesh, int domain, const Array<int> & boundaries, const Array<double> & thicknesses);
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||||||
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|
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#endif
|
#endif
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