Netgen mesh library : nglib

Netgen mesh library : nglib

eryar@163.com

摘要Abstract：本文主是对Netgen的库nglib的用法进行介绍。主要参考资料是Netgen用户指南。最后给出一个具体程序实例。

关键字Key Words：Netgen, nglib, Mesh

一、引言 Introduction

Netgen网格生成库nglib是以C++源程序形式提供，可以编译为Unix/Linux或Windows上的库文件。程序开发使用的接口文件是nglib.h。

二、头文件 The Header File

接口文件中包含了一些类型定义和函数调用，所有的Netgen类型和函数都带有前缀Ng。类型和函数首字母大写，所有常量都是大写。

三、类型和常量 Types and Constants

//  ** Constants used within Netgen *********************
///  Maximum allowed number of nodes per volume element
#define  NG_VOLUME_ELEMENT_MAXPOINTS 10

///  Maximum allowed number of nodes per surface element
#define  NG_SURFACE_ELEMENT_MAXPOINTS 8

//  *** Data-types for accessing Netgen functionality ***
///  Data type for NETGEN mesh
typedef  void   *  Ng_Mesh;

///  Data type for NETGEN CSG geometry
typedef  void   *  Ng_CSG_Geometry;

///  Data type for NETGEN 2D geometry
typedef  void   *  Ng_Geometry_2D;

///  Data type for NETGEN STL geometry
typedef  void   *  Ng_STL_Geometry;

//  *** Special Enum types used within Netgen ***********
///  Currently implemented surface element types
enum  Ng_Surface_Element_Type 
   { NG_TRIG  =   1 , NG_QUAD  =   2 , NG_TRIG6  =   3 , NG_QUAD6  =   4 , NG_QUAD8  =   5  };

///  Currently implemented volume element types
enum  Ng_Volume_Element_Type 
   { NG_TET  =   1 , NG_PYRAMID  =   2 , NG_PRISM  =   3 , NG_TET10  =   4  };

///  Values returned by Netgen functions
enum  Ng_Result 
   { 
     NG_ERROR                =   - 1 ,   
     NG_OK                   =   0 , 
     NG_SURFACE_INPUT_ERROR  =   1 ,
     NG_VOLUME_FAILURE       =   2 , 
     NG_STL_INPUT_ERROR      =   3 ,
     NG_SURFACE_FAILURE      =   4 ,
     NG_FILE_NOT_FOUND       =   5  
   };

//  *** Classes required for use within Netgen **********
///  Netgen Meshing Parameters class
class  Ng_Meshing_Parameters 
{
public :
    int  uselocalh;                       // !< Switch to enable / disable usage of local mesh size modifiers
    double  maxh;                         // !< Maximum global mesh size allowed
    double  minh;                         // !< Minimum global mesh size allowed

    double  fineness;                     // !< Mesh density: 01 (0 => coarse; 1 => fine)
    double  grading;                      // !< Mesh grading: 01 (0 => uniform mesh; 1 => aggressive local grading)
    double  elementsperedge;              // !< Number of elements to generate per edge of the geometry
    double  elementspercurve;             // !< Elements to generate per curvature radius

Ng_Mesh表示Netgen网格的数据结构。Ng_STL_Geometry表示STL几何。可以通过Ng_Meshing_Parameters来指定生成网格时的参数。Netgen函数的返回值类型是Ng_Result。

四、初始化 Initialization

分别调用如下两个函数对netgen初始化和析构：

五、网格的访问 Mesh access

Netgen网格可以通过如下函数来处理。一个网格包含nodes, surface elements和volume elements。都是从1开始计数的。

更多信息请参考其头文件nglib.h。

在生成网格时，用户可以指定网格大小及一些约束。函数Ng_GenerateVolumeMesh从曲面生成网格。

六、STL几何 STL Geometry

STL几何数据可以从STL文件（ASCII或二进制）读取，也可以由一个个的三角形组装而成。

七、示例程序 Example Code

在Netgen的安装目录下的nglib文件夹中有两个示例程序ng_vol.cpp和ng_stl.cpp。其中ng_vol.cpp程序开始时从cube.surf文件读入点坐标和曲面的三角形，生成的volumne mesh输出到文件：cuve.vol。经过测试，程序可以运行，修改过的代码如下所示：

#include  < iostream >
#include  < fstream >

namespace  nglib {
#include  < nglib.h >
}

#pragma comment(lib,  " nglib.lib " )

int  main( int  argc,  char *  argv[])
{
    std::cout  <<   " Netgen Testing "   <<  std::endl;

     int  i  =   0 ;
     int  np  =   0 ;
     int  nse  =   0 ;
     int  ne  =   0 ;
     int  trig[ 3 ]  =  { 0 };
     int  tet[ 4 ]  =  { 0 };

     double  point[ 3 ]  =  { 0.0 };

    std:: string  strMeshFile  =  (argc  >   1 ) ?  argv[ 1 ]:  " cube.surf " ;
    std::ifstream meshFile(strMeshFile.c_str());

     //  initialize the Netgen library.
    nglib::Ng_Init();

     //  Generate new mesh structure.
    nglib::Ng_Mesh *  mesh  =  nglib::Ng_NewMesh();

     //  Read surface mesh from file.
     //  feed points to the mesh.
    meshFile  >>  np;
    std::cout  <<   " Reading  "   <<  np  <<   "  points "   <<  std::endl;
     for  ( int  i  =   0 ; i  <  np;  ++ i)
    {
        meshFile  >>  point[ 0 ]  >>  point[ 1 ]  >>  point[ 2 ];
        nglib::Ng_AddPoint(mesh, point);
    }
    std::cout  <<   " done. "   <<  std::endl;

     //  feed surface elements to the mesh.
    meshFile  >>  nse;
    std::cout  <<   " Reading  "   <<  nse  <<   "  faces "   <<  std::endl;
     for  ( int  i  =   0 ; i  <  nse;  ++ i)
    {
        meshFile  >>  trig[ 0 ]  >>  trig[ 1 ]  >>  trig[ 2 ];
        nglib::Ng_AddSurfaceElement(mesh, nglib::NG_TRIG, trig);
    }
    std::cout  <<   " done. "   <<  std::endl;

     //  generate volume mesh.
    nglib::Ng_Meshing_Parameters mp;
    mp.maxh  =  1e6;
    mp.fineness  =   1 ;
    mp.second_order  =   0 ;

    std::cout  <<   " start meshing "   <<  std::endl;
    nglib::Ng_GenerateVolumeMesh(mesh,  & mp);
    std::cout  <<   " meshing done. "   <<  std::endl;

     //  volume mesh output.
    np  =  nglib::Ng_GetNP(mesh);
    std::cout  <<   " Points:  "   <<  np  <<  std::endl;
     for  ( int  i  =   1 ; i  <=  np;  ++ i)
    {
        nglib::Ng_GetPoint(mesh, i, point);
        std::cout  <<  i  <<   " :  "   <<  point[ 0 ]  <<   " ,  "   <<  point[ 1 ]  <<   " ,  "   <<  point[ 2 ]  <<  std::endl;
    }

    ne  =  nglib::Ng_GetNE(mesh);
    std::cout  <<   " Elements:  "   <<  ne  <<  std::endl;
     for  ( int  i  =   1 ; i  <=  ne;  ++ i)
    {
        nglib::Ng_GetVolumeElement(mesh, i, tet);
        std::cout  <<  i  <<   " :  "   <<  tet[ 0 ]  <<   " ,  "   <<  tet[ 1 ]  <<   " ,  "   <<  tet[ 2 ]  <<   " ,  "   <<  tet[ 3 ]  <<  std::endl;
    }

     //  Save mesh.
    nglib::Ng_SaveMesh(mesh,  " test.vol " );

     //  deconstruct Netgen library.
    nglib::Ng_Exit();

     return   0 ;
}