BSplineParametrization.hpp

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#pragma once
 
#include <map>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <Eigen/Dense>
 
#include <nanospline/BSpline.h>
#include <nanospline/BSplinePatch.h>
 
namespace polyfem
{
    class BSplineParametrization
    {
    public:
        BSplineParametrization(const Eigen::MatrixXd &V) { num_vertices = V.rows(); }
        virtual ~BSplineParametrization() = default;
 
        virtual int vertex_size() = 0;
        virtual void reparametrize(const Eigen::MatrixXd &control_points, Eigen::MatrixXd &newV) = 0;
        // virtual void get_parameters(const Eigen::MatrixXd &V, Eigen::MatrixXd &control_points) final;
        virtual void get_parameters(const Eigen::MatrixXd &V, Eigen::MatrixXd &control_points, const bool mesh_changed) = 0;
        virtual void derivative_wrt_params(const Eigen::VectorXd &grad_boundary, Eigen::VectorXd &grad_control_points) = 0;
 
    protected:
        int num_vertices;
    };
 
    class BSplineParametrization2D : public BSplineParametrization
    {
    public:
        BSplineParametrization2D(const Eigen::MatrixXd &control_points, const Eigen::MatrixXd &knots, const Eigen::MatrixXd &V);
 
        int vertex_size() override { return node_id_to_t_.size(); }
 
        void reparametrize(const Eigen::MatrixXd &control_points, Eigen::MatrixXd &newV) override;
 
        // Assume the connectivity has not changed. Does not work with remeshing
        void get_parameters(const Eigen::MatrixXd &V, Eigen::MatrixXd &control_points, const bool mesh_changed) override;
 
        void derivative_wrt_params(const Eigen::VectorXd &grad_boundary, Eigen::VectorXd &grad_control_points) override;
 
        static void gradient(const Eigen::MatrixXd &point, const Eigen::MatrixXd &control_points, const double t_parameter, const double distance, Eigen::MatrixXd &grad);
        static void eval(const Eigen::MatrixXd &control_points, const double t, Eigen::MatrixXd &val);
        static void deriv(const Eigen::MatrixXd &control_points, const double t, Eigen::MatrixXd &val);
 
    private:
        std::vector<int> node_ids_;
        std::map<int, double> node_id_to_t_;
        const int dim;
        nanospline::BSpline<double, 2, 3> curve;
    };
 
    class BSplineParametrization3D : public BSplineParametrization
    {
    public:
        BSplineParametrization3D(const Eigen::MatrixXd &control_points, const Eigen::MatrixXd &knots_u, const Eigen::MatrixXd &knots_v, const Eigen::MatrixXd &V);
 
        int vertex_size() override { return node_id_to_param_.size(); }
 
        // Assume the connectivity has not changed. Does not work with remeshing
        void get_parameters(const Eigen::MatrixXd &V, Eigen::MatrixXd &control_points, const bool mesh_changed) override;
 
        void reparametrize(const Eigen::MatrixXd &control_points, Eigen::MatrixXd &newV) override;
 
        void derivative_wrt_params(const Eigen::VectorXd &grad_boundary, Eigen::VectorXd &grad_control_points) override;
 
        static void gradient(const Eigen::MatrixXd &point, const Eigen::MatrixXd &control_points, const Eigen::MatrixXd &uv_parameter, const double distance, Eigen::MatrixXd &grad);
        static void eval(const Eigen::MatrixXd &control_points, const Eigen::MatrixXd &uv_parameter, Eigen::MatrixXd &val);
        static void deriv(const Eigen::MatrixXd &control_points, const Eigen::MatrixXd &uv_parameter, Eigen::MatrixXd &deriv_u, Eigen::MatrixXd &deriv_v);
 
    private:
        std::vector<int> node_ids_;
        std::map<int, Eigen::MatrixXd> node_id_to_param_;
        const int dim;
        nanospline::BSplinePatch<double, 3, 3, 3> patch;
    };
 
} // namespace polyfem