Obstacle.hpp

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#pragma once
 
#include <polyfem/Common.hpp>
#include <polyfem/utils/ExpressionValue.hpp>
#include <polyfem/utils/Interpolation.hpp>
#include <polyfem/utils/Types.hpp>
 
#include <polyfem/assembler/GenericProblem.hpp>
 
#include <Eigen/Dense>
 
namespace polyfem
{
    namespace mesh
    {
        class Obstacle
        {
        public:
            Obstacle();
            virtual ~Obstacle() = default;
 
            void append_mesh(
                const Eigen::MatrixXd &vertices,
                const Eigen::VectorXi &codim_vertices,
                const Eigen::MatrixXi &codim_edges,
                const Eigen::MatrixXi &faces,
                const json &displacement,
                const io::ResourceIO &resources,
                const Eigen::MatrixXi &tets = Eigen::MatrixXi());
            void append_mesh_sequence(
                const std::vector<Eigen::MatrixXd> &vertices,
                const Eigen::VectorXi &codim_vertices,
                const Eigen::MatrixXi &codim_edges,
                const Eigen::MatrixXi &faces,
                const int fps,
                const Eigen::MatrixXi &tets = Eigen::MatrixXi());
            void append_plane(const VectorNd &point, const VectorNd &normal);
 
            inline int n_vertices() const { return v_.rows(); }
            inline int n_edges() const { return e_.rows(); }
            inline int n_faces() const { return f_.rows(); }
            inline int n_tets() const { return tets_.rows(); }
            inline int dim() const { return dim_; }
            inline int ndof() const { return n_vertices() * dim(); }
            inline const Eigen::MatrixXd &v() const { return v_; }
            inline const Eigen::VectorXi &codim_v() const { return codim_v_; }
            inline const Eigen::MatrixXi &f() const { return f_; }
            inline const Eigen::MatrixXi &e() const { return e_; }
            inline const Eigen::MatrixXi &tets() const { return tets_; }
 
            inline const Eigen::MatrixXi &get_face_connectivity() const { return in_f_; }
            inline const Eigen::MatrixXi &get_edge_connectivity() const { return in_e_; }
            inline const Eigen::VectorXi &get_vertex_connectivity() const { return in_v_; }
            inline const Eigen::MatrixXi &get_tet_connectivity() const { return in_tets_; }
 
            void change_displacement(const int oid, const Eigen::RowVector3d &val, const std::shared_ptr<utils::Interpolation> &interp = std::make_shared<utils::NoInterpolation>());
            void change_displacement(const int oid, const std::function<Eigen::MatrixXd(double x, double y, double z, double t)> &func, const std::shared_ptr<utils::Interpolation> &interp = std::make_shared<utils::NoInterpolation>());
            void change_displacement(const int oid, const json &val, const io::ResourceIO &resources, const std::shared_ptr<utils::Interpolation> &interp = std::make_shared<utils::NoInterpolation>());
 
            void change_displacement(const int oid, const Eigen::RowVector3d &val, const std::string &interp = "");
            void change_displacement(const int oid, const std::function<Eigen::MatrixXd(double x, double y, double z, double t)> &func, const std::string &interp = "");
            void change_displacement(const int oid, const json &val, const io::ResourceIO &resources, const std::string &interp = "");
 
            void update_displacement(const double t, Eigen::MatrixXd &sol) const;
            void set_zero(Eigen::MatrixXd &sol) const;
 
            void clear();
 
            class Plane;
            inline const std::vector<Plane> &planes() const { return planes_; };
 
            void set_units(const Units &units);
 
        private:
            void append_mesh(
                const Eigen::MatrixXd &vertices,
                const Eigen::VectorXi &codim_vertices,
                const Eigen::MatrixXi &codim_edges,
                const Eigen::MatrixXi &faces,
                const Eigen::MatrixXi &tets = Eigen::MatrixXi());
            void change_displacement(
                const int oid,
                const json &val,
                const std::shared_ptr<utils::Interpolation> &interp,
                const io::ResourceIO &resources);
 
            int dim_;
            Eigen::MatrixXd v_;
            Eigen::VectorXi codim_v_;
            Eigen::MatrixXi f_;
            Eigen::MatrixXi e_;
            Eigen::MatrixXi tets_;
 
            Eigen::VectorXi in_v_;
            Eigen::MatrixXi in_f_;
            Eigen::MatrixXi in_e_;
            Eigen::MatrixXi in_tets_;
 
            std::vector<assembler::TensorBCValue> displacements_;
 
            std::vector<int> endings_;
 
            std::vector<Plane> planes_;
        };
 
        class Obstacle::Plane
        {
        public:
            Plane(const VectorNd &point, const VectorNd &normal)
                : dim_(point.size()), point_(point), normal_(normal)
            {
                assert(point.size() == normal.size());
                assert(!normal.isZero());
                normal_.normalize();
                construct_vis_mesh();
            }
 
            inline const VectorNd &point() const { return point_; }
            inline const VectorNd &normal() const { return normal_; }
 
            inline const Eigen::MatrixXd &vis_v() const { return vis_v_; }
            inline const Eigen::MatrixXi &vis_f() const { return vis_f_; }
            inline const Eigen::MatrixXi &vis_e() const { return vis_e_; }
 
        protected:
            void construct_vis_mesh();
 
            int dim_;
 
            VectorNd point_;
            VectorNd normal_;
 
            Eigen::MatrixXd vis_v_;
            Eigen::MatrixXi vis_f_;
            Eigen::MatrixXi vis_e_;
        };
    } // namespace mesh
} // namespace polyfem