創建 CAE 插件——了解點狀網格模型 API（第 1 部分）

2023年3月9日 20:23
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CAE 插件的主要目的是導出網格模型。為此，插件必須將 Pointwise 表示的網格數據轉換為插件所針對的求解器支持的格式。要正確進行此轉換，您必須對點狀網格模型 (PWGM) 有透徹的了解。

對于這篇文章，我將重點關注非結構化 PWGM。結構化 PWGM 將在以后的帖子中介紹。雖然結構化 PWGM 和非結構化 PWGM 之間有很多共同點，但也存在一些根本性差異，因此兩篇文章比一篇文章更好地介紹了它們。

網格手柄

在這篇文章中，我將提到句柄。句柄是一種無需使用指針即可唯一標識任何 PWGM 實體或元素的緊湊方式。對于那些熟悉 C/C++ 的人來說，Handle 可以被認為是 SDK 的 C++ this指針。非結構化 PWGM 支持五種句柄類型：

  • PWGM_HGRIDMODEL

  • PWGM_HBLOCK

  • PWGM_HDOMAIN

  • PWGM_HVERTEX

  • PWGM_HELEMENT

每種 Handle 類型都有一個或多個 SDK 函數，用于查詢 Handle 代表的實體。SDK 使用函數命名方案，其中名稱的前綴反映了被查詢的實體句柄。例如，所有以 a 開頭的函數都將PwDomaPWGM_HDOMAIN作為它們的第一個參數（域的this指針）。

使用 Handles 還可以減少 SDK 函數所需的參數數量。它們的使用還允許在您的插件代碼中進行更簡單的函數調用。例如，如果沒有句柄，塊元素函數將需要三個參數來唯一標識給定的 PWGM 塊元素：

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
elementFunction(model, blkIndex, elementIndex, otherArgsHere);
[/源代碼]

但是，使用句柄，函數調用變為：

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
elementFunction(hElement, otherArgsHere);
[/源代碼]

您還可以使用各種 SDK 宏從句柄中提取信息。有關詳細信息，請參閱CAE 插件 SDK 文檔的模塊/PWGM-API 不透明數據處理類型部分。

網格層次結構

非結構化 PWGM 以層次結構排列。這個層次結構的根是網格模型本身。在導出時，網格模型的句柄runtimeWrite()使用參數傳遞給插件的函數 PWGM_HGRIDMODEL model。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false” wraplines=”false”]
PWP_BOOL runtimeWrite(CAEP_RTITEM *pRti, PWGM_HGRIDMODEL model, const CAEP_WRITEINFO *pWriteInfo);
// model 和 pWriteInfo 也可以使用 pRti->model 和 pRti->pWriteInfo
[/sourcecode]

非結構化 PWGM 分為兩個不同但相關的視圖。第一個視圖提供對網格模型的以單元格為中心的訪問。第二個視圖提供以面為中心的網格模型訪問。

當前 1.0 R3 版本的插件 SDK 中不提供以人臉為中心的視圖 API。但是，編碼已完成并正在測試中。我希望在接下來的幾周內發布它。

更新：以人臉為中心的視圖 API 現在可用于 Pointwise v17.1 + Plugin SDK v1.0 R4！

在以細胞為中心的視圖中，網格模型包括

  • 一組塊，每個塊都有一組單元格元素和一個條件。

  • 一組域，每個域都有一組面元素和一個條件。

  • 一組頂點。

在以面為中心的視圖中，網格模型包括

  • 所有塊單元格元素的一個數組。

  • 所有單元面元素的一個數組，包括位于網格邊界上的面和網格內部的面。

  • 一組頂點。

重要的是要注意，以單元為中心的視圖和以面為中心的視圖都使用相同的頂點數組。如上所述，頂點是將兩種觀點聯系在一起的共同關系。完整的網格模型層次結構如下圖所示。

創建 CAE 插件——了解點狀網格模型 API（第 1 部分）的圖1

網格模型層次結構

網格維數

對于注意到上面的討論沒有提到 2D 網格與 3D 網格的人來說，這是一顆金星。這是因為 PWGM 使訪問網格數據（大部分）獨立于網格的維度。

與 Pointwise 本身一樣，PWGM 支持 2D 和 3D 網格。但是，有一個關鍵區別。PWGM 獨立于其 2D 或 3D 維度為網格數據提供相同的接口。PWGM 的一致性是使用五個通用實體實現的；塊、域、元素、頂點和條件。具體來說，從 PWGM 的角度來看：

  • 一個塊是塊元素的集合，所有元素都被分配了一個共同的體積條件。每個塊都由一個唯一的整數索引標識。索引范圍從 0 到模型中的塊數 (Nb) 減去 1 (0 … Nb-1)。

  • 域是域元素的集合，所有域元素都分配了一個公共邊界條件。每個域都由一個唯一的整數索引標識。指數范圍從 0 到模型中的域數 (Nd) 減去 1 (0 … Nd-1)。

  • 頂點是由唯一的整數索引標識的單個 XYZ 坐標。索引范圍從 0 到模型中的頂點數 (Nv) 減去 1 (0 … Nv-1)。

  • 元素是頂點索引的有序集合。索引順序定義了元素的連接性（請參閱模塊/單元連接性）。

  • 條件是一組兩個用戶定義的屬性和兩個求解器定義的屬性。

插件使用相同的函數調用訪問此實體層次結構。2D 和 3D 之間的區別僅在元素中發揮作用。例如，3D 塊的元素是六邊形、棱柱、金字塔和四邊形。3D 邊界域的元素是三邊形和四邊形。同樣，二維塊的元素是三邊形和四邊形。二維邊界域的元素是條（線）。下表總結了 PWGM 網格實體、它們的元素和相應的逐點網格實體之間的關系。

創建 CAE 插件——了解點狀網格模型 API（第 1 部分）的圖2

按維度劃分的網格模型元素類型和 Pointwise 實體類型

在將您在 Pointwise 中創建的網格傳遞給插件之前，共享相同邊界條件的 Pointwise 邊界實體（3D 域或 2D 連接器）被合并到一個 PWGM 域中。因此，PWGM 域的數量可能與點邊界實體的數量不同，具體取決于點邊界條件應用于網格的方式。

相反，共享共同體積條件的逐點體積（3D 中的塊或 2D 中的域）不會合并。這意味著 PWGM 塊的數量始終等于 Pointwise 體積實體的數量。下圖說明了 2D Pointwise 網格如何出現在以單元為中心的視圖的插件中。

創建 CAE 插件——了解點狀網格模型 API（第 1 部分）的圖3

邊界合并如何在將點狀網格傳遞給插件（以單元為中心的視圖）之前更改點狀網格。

在以面為中心的視圖中，邊界和體積條件的合并沒有意義，因為塊和域僅作為單元和面元素訪問。下圖說明了相同的 2D Pointwise 網格如何出現在以面為中心的視圖的插件中。

創建 CAE 插件——了解點狀網格模型 API（第 1 部分）的圖4

在以面為中心的視圖中，Pointwise 網格如何呈現給插件。

枚舉實體

PWGM 提供對所有網格實體及其相應元素的枚舉、隨機訪問，但以面為中心的視圖中的面除外。使用此方案，為每個實體或實體元素提供一個 SDK 功能以確定網格模型中存在的項目數。然后將計數與其他相關的枚舉 SDK 函數一起使用，以逐一遍歷項目層次結構。例如，網格模型塊的數量是使用該PwModBlockCount()函數確定的。有了這個計數，您就可以使用該函數枚舉塊PwModEnumBlocks()。PWGM 枚舉函數返回請求項的句柄。頂部的模型級函數名稱以PwMod字首。這些函數都將網格模型句柄作為其輸入，并向枚舉的網格模型實體返回計數或句柄。非結構化 PWGM 目前支持的頂級模型級功能是

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_UINT32 PwModBlockCount (PWGM_HGRIDMODEL 模型);
PWGM_HBLOCK PwModEnumBlocks（PWGM_HGRIDMODEL 模型，PWP_UINT32 ndx）；
PWP_UINT32 PwModDomainCount（PWGM_HGRIDMODEL 模型）；
PWGM_HDOMAIN PwModEnumDomains（PWGM_HGRIDMODEL 模型，PWP_UINT32 ndx）；
PWP_UINT32 PwModVertexCount（PWGM_HGRIDMODEL 模型）；
PWGM_HVERTEX PwModEnumVertices（PWGM_HGRIDMODEL 模型，PWP_UINT32 ndx）；
[/源代碼]

枚舉塊或域的元素以類似的方式完成。首先，您使用適當的塊或域句柄（使用上述函數獲得）獲得實體的元素計數。然后，使用計數，逐個枚舉元素，獲得每個元素的句柄。元素的句柄用于獲取元素的數據。PWGM 目前支持的 Block 和 Domain Element 功能是

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_UINT32 PwBlkElementCount (PWGM_HBLOCK block, PWGM_ELEMCOUNTS *pCounts);
PWGM_HELEMENT PwBlkEnumElements（PWGM_HBLOCK 塊，PWP_UINT32 ndx）；
PWP_UINT32 PwDomElementCount（PWGM_HDOMAIN 域，PWGM_ELEMCOUNTS *pCounts）；
PWGM_HELEMENT PwDomEnumElements（PWGM_HDOMAIN 域，PWP_UINT32 ndx）；
[/源代碼]

使用兩個函數獲取元素的數據：

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_BOOL PwElemDataMod (PWGM_HELEMENT element, PWGM_ELEMDATA *pData);
PWP_BOOL PwEnumElemDataMod（PWGM_HELEMENT 元素，PWGM_ENUMELEMDATA *pData）；
[/源代碼]

除了元素之外，每個塊和域都有一個關聯的條件。條件表示塊的體積條件或域的邊界條件。使用下面列出的函數獲取條件數據：

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_BOOL PwBlkCondition (PWGM_HBLOCK block, PWGM_CONDDATA *pCondData);
PWP_BOOL PwDomCondition（PWGM_HDOMAIN 域，PWGM_CONDDATA *pCondData）；
[/源代碼]

網格模型的 XYZ 頂點數據是使用下面列出的函數獲得的。特定導出格式的細節將決定使用哪些功能。有關詳細信息，請參閱插件文檔。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_BOOL PwVertDataMod (PWGM_HVERTEX vertex, PWGM_VERTDATA *pVertData);
PWP_BOOL PwVertIndexMod (PWGM_HVERTEX 頂點, PWP_UINT32 *pIndex);
PWP_BOOL PwVertXyzVal (PWGM_HVERTEX 頂點, PWGM_ENUM_XYZ 其中, PWGM_XYZVAL *pVal);
[/源代碼]

流媒體實體

PWGM 提供對以人臉為中心的視圖的人臉的“流式”訪問。從某種意義上說，它們是流式傳輸的，一次可以讓一個插件使用這些面孔。一旦插件完成了面部元素，它就無法再次訪問面部元素，除非從頭開始重新啟動流（除非您在插件中制作面部數據的本地副本）。

我們決定在 PWGM 中使用人臉流，以最大限度地減少導出過程中消耗的額外內存量。Pointwise 沒有明確存儲網格面信息。因此，為了提供以面部為中心的視圖，PWGM 需要處理以細胞為中心的數據并將其轉換為以面部為中心的表示。為枚舉、隨機訪問存儲完整的、以面部為中心的視圖可以使以細胞為中心的視圖已經需要的 RAM 量增加一倍以上。而且，正如我們的許多客戶已經知道的那樣，大型網格模型可能會超出許多現代計算機的 RAM 限制。添加非流式面部元素數據可能會超過計算機可用的 RAM，并且根本無法導出一些大網格！

插件通過調用 PwModStreamFaces()SDK 函數啟動人臉流會話。此函數接受一個PWGM_ENUM_FACEORDER值、三個回調函數和一個用戶數據指針。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_BOOL PwModStreamFaces(PWGM_HGRIDMODEL model, PWGM_ENUM_FACEORDER order,
PWGM_BEGINSTREAMCB beginCB, PWGM_FACESTREAMCB faceCB,
PWGM_ENDSTREAMCB endCB, void *userData);
[/源代碼]

可選的用戶數據指針可以設置為 null 或者它可以用于將插件特定的運行時信息傳遞給流會話的所有階段。用戶數據指針被傳遞給三個回調中的每一個。

面部順序值控制面部在流式傳輸期間的分組方式。下面列出了支持的訂單。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
typedef enum PWGM_ENUM_FCEORDER_e {
PWGM_FACEORDER_DONTCARE, // 任意順序的所有單元面
PWGM_FACEORDER_BOUNDARYFIRST, // 邊界內的所有單元面，內部順序
PWGM_FACEORDER_INTERIORFIRST, // 所有單元內部面，邊界順序
PWGM_FACEORDER_BOUNDARYONLY, // 只有邊界單元面
PWGM_FCEORDER_INTERIORONLY, // 只有內部單元面
PWGM_FCEORDER_BCGROUPSFIRST, // BoundaryFirst 按 BCs 分組
PWGM_FACEORDER_BCGROUPSLAST, // InteriorFirst 按 BCs
分組 PWGM_FACEORDER_BCGROUPSONLY, //
Boundary_UM_WORDER
}
[/源代碼]

使用三個回調函數將面孔流式傳輸到插件。beginCB()PWGM 在流會話開始時調用一次回調。此回調接收將流式傳輸的邊界、內部和總面數。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_BOOL beginCB(PWGM_BEGINSTREAM_DATA *data);

typedef struct PWGM_BEGINSTREAM_DATA_t {
PWGM_ENUM_FACEORDER 命令；//請求的單元格面流序列順序。
PWP_UINT32 totalNumFaces；// 模型中的總面數（= #Boundary + #Interior）。
PWP_UINT32 numBoundaryFaces；// # totalNumFaces 中的面位于模型的邊界上。
PWP_UINT32 numInteriorFaces；// # totalNumFaces 中位于模型內部的面。
PWGM_ELEMCOUNTS 計數；// 模型的總元素數。
PWGM_HGRIDMODEL 模型；// 網格模型句柄
void *userData; // 指針傳遞給 PwModStreamFaces(…, void *userData)
}
PWGM_BEGINSTREAM_DATA;
[/源代碼]

當插件從 返回時beginCB()，PWGM 開始處理以單元格為中心的數據。面完成后，它們將傳遞給faceCB()回調。傳遞給此回調的信息包括面類型（內部或邊界）、面頂點和面任一側的塊單元格元素。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_BOOL faceCB(PWGM_FACESTREAM_DATA *data);

typedef struct PWGM_FACESTREAM_DATA_t {
PWGM_HGRIDMODEL 模型；// 網格模型句柄
PWP_UINT32 面；// 人臉在模型索引空間中的索引
PWGM_ELEMDATA elemData; // 人臉的元素數據。
PWGM_ENUM_FACETYPE 類型；// PWGM_FACETYPE_XXX 類型之一。
PWGM_FACEREF_DATA 所有者；// 擁有面的塊元素。
PWGM_FACEREF_DATA 鄰居；// 面另一側的塊元素。// 如果類型為 PWGM_FACETYPE_BOUNDARY，則此值
未定義。
無效*用戶數據；// 指針傳遞給 PwModStreamFaces(…, void *userData)
}
PWGM_FACESTREAM_DATA;
[/源代碼]

最后一張臉傳遞給 后faceCB()，PWGM 對回調進行最后一次調用endCB()。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
PWP_BOOL endCB(PWGM_ENDSTREAM_DATA *data);

typedef struct PWGM_ENDSTREAM_DATA_t {
PWGM_HGRIDMODEL 模型；// 網格模型句柄
PWP_BOOL ok; // PWP_TRUE 如果流式傳輸成功完成
void *userData; // 指針傳遞給 PwModStreamFaces(…, void *userData)
}
PWGM_ENDSTREAM_DATA;
[/源代碼]

以下示例 C++ 代碼顯示了正在使用的流式 API。

[sourcecode language=”cpp” collapse=”true”]
/*************************************** **/
PWP_UINT32
beginCB(PWGM_BEGINSTREAM_DATA *data)
{
// 將用戶數據指針轉換為 CAEP_RTITEM*
CAEP_RTITEM *pRti = (CAEP_RTITEM*)data->userData;

// 在這里進行初始化

// 設置開始進度步數
 return caeuProgressBeginStep(pRti, data->totalNumFaces);
}

/******************************************/
PWP_UINT32
faceCB(PWGM_FACESTREAM_DATA *data)
{
//將用戶數據指針轉換為 CAEP_RTITEM*
CAEP_RTITEM *pRti = (CAEP_RTITEM*)data->userData；

// 處理這張臉
if (PWGM_FACETYPE_INTERIOR == data->type) {
// 做點什么
}
else if (PWGM_FACETYPE_BOUNDARY == data->type) {
// 做點別的
 }

// 遞增進度
return caeuProgressIncr(pRti);
}

/******************************************/
PWP_UINT32
endCB(PWGM_ENDSTREAM_DATA *data)
{
//將用戶數據指針轉換為 CAEP_RTITEM*
CAEP_RTITEM *pRti = (CAEP_RTITEM*)data->userData；

// 在這里執行最后的清理

// 結束進度步驟
return caeuProgressEndStep(pRti);
}

/******************************************/
PWP_BOOL
runtimeWrite（CAEP_RTITEM *pRti，PWGM_HGRIDMODEL 模型，
const CAEP_WRITEINFO * /*pWriteInfo*/)
{
PWP_BOOL ret = PWP_FALSE;
if (caeuProgressInit(pRti, 2) && writePointsFile(*pRti)) {
// 在此示例中，將 pRti 作為 PwModStreamFaces(…, void *userData) 參數傳遞。
// 但是，可以使用任何特定于實現的值。
ret = PwModStreamFaces（模型，PWGM_FACEORDER_BCGROUPSLAST，beginCB，faceCB，endCB，pRti）；
}
caeuProgressEnd(pRti, ret);
返還；
}
[/源代碼]

了解 Pointwise CAE 插件 SDK 中可用的非結構化網格模型后，您應該能夠創建一個插件，將您選擇的求解器添加到 Pointwise。與往常一樣，如果您有任何其他問題，請隨時聯系 Pointwise 支持。我們隨時為您提供幫助！

我將在下一篇文章中介紹結構化網格模型。

文章來源：pointwise博客
原文：https://blog.pointwise.com/2012/05/23/creating-a-cae-plugin-understanding-the-pointwise-grid-model-api-part-1/

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