OpenCascade MeshVS Usage
eryar@163.com
Abstract. MeshVS means Mesh Visualization Service. It can be used to representation mesh in different style, such as colored stress patterns mesh, mesh with text and mesh like vector(with arrow). So MeshVS usually used for CAE programming. This paper focus on the MeshVS usage.
Key words. OpenCascade, Mesh, MeshVS, Colored stress Patterns
1. Introduction
視覺(jué)是人類獲取外部信息和相互交流的主要手段。科學(xué)計(jì)算可視化包括曲線曲面擬合、坐標(biāo)變換、體繪制等，核心是物理場(chǎng)可視化。這是因?yàn)檠芯咳藛T或者工程師主要關(guān)心的內(nèi)容是溫度場(chǎng)分布、結(jié)構(gòu)位移、材料變形、流場(chǎng)速度、應(yīng)力應(yīng)變分布等。這些工程數(shù)據(jù)全部是以場(chǎng)的形式存在，構(gòu)成了數(shù)學(xué)意義上的標(biāo)量場(chǎng)、矢量場(chǎng)和張量場(chǎng)。因此，標(biāo)量場(chǎng)、矢量場(chǎng)和張量場(chǎng)的可視化占據(jù)了科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)研究的主導(dǎo)地位。——王成恩《面向科學(xué)計(jì)算的網(wǎng)格劃分與可視化技術(shù)》。
在OpenCascade中的包MeshVS提供了網(wǎng)格的可視化功能。使用包MeshVS提供的類和簡(jiǎn)單函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的靈活顯示：
l 顯示網(wǎng)格，也可以隱藏部分網(wǎng)格及頂點(diǎn)；
l 使用簡(jiǎn)單通用的接口來(lái)顯示計(jì)算和分析的結(jié)果；
l 數(shù)據(jù)有多種視覺(jué)效果：彩色云圖colors、點(diǎn)圖標(biāo)vectors、帶文字texts和變形網(wǎng)格deformed mesh；
l 網(wǎng)格實(shí)體的交互選擇；
本文主要介紹OpenCascade中MeshVS的使用方法。對(duì)有需要網(wǎng)格可視化功能的讀者，可以直接使用OpenCascade中提供的這個(gè)功能。對(duì)其實(shí)現(xiàn)算法感興趣的讀者，可以結(jié)合相關(guān)書籍，對(duì)其實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行研究。
2. Test Mesh in Draw Test Harness
在OpenCascade提供的文檔《Test Harness User’s Guide》中有一個(gè)章節(jié)，示例了MeshVS的用法AIS Viewer-Mesh Visualization Service。先通過(guò)這些Tcl的命令，來(lái)展示一下MeshVS的顯示效果。
Figure 2.1 Use meshfromstl Command to Display the Mesh
Figure 2.2 Display the Mesh in Shading Mode
Figure 2.3 Different color for each element of the Mesh
Figure 2.4 Different Color for each node with texture interpolation
上圖所示是彩色云圖（Colored Stress Patterns）的可視化。云圖是一種應(yīng)用廣泛的標(biāo)量場(chǎng)可視化方法，云圖在顏色與標(biāo)量數(shù)據(jù)之間建立某種確定映射關(guān)系，在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制一個(gè)顏色離散變化的圖像來(lái)顯示科學(xué)計(jì)算結(jié)果。云圖將標(biāo)量場(chǎng)定義域的數(shù)據(jù)映射成不同的顏色，從而通過(guò)顏色變化來(lái)反映數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。
3. MeshVS Usage
在《Visualization User’s Guide》中對(duì)MeshVS_Mesh的使用方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，在此對(duì)其簡(jiǎn)單翻譯一下。
MeshVS_Mesh是一個(gè)可交互的表示網(wǎng)格的對(duì)象，與AIS_Shape不同的是其幾何數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)源（Data Source: MeshVS_DataSource）來(lái)描述頂點(diǎn)node和元素element。所以，可以自定義數(shù)據(jù)源。然而，數(shù)據(jù)源（Data Source）并沒(méi)有提供任何屬性信息，如頂點(diǎn)的顏色（nodal colors），但是可以通過(guò)選擇不同的顯示生成器（Presentation Builder）方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
MeshVS_Mesh的顯示都是由顯示生成器（Presentation Builder: MeshVS_PrsBuilder）來(lái)生成。通過(guò)選擇不同的顯示生成器來(lái)生成不同樣式的網(wǎng)格，甚至可以自定義顯示生成器。
Figure 3.1 Different Presentation Builder for Different Style
由上圖可知，顯示生成器有五種樣式：
l MeshVS_MeshPrsBuilder：基本顯示生成器，只可用來(lái)顯示網(wǎng)格；
l MeshVS_TextPrsBuilder：文本顯示生成器，可以用來(lái)在網(wǎng)格中顯示文本；
l MeshVS_VectorPrsBuilder：向量顯示生成器，可以用來(lái)在網(wǎng)格中顯示箭頭；
l MeshVS_NodalColorPrsBuilder：頂點(diǎn)顏色生成器，可以給網(wǎng)格中每個(gè)頂點(diǎn)設(shè)置不同顏色；
l MeshVS_ElementalColorPrsBuilder：元素顏色生成器，可以給網(wǎng)格中每個(gè)三角面片設(shè)置不同的顏色；
可以通過(guò)如下函數(shù)來(lái)添加、刪除的顯示生成器：
MeshVS_Mesh::AddBuilder(const Handle_MeshVS_PrsBuilder& theBuilder,
Standard_Boolean TreatAsHilighter);
MeshVS_Mesh::RemoveBuilder(const Standard_Integer& Index);
MeshVS_Mesh::RemoveBuilderById(const Standard_Integer& Id);
如下程序所示可以顯示通過(guò)STL讀取的網(wǎng)格：
// read the data and create a data source.
Handle(StlMesh_Mesh) aSTLMesh = RWStl::ReadFile (aFile, aProgress);
Handle( XSDRAWSTLVRML_DataSource ) aDS = new XSDRAWSTLVRML_DataSource( aSTLMesh );
// create mesh.
Handle( MeshVS_Mesh ) aMesh = new MeshVS_Mesh();
aMesh->SetDataSource( aDS );
// use default presentation builder.
Handle_MeshVS_MeshPrsBuilder aBuilder = new MeshVS_MeshPrsBuilder(aMesh);
aMesh->AddBuilder(aBuilder, Standard_True);
Figure 3.2 Mesh Text by MeshVS_TextPrsBuilder
Figure 3.3 Mesh Vector by MeshVS_VectorPrsBuilder
4. Conclusion
本文對(duì)OpenCascade的網(wǎng)格顯示包MeshVS進(jìn)行了介紹，并使用不同的顯示生成器（Presentation Builder）生成不同的顯示效果。對(duì)科學(xué)計(jì)算可視化感興趣的讀者可以結(jié)合其源程序分析其實(shí)現(xiàn)。
因?yàn)閄SDRAWSTLVRML_DataSource只能讀取STL格式文件中的網(wǎng)格，且依賴Tcl，所以如果需要自己的網(wǎng)格數(shù)據(jù)源（Data Source）可以參考源程序，根據(jù)需求自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)源。
5. References
1. 王成恩. 面向科學(xué)計(jì)算的網(wǎng)格劃分與可視化技術(shù). 科學(xué)出版社. 2011