创建 CAE 插件——了解点状网格模型 API（第 1 部分）

2023年3月9日 浏览：1279

CAE 插件的主要目的是导出网格模型。为此，插件必须将 Pointwise 表示的网格数据转换为插件所针对的求解器支持的格式。要正确进行此转换，您必须对点状网格模型 (PWGM) 有透彻的了解。

对于这篇文章，我将重点关注非结构化 PWGM。结构化 PWGM 将在以后的帖子中介绍。虽然结构化 PWGM 和非结构化 PWGM 之间有很多共同点，但也存在一些根本性差异，因此两篇文章比一篇文章更好地介绍了它们。

网格手柄

在这篇文章中，我将提到句柄。句柄是一种无需使用指针即可唯一标识任何 PWGM 实体或元素的紧凑方式。对于那些熟悉 C/C++ 的人来说，Handle 可以被认为是 SDK 的 C++ this指针。非结构化 PWGM 支持五种句柄类型：

  • PWGM_HGRIDMODEL

  • PWGM_HBLOCK

  • PWGM_HDOMAIN

  • PWGM_HVERTEX

  • PWGM_HELEMENT

每种 Handle 类型都有一个或多个 SDK 函数，用于查询 Handle 代表的实体。SDK 使用函数命名方案，其中名称的前缀反映了被查询的实体句柄。例如，所有以 a 开头的函数都将PwDomaPWGM_HDOMAIN作为它们的第一个参数（域的this指针）。

使用 Handles 还可以减少 SDK 函数所需的参数数量。它们的使用还允许在您的插件代码中进行更简单的函数调用。例如，如果没有句柄，块元素函数将需要三个参数来唯一标识给定的 PWGM 块元素：

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

但是，使用句柄，函数调用变为：

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

您还可以使用各种 SDK 宏从句柄中提取信息。有关详细信息，请参阅CAE 插件 SDK 文档的模块/PWGM-API 不透明数据处理类型部分。

网格层次结构

非结构化 PWGM 以层次结构排列。这个层次结构的根是网格模型本身。在导出时，网格模型的句柄runtimeWrite()使用参数传递给插件的函数 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]

非结构化 PWGM 分为两个不同但相关的视图。第一个视图提供对网格模型的以单元格为中心的访问。第二个视图提供以面为中心的网格模型访问。

当前 1.0 R3 版本的插件 SDK 中不提供以人脸为中心的视图 API。但是，编码已完成并正在测试中。我希望在接下来的几周内发布它。

更新：以人脸为中心的视图 API 现在可用于 Pointwise v17.1 + Plugin SDK v1.0 R4！

在以细胞为中心的视图中，网格模型包括

  • 一组块，每个块都有一组单元格元素和一个条件。

  • 一组域，每个域都有一组面元素和一个条件。

  • 一组顶点。

在以面为中心的视图中，网格模型包括

  • 所有块单元格元素的一个数组。

  • 所有单元面元素的一个数组，包括位于网格边界上的面和网格内部的面。

  • 一组顶点。

重要的是要注意，以单元为中心的视图和以面为中心的视图都使用相同的顶点数组。如上所述，顶点是将两种观点联系在一起的共同关系。完整的网格模型层次结构如下图所示。

创建 CAE 插件——了解点状网格模型 API（第 1 部分）的图1

网格模型层次结构

网格维数

对于注意到上面的讨论没有提到 2D 网格与 3D 网格的人来说，这是一颗金星。这是因为 PWGM 使访问网格数据（大部分）独立于网格的维度。

与 Pointwise 本身一样，PWGM 支持 2D 和 3D 网格。但是，有一个关键区别。PWGM 独立于其 2D 或 3D 维度为网格数据提供相同的接口。PWGM 的一致性是使用五个通用实体实现的；块、域、元素、顶点和条件。具体来说，从 PWGM 的角度来看：

  • 一个块是块元素的集合，所有元素都被分配了一个共同的体积条件。每个块都由一个唯一的整数索引标识。索引范围从 0 到模型中的块数 (Nb) 减去 1 (0 … Nb-1)。

  • 域是域元素的集合，所有域元素都分配了一个公共边界条件。每个域都由一个唯一的整数索引标识。指数范围从 0 到模型中的域数 (Nd) 减去 1 (0 … Nd-1)。

  • 顶点是由唯一的整数索引标识的单个 XYZ 坐标。索引范围从 0 到模型中的顶点数 (Nv) 减去 1 (0 … Nv-1)。

  • 元素是顶点索引的有序集合。索引顺序定义了元素的连接性（请参阅模块/单元连接性）。

  • 条件是一组两个用户定义的属性和两个求解器定义的属性。

插件使用相同的函数调用访问此实体层次结构。2D 和 3D 之间的区别仅在元素中发挥作用。例如，3D 块的元素是六边形、棱柱、金字塔和四边形。3D 边界域的元素是三边形和四边形。同样，二维块的元素是三边形和四边形。二维边界域的元素是条（线）。下表总结了 PWGM 网格实体、它们的元素和相应的逐点网格实体之间的关系。

创建 CAE 插件——了解点状网格模型 API（第 1 部分）的图2

按维度划分的网格模型元素类型和 Pointwise 实体类型

在将您在 Pointwise 中创建的网格传递给插件之前，共享相同边界条件的 Pointwise 边界实体（3D 域或 2D 连接器）被合并到一个 PWGM 域中。因此，PWGM 域的数量可能与点边界实体的数量不同，具体取决于点边界条件应用于网格的方式。

相反，共享共同体积条件的逐点体积（3D 中的块或 2D 中的域）不会合并。这意味着 PWGM 块的数量始终等于 Pointwise 体积实体的数量。下图说明了 2D Pointwise 网格如何出现在以单元为中心的视图的插件中。

创建 CAE 插件——了解点状网格模型 API（第 1 部分）的图3

边界合并如何在将点状网格传递给插件（以单元为中心的视图）之前更改点状网格。

在以面为中心的视图中，边界和体积条件的合并没有意义，因为块和域仅作为单元和面元素访问。下图说明了相同的 2D Pointwise 网格如何出现在以面为中心的视图的插件中。

创建 CAE 插件——了解点状网格模型 API（第 1 部分）的图4

在以面为中心的视图中，Pointwise 网格如何呈现给插件。

枚举实体

PWGM 提供对所有网格实体及其相应元素的枚举、随机访问，但以面为中心的视图中的面除外。使用此方案，为每个实体或实体元素提供一个 SDK 功能以确定网格模型中存在的项目数。然后将计数与其他相关的枚举 SDK 函数一起使用，以逐一遍历项目层次结构。例如，网格模型块的数量是使用该PwModBlockCount()函数确定的。有了这个计数，您就可以使用该函数枚举块PwModEnumBlocks()。PWGM 枚举函数返回请求项的句柄。顶部的模型级函数名称以PwMod字首。这些函数都将网格模型句柄作为其输入，并向枚举的网格模型实体返回计数或句柄。非结构化 PWGM 目前支持的顶级模型级功能是

[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）；
[/源代码]

枚举块或域的元素以类似的方式完成。首先，您使用适当的块或域句柄（使用上述函数获得）获得实体的元素计数。然后，使用计数，逐个枚举元素，获得每个元素的句柄。元素的句柄用于获取元素的数据。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 块，PWP_UINT32 ndx）；
PWP_UINT32 PwDomElementCount（PWGM_HDOMAIN 域，PWGM_ELEMCOUNTS *pCounts）；
PWGM_HELEMENT PwDomEnumElements（PWGM_HDOMAIN 域，PWP_UINT32 ndx）；
[/源代码]

使用两个函数获取元素的数据：

[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）；
[/源代码]

除了元素之外，每个块和域都有一个关联的条件。条件表示块的体积条件或域的边界条件。使用下面列出的函数获取条件数据：

[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）；
[/源代码]

网格模型的 XYZ 顶点数据是使用下面列出的函数获得的。特定导出格式的细节将决定使用哪些功能。有关详细信息，请参阅插件文档。

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

流媒体实体

PWGM 提供对以人脸为中心的视图的人脸的“流式”访问。从某种意义上说，它们是流式传输的，一次可以让一个插件使用这些面孔。一旦插件完成了面部元素，它就无法再次访问面部元素，除非从头开始重新启动流（除非您在插件中制作面部数据的本地副本）。

我们决定在 PWGM 中使用人脸流，以最大限度地减少导出过程中消耗的额外内存量。Pointwise 没有明确存储网格面信息。因此，为了提供以面部为中心的视图，PWGM 需要处理以细胞为中心的数据并将其转换为以面部为中心的表示。为枚举、随机访问存储完整的、以面部为中心的视图可以使以细胞为中心的视图已经需要的 RAM 量增加一倍以上。而且，正如我们的许多客户已经知道的那样，大型网格模型可能会超出许多现代计算机的 RAM 限制。添加非流式面部元素数据可能会超过计算机可用的 RAM，并且根本无法导出一些大网格！

插件通过调用 PwModStreamFaces()SDK 函数启动人脸流会话。此函数接受一个PWGM_ENUM_FACEORDER值、三个回调函数和一个用户数据指针。

[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);
[/源代码]

可选的用户数据指针可以设置为 null 或者它可以用于将插件特定的运行时信息传递给流会话的所有阶段。用户数据指针被传递给三个回调中的每一个。

面部顺序值控制面部在流式传输期间的分组方式。下面列出了支持的订单。

[sourcecode language=”cpp” gutter=”true” toolbar=”false”]
typedef enum PWGM_ENUM_FCEORDER_e {
PWGM_FACEORDER_DONTCARE, // 任意顺序的所有单元面
PWGM_FACEORDER_BOUNDARYFIRST, // 边界内的所有单元面，内部顺序
PWGM_FACEORDER_INTERIORFIRST, // 所有单元内部面，边界顺序
PWGM_FACEORDER_BOUNDARYONLY, // 只有边界单元面
PWGM_FCEORDER_INTERIORONLY, // 只有内部单元面
PWGM_FCEORDER_BCGROUPSFIRST, // BoundaryFirst 按 BCs 分组
PWGM_FACEORDER_BCGROUPSLAST, // InteriorFirst 按 BCs
分组 PWGM_FACEORDER_BCGROUPSONLY, //
Boundary_UM_WORDER
}
[/源代码]

使用三个回调函数将面孔流式传输到插件。beginCB()PWGM 在流会话开始时调用一次回调。此回调接收将流式传输的边界、内部和总面数。

[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；//请求的单元格面流序列顺序。
PWP_UINT32 totalNumFaces；// 模型中的总面数（= #Boundary + #Interior）。
PWP_UINT32 numBoundaryFaces；// # totalNumFaces 中的面位于模型的边界上。
PWP_UINT32 numInteriorFaces；// # totalNumFaces 中位于模型内部的面。
PWGM_ELEMCOUNTS 计数；// 模型的总元素数。
PWGM_HGRIDMODEL 模型；// 网格模型句柄
void *userData; // 指针传递给 PwModStreamFaces(…, void *userData)
}
PWGM_BEGINSTREAM_DATA;
[/源代码]

当插件从 返回时beginCB()，PWGM 开始处理以单元格为中心的数据。面完成后，它们将传递给faceCB()回调。传递给此回调的信息包括面类型（内部或边界）、面顶点和面任一侧的块单元格元素。

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

typedef struct PWGM_FACESTREAM_DATA_t {
PWGM_HGRIDMODEL 模型；// 网格模型句柄
PWP_UINT32 面；// 人脸在模型索引空间中的索引
PWGM_ELEMDATA elemData; // 人脸的元素数据。
PWGM_ENUM_FACETYPE 类型；// PWGM_FACETYPE_XXX 类型之一。
PWGM_FACEREF_DATA 所有者；// 拥有面的块元素。
PWGM_FACEREF_DATA 邻居；// 面另一侧的块元素。// 如果类型为 PWGM_FACETYPE_BOUNDARY，则此值
未定义。
无效*用户数据；// 指针传递给 PwModStreamFaces(…, void *userData)
}
PWGM_FACESTREAM_DATA;
[/源代码]

最后一张脸传递给 后faceCB()，PWGM 对回调进行最后一次调用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；// 网格模型句柄
PWP_BOOL ok; // PWP_TRUE 如果流式传输成功完成
void *userData; // 指针传递给 PwModStreamFaces(…, void *userData)
}
PWGM_ENDSTREAM_DATA;
[/源代码]

以下示例 C++ 代码显示了正在使用的流式 API。

[sourcecode language=”cpp” collapse=”true”]
/*************************************** **/
PWP_UINT32
beginCB(PWGM_BEGINSTREAM_DATA *data)
{
// 将用户数据指针转换为 CAEP_RTITEM*
CAEP_RTITEM *pRti = (CAEP_RTITEM*)data->userData;

// 在这里进行初始化

// 设置开始进度步数
 return caeuProgressBeginStep(pRti, data->totalNumFaces);
}

/******************************************/
PWP_UINT32
faceCB(PWGM_FACESTREAM_DATA *data)
{
//将用户数据指针转换为 CAEP_RTITEM*
CAEP_RTITEM *pRti = (CAEP_RTITEM*)data->userData；

// 处理这张脸
if (PWGM_FACETYPE_INTERIOR == data->type) {
// 做点什么
}
else if (PWGM_FACETYPE_BOUNDARY == data->type) {
// 做点别的
 }

// 递增进度
return caeuProgressIncr(pRti);
}

/******************************************/
PWP_UINT32
endCB(PWGM_ENDSTREAM_DATA *data)
{
//将用户数据指针转换为 CAEP_RTITEM*
CAEP_RTITEM *pRti = (CAEP_RTITEM*)data->userData；

// 在这里执行最后的清理

// 结束进度步骤
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，将 pRti 作为 PwModStreamFaces(…, void *userData) 参数传递。
// 但是，可以使用任何特定于实现的值。
ret = PwModStreamFaces（模型，PWGM_FACEORDER_BCGROUPSLAST，beginCB，faceCB，endCB，pRti）；
}
caeuProgressEnd(pRti, ret);
返还；
}
[/源代码]

了解 Pointwise CAE 插件 SDK 中可用的非结构化网格模型后，您应该能够创建一个插件，将您选择的求解器添加到 Pointwise。与往常一样，如果您有任何其他问题，请随时联系 Pointwise 支持。我们随时为您提供帮助！

我将在下一篇文章中介绍结构化网格模型。

文章来源：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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