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
視覺是人類獲取外部信息和相互交流的主要手段。科學(xué)計算可視化包括曲線曲面擬合、坐標(biāo)變換、體繪制等，核心是物理場可視化。這是因為研究人員或者工程師主要關(guān)心的內(nèi)容是溫度場分布、結(jié)構(gòu)位移、材料變形、流場速度、應(yīng)力應(yīng)變分布等。這些工程數(shù)據(jù)全部是以場的形式存在，構(gòu)成了數(shù)學(xué)意義上的標(biāo)量場、矢量場和張量場。因此，標(biāo)量場、矢量場和張量場的可視化占據(jù)了科學(xué)計算可視化技術(shù)研究的主導(dǎo)地位。——王成恩《面向科學(xué)計算的網(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提供的類和簡單函數(shù)可以實現(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；
l 使用簡單通用的接口來顯示計算和分析的結(jié)果；
l 數(shù)據(jù)有多種視覺效果：彩色云圖colors、點圖標(biāo)vectors、帶文字texts和變形網(wǎng)格deformed mesh；
l 網(wǎng)格實體的交互選擇；
本文主要介紹OpenCascade中MeshVS的使用方法。對有需要網(wǎng)格可視化功能的讀者，可以直接使用OpenCascade中提供的這個功能。對其實現(xiàn)算法感興趣的讀者，可以結(jié)合相關(guān)書籍，對其實現(xiàn)原理進行研究。
2. Test Mesh in Draw Test Harness
在OpenCascade提供的文檔《Test Harness User’s Guide》中有一個章節(jié)，示例了MeshVS的用法AIS Viewer-Mesh Visualization Service。先通過這些Tcl的命令，來展示一下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，在計算機屏幕上繪制一個顏色離散變化的圖像來顯示科學(xué)計算結(jié)果。云圖將標(biāo)量場定義域的數(shù)據(jù)映射成不同的顏色，從而通過顏色變化來反映數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。
3. MeshVS Usage
在《Visualization User’s Guide》中對MeshVS_Mesh的使用方法進行了詳細(xì)說明，在此對其簡單翻譯一下。
MeshVS_Mesh是一個可交互的表示網(wǎng)格的對象，與AIS_Shape不同的是其幾何數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)源（Data Source: MeshVS_DataSource）來描述頂點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）并沒有提供任何屬性信息，如頂點的顏色（nodal colors），但是可以通過選擇不同的顯示生成器（Presentation Builder）方式來實現(xiàn)。
MeshVS_Mesh的顯示都是由顯示生成器（Presentation Builder: MeshVS_PrsBuilder）來生成。通過選擇不同的顯示生成器來生成不同樣式的網(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，只可用來顯示網(wǎng)格；
l MeshVS_TextPrsBuilder：文本顯示生成器，可以用來在網(wǎng)格中顯示文本；
l MeshVS_VectorPrsBuilder：向量顯示生成器，可以用來在網(wǎng)格中顯示箭頭；
l MeshVS_NodalColorPrsBuilder：頂點顏色生成器，可以給網(wǎng)格中每個頂點設(shè)置不同顏色；
l MeshVS_ElementalColorPrsBuilder：元素顏色生成器，可以給網(wǎng)格中每個三角面片設(shè)置不同的顏色；
可以通過如下函數(shù)來添加、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OpenCascade的網(wǎng)格顯示包MeshVS進行了介紹，并使用不同的顯示生成器（Presentation Builder）生成不同的顯示效果。對科學(xué)計算可視化感興趣的讀者可以結(jié)合其源程序分析其實現(xiàn)。
因為XSDRAWSTLVRML_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)需求自己實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)源。
5. References
1. 王成恩. 面向科學(xué)計算的網(wǎng)格劃分與可視化技術(shù). 科學(xué)出版社. 2011