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本文目录文件结构块格式本文中的网格文件指的是Gmsh的ASCII文本文件,内容主要参考Gmsh的官方文档:http://gmsh.info/doc/texinfo/gmsh.html#MSH-ASCII-file-format。
_$ u8 g& a2 i3 ?: `* i2 r0 o% M 文件结构返回目录Gmsh网格文件由一个或多个块(section)构成。块定义以$Name开始,$EndName结尾,例如$Nodes和$EndNodes共同定义一个块。$MeshFormat块是必须的(第一个出现的块),$Nodes, $Elements等块可选。如果定义了$Elements块,则必须给出$Node块。目前$Nodes和$Elements块在一个文件中只允许出现一次(未来版本可能会更改),其他块可重复多次。如果遇到了未定义的块,Gmsh将跳过该块。利用此特性可以为Gmsh网格文件增加注释,例如放在$Comment和$EndComment包裹的块中。
. m1 g3 A$ t S9 z ~# r9 {2 h 块格式返回目录以下对常见的各个块格式做说明。
" V" t6 o p* C3 @. nMeshFormat$MeshFormat块给出三部分信息:. ]3 C" X6 S; c* w* s4 }( M
[ol]文件格式版本号,目前是固定值2.2;文件类型,在ASCII文件中值为0;数据长度,即单精度浮点数所占字节数,通常为8。[/ol]一个典型的MeshFormat块:" ~8 `9 y. Z8 B! P
$MeshFormat
0 K0 A" [2 C+ s( G0 i+ u0 g0 p2 D+ B2.2 0 8
: K8 e! W- X3 z& W x$EndMeshFormat
( H. R. O& d3 J0 B3 B4 |6 RNodesNodes块第一行为顶点总数,接下来每一行按照“顶点编号 X坐标 Y坐标 Z坐标”的格式定义一个顶点。Gmsh是三维网格生成器,二维顶点只需把Z坐标设置为常数即可。6 n# O1 O# f* Z, z9 B; j
一个典型的Nodes块:
/ E' G$ ]" P% Y+ q$Nodes
* ~5 f9 O) f: y5 S7 R" g( L9 g* x0 D4; n7 W6 D- A% C! I% D e
1 0.0 0.0 0.0
, c( x! g8 O9 P$ k2 1.0 0.0 0.0
% R& _5 Y$ ?, @5 u! W- Y3 1.0 1.0 0.07 Z3 m* ]+ F- J4 J# L. c4 D
4 0.0 1.0 0.03 F& F4 C! F4 ` V# B# u
$EndNodes7 N- c1 }' W9 A( K- ~. p! a* h6 |" E; `
Elements注意:Gmsh默认Nodes块出现在Elements之前。' z/ i" B! ^! }. d
Elements块是网格中最关键的块,也是结构定义相对复杂的块。Elements块的结构如下:
1 ?# _$ W" V$ ^/ ` [7 ~( W网格数* d) O0 t% L/ U8 ~. g
网格编号 网格类型 tag数量 tag列表 顶点列表" p! ~& u% _! J6 ^
网格单元的顶点数由单元类型决定,因此定义行中未出现顶点数字段。
' X/ o! `( }: Q9 ~5 L理论上,网格的顶点数和tag数可以是不小于0的任意整数,所以定义网格单元的行长度不固定,单元可能有不同数量的tag以及顶点。6 a, I9 Q5 [9 p1 Z5 S
Gmsh支持的主要网格类型编号如下:
) Q* Y( f- ]% }1 Z1: 两个点组成的线段4 W" F( T% T1 U7 i
2:三个点组成的三角形
2 k9 f# K) Y! G: S# ]+ Z6 p' }+ y3:四个点组成的四边形
2 {1 ~% T( j( n4:四个点组成的立方体
( U, f$ ?9 b, i" c1 j3 E5:八个点组成的六面体
: {% e' c! K% W4 P/ s6:六个点组成的棱柱
$ O2 S$ u/ y6 I: }7:五个点组成的金字塔体& F I2 N! B s6 I! r* D2 Y4 j8 r# r
8:三个点组成的二阶线段 (2个起止顶点+1个边上顶点)
[ c9 u+ B" b& w* [- `9:六个点组成的二阶三角形 (3个顶点+3个边上顶点)
+ z8 w& h+ x, C. G& O' D+ S) [5 x10:9个点组成的二阶四边形 (4个顶点+4个边上顶点+1个面上顶点)
6 U+ {: ` D9 P0 ]11:10个点组成的二阶立方体 (4个顶点+6个边上顶点)7 k2 e P- T3 V
12:27个点组成的二阶六面体 (8个顶点+12个边上顶点+6个面上顶点+1个体节点)3 R E, z: C/ k3 D3 C
13:18个顶点组成的二阶棱柱 (6个顶点+ 9个边上顶点+3个四边形面上顶点)
/ m7 j8 l! k4 H+ x. z8 o! N14:14个顶点组成的二阶金字塔 (5个顶点+8个边上节点+1个底面四边形的面上顶点)2 N8 }/ M0 [7 v
15:单个顶点3 @1 O8 D: L, b, r, B
16:8个顶点组成的二阶四边形 (4个顶点+4个边上顶点)/ _7 R8 r) v, o" ~- z& v/ F) T
17:20个顶点组成的二阶六面体 (8个顶点+12个边上节点)
; W" M0 r$ p. a! Y. Q2 e18:15个顶点组成的二阶棱柱(6个顶点+9个边上节点)
; w# H5 O2 V I* k* S" m1 I" \19:13个顶点组成的二阶金字塔 (5个顶点+8个边上节点).
4 _! o7 P G. M, U) x5 |6 R其他高阶网格定义请参考官方文档
2 n6 i+ M8 y; q# D, N- A常规情形下,每个网格单元都包含如下tag:一个指示网格所属的物理实体的tag,个个指示网格所归属的几何实体的tag,一个指示网格单元所在的分区编号的tag。Gmsh和大多数代码要求单元至少包含前两个tag。3 @* D% u6 m C' C3 M9 [
顶点列表给出组成网格单元的顶点编号,其中编号是出现在$Nodes块中的顶点编号。对于高阶网格单元,Gmsh按照如下顺序对顶点进行编号:. w3 D- R* g# c. H5 n
[ol]单元的基本顶点每个边上的顶点每个面上的顶点体顶点[/ol]总体原则即:高阶网格顶点出现在低阶网格顶点之后。不能处理高阶网格的程序,只需要读取低阶网格顶点即可。
4 n3 O8 |# U1 e; O1 k其他块的字段含义请参考官方文档。
% k, M, E/ K, `效率提示Gmsh没有要求元素的编号是连续的。但出于效率考虑,请尽量使用连续、紧凑的编号。例如两个顶点的编号,不用0和1,而是1, 10000,会导致程序性能下降:Gmsh不得不使用map而非数组来存储和访问元素,后处理程序中会分配10000个单元(大部分是无用的空值)的数组,而这些代价都是可避免的。+ X, G, u, @! p, V0 c1 T
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