Python中利用PyGmsh与PyVista高效进行网格生成与可视化

pip install pygmsh pyvista vtk

import pygmsh

def create_simple_mesh():
    # 创建一个内置几何体对象
    geom = pygmsh.built_in.Geometry()

    # 在原点[0.0, 0.0, 0.0]处添加一个半径为1.0的圆形
    # 这里的参数也可以控制网格密度，例如`lcar`
    geom.add_circle([0.0, 0.0, 0.0], 1.0, lcar=0.1) # lcar控制网格大小

    # 生成网格
    # 默认生成2D三角形网格，可以通过Gmsh选项调整
    mesh = pygmsh.generate_mesh(geom)
    return mesh

# 调用函数生成网格
generated_mesh = create_simple_mesh()

import gmsh
import pygmsh
import pyvista as pv

# 初始化Gmsh
gmsh.initialize()

# 假设您有一个名为 "input.step" 的STEP文件
# gmsh.merge("input.step")

# 如果您想在导入的几何体上定义物理组或设置网格参数
# gmsh.model.addPhysicalGroup(2, [1], 1, "MySurface") # 示例：添加一个物理表面组

# 在导入几何体后，您可以像通常一样设置网格选项
# gmsh.option.setNumber('Mesh.Algorithm', 6) # 设置为Delaunay三角网格算法
# gmsh.option.setNumber('Mesh.MeshSizeMin', 0.1)
# gmsh.option.setNumber('Mesh.MeshSizeMax', 1.0)

# 生成网格 (这里假设已经有几何体在Gmsh内核中)
# gmsh.model.mesh.generate(2) # 生成2D网格

# 从Gmsh内核获取网格数据
# mesh = pygmsh.helpers.get_mesh_from_gmsh() # PyGmsh提供了一些辅助函数来从Gmsh获取数据

# gmsh.finalize()

import pyvista as pv

# 假设 generated_mesh 是前面 PyGmsh 生成的网格对象
# 从网格中提取点（节点坐标）
points = generated_mesh.points

# 从网格中提取单元（例如，三角形单元）
# mesh.cells_dict 是一个字典，键是单元类型（如"triangle"），值是单元数组
# 每个单元数组的第一个元素是单元类型ID，后面是节点ID
# 对于PyVista的PolyData，我们只需要节点ID
cells = generated_mesh.cells_dict["triangle"]

# 将PyGmsh的单元格式转换为PyVista的格式
# PyVista的单元数组格式是：[num_points_in_cell, point_id_1, point_id_2, ..., num_points_in_cell, point_id_n, ...]
# PyGmsh的cells_dict["triangle"]格式是：[[point_id_1, point_id_2, point_id_3], ...]
# 因此需要进行转换
pyvista_cells = []
for cell in cells:
    pyvista_cells.append(len(cell)) # 添加单元中的点数
    pyvista_cells.extend(cell)      # 添加单元的节点ID

# 使用点和转换后的单元创建PyVista的PolyData对象
pv_mesh = pv.PolyData(points, pyvista_cells)

# 创建一个绘图器
plotter = pv.Plotter()

# 将网格添加到绘图器中
# show_edges=True 可以显示网格的边界线，有助于观察网格结构
plotter.add_mesh(pv_mesh, show_edges=True, color='lightgray')

# 设置网格边缘颜色（可选）
# plotter.add_mesh(pv_mesh.extract_all_edges(), color='black', line_width=2)

# 显示绘图窗口
plotter.show()

import pygmsh
import pyvista as pv
import numpy as np

# 1. 使用PyGmsh生成网格的函数
def generate_and_get_mesh_data():
    geom = pygmsh.built_in.Geometry()
    # 定义一个复杂的几何体，例如一个带有孔的矩形
    # 定义外部矩形
    rect_points = [
        [0.0, 0.0, 0.0],
        [2.0, 0.0, 0.0],
        [2.0, 1.0, 0.0],
        [0.0, 1.0, 0.0]
    ]
    polygon = geom.add_polygon(rect_points, lcar=0.1)

    # 定义内部圆形孔
    hole = geom.add_circle([1.0, 0.5, 0.0], 0.2, lcar=0.05) # 孔的网格更细

    # 从多边形中减去孔
    geom.add_plane_surface([polygon.curve_loop, hole.curve_loop])

    # 生成网格
    # 可以设置Gmsh选项，例如强制生成四边形网格（如果适用且几何体允许）
    # pygmsh.generate_mesh 默认使用Gmsh的自动算法
    # mesh = pygmsh.generate_mesh(geom, gmsh_options=["-algo", "quad"]) # 尝试四边形网格算法
    mesh = pygmsh.generate_mesh(geom)

    # 从PyGmsh的mesh对象中提取PyVista所需的点和单元
    points = mesh.points
    # 提取三角形单元
    cells_tri = mesh.cells_dict.get("triangle", [])

    # 转换单元格式
    pyvista_cells = []
    for cell in cells_tri:
        pyvista_cells.append(len(cell))
        pyvista_cells.extend(cell)

    return points, pyvista_cells

# 2. 生成网格数据
mesh_points, mesh_cells = generate_and_get_mesh_data()

# 3. 使用PyVista进行可视化
if mesh_points.size > 0 and len(mesh_cells) > 0:
    # 创建PyVista的PolyData对象
    pv_mesh = pv.PolyData(mesh_points, mesh_cells)

    # 创建绘图器并添加网格
    plotter = pv.Plotter(window_size=[800, 600])
    plotter.add_mesh(pv_mesh, show_edges=True, color='lightblue', opacity=0.8)

    # 添加坐标轴和网格
    plotter.show_axes()
    plotter.add_bounding_box()

    # 显示窗口
    plotter.show()
else:
    print("未能生成有效的网格数据，请检查几何定义或网格参数。")