libigl/include/igl/massmatrix.cpp

// This file is part of libigl, a simple c++ geometry processing library.
// 
// Copyright (C) 2013 Alec Jacobson <[email protected]>
// 
// This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla Public License 
// v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed with this file, You can 
// obtain one at http://mozilla.org/MPL/2.0/.
#include "massmatrix.h"
#include "massmatrix_intrinsic.h"
#include "edge_lengths.h"
#include "sparse.h"
#include "doublearea.h"
#include "volume.h"
#include "repmat.h"
#include <Eigen/Geometry>
#include <iostream>

template <typename DerivedV, typename DerivedF, typename Scalar>
IGL_INLINE void igl::massmatrix(
  const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V, 
  const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F, 
  const MassMatrixType type,
  Eigen::SparseMatrix<Scalar>& M)
{
  using namespace Eigen;
  using namespace std;

  const int n = V.rows();
  const int m = F.rows();
  const int simplex_size = F.cols();

  MassMatrixType eff_type = type;
  // Use voronoi of for triangles by default, otherwise barycentric
  if(type == MASSMATRIX_TYPE_DEFAULT)
  {
    eff_type = (simplex_size == 3?MASSMATRIX_TYPE_VORONOI:MASSMATRIX_TYPE_BARYCENTRIC);
  }

  if(simplex_size == 3)
  {
    // Triangles
    // edge lengths numbered same as opposite vertices
    Matrix<Scalar,Dynamic,3> l;
    igl::edge_lengths(V,F,l);
    return massmatrix_intrinsic(l,F,type,M);
  }else if(simplex_size == 4)
  {
    // tetrahedra
    assert(V.cols() == 3 && "vertices must be defined in 3D for tetrahedra");

    Matrix<Scalar,Dynamic,1> vol;
    volume(V,F,vol);
    vol = vol.array().abs();

    Matrix<typename DerivedF::Scalar,Dynamic,1> MI;
    Matrix<typename DerivedF::Scalar,Dynamic,1> MJ;
    Matrix<Scalar,Dynamic,1> MV;

    switch (eff_type)
    {
      case MASSMATRIX_TYPE_BARYCENTRIC:
        MI.resize(m*4,1); MJ.resize(m*4,1); MV.resize(m*4,1);
        MI.block(0*m,0,m,1) = F.col(0);
        MI.block(1*m,0,m,1) = F.col(1);
        MI.block(2*m,0,m,1) = F.col(2);
        MI.block(3*m,0,m,1) = F.col(3);
        MJ = MI;
        repmat(vol,4,1,MV);
        assert(MV.rows()==m*4&&MV.cols()==1);
        MV.array() /= 4.;
        break;
      case MASSMATRIX_TYPE_VORONOI:
        {
          assert(false && "Implementation incomplete");
          break;
        }
      case MASSMATRIX_TYPE_FULL:
        MI.resize(m*16,1); MJ.resize(m*16,1); MV.resize(m*16,1);
        // indicies and values of the element mass matrix entries in the order
        // (1,0),(2,0),(3,0),(2,1),(3,1),(0,1),(3,2),(0,2),(1,2),(0,3),(1,3),(2,3),(0,0),(1,1),(2,2),(3,3);
        MI<<F.col(1),F.col(2),F.col(3),F.col(2),F.col(3),F.col(0),F.col(3),F.col(0),F.col(1),F.col(0),F.col(1),F.col(2),F.col(0),F.col(1),F.col(2),F.col(3);
        MJ<<F.col(0),F.col(0),F.col(0),F.col(1),F.col(1),F.col(1),F.col(2),F.col(2),F.col(2),F.col(3),F.col(3),F.col(3),F.col(0),F.col(1),F.col(2),F.col(3);
        repmat(vol,16,1,MV);
        assert(MV.rows()==m*16&&MV.cols()==1);
        MV.block(0*m,0,12*m,1) /= 20.;
        MV.block(12*m,0,4*m,1) /= 10.;
        break;
      default:
        assert(false && "Unknown Mass matrix eff_type");
    }
    sparse(MI,MJ,MV,n,n,M);
  }else
  {
    // Unsupported simplex size
    assert(false && "Unsupported simplex size");
  }
}

#ifdef IGL_STATIC_LIBRARY
// Explicit template instantiation
// generated by autoexplicit.sh
template void igl::massmatrix<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, double>(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, igl::MassMatrixType, Eigen::SparseMatrix<double, 0, int>&);
// generated by autoexplicit.sh
template void igl::massmatrix<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 1, -1, -1>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, double>(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 1, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, igl::MassMatrixType, Eigen::SparseMatrix<double, 0, int>&);
// generated by autoexplicit.sh
template void igl::massmatrix<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 4, 0, -1, 4>, double>(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 4, 0, -1, 4> > const&, igl::MassMatrixType, Eigen::SparseMatrix<double, 0, int>&);
// generated by autoexplicit.sh
template void igl::massmatrix<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3>, double>(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, igl::MassMatrixType, Eigen::SparseMatrix<double, 0, int>&);
template void igl::massmatrix<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3>, double>(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, igl::MassMatrixType, Eigen::SparseMatrix<double, 0, int>&);
template void igl::massmatrix<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, double>(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, igl::MassMatrixType, Eigen::SparseMatrix<double, 0, int>&);
#endif