快速读取部分文件的格式化数据（Gmsh网格格式）

Posted 2021-05-03

我维护a little Python package，它可以在用于网格表示的不同格式之间进行转换

这些文件可能会变得非常大，因此在使用Python阅读它们时，有效地执行它们非常重要。

最常用的格式之一是来自msh的Gmsh。不幸的是，它的数据布局可能不是最好的。示例文件：

$MeshFormat
2.2 0 8
$EndMeshFormat
$Nodes
8
1 -0.5 -0.5 -0.5
2  0.5 -0.5 -0.5
3 -0.5  0.5 -0.5
4  0.5  0.5 -0.5
5 -0.5 -0.5  0.5
6  0.5 -0.5  0.5
7 -0.5  0.5  0.5
8  0.5  0.5  0.5
$EndNodes
$Elements
2
1 4 2 1 11 1 2 3 5
2 4 2 1 11 2 5 6 8
$EndElements

• 对于$Nodes： 第一个数字（8）是要遵循的节点数。 在每个节点行中，第一个数字是索引（格式的静止部分实际上不需要，ugh），然后遵循三个空间坐标。 到目前为止，我没有在islice循环中提出任何比fors更好的东西，这非常慢。

# The first line is the number of nodes
line = next(islice(f, 1))
num_nodes = int(line)
#
points = numpy.empty((num_nodes, 3))
for k, line in enumerate(islice(f, num_nodes)):
    points[k, :] = numpy.array(line.split(), dtype=float)[1:]
    line = next(islice(f, 1))
assert line.strip() == '$EndNodes'

• 对于$Elements： 第一个数字（2）是要遵循的元素数量。 在每个元素行中，第一个数字是索引，然后是元素类型的枚举（4用于四面体）。然后是这个元素的整数标记的数量（在这里每个情况下都是2，即1和11）。对应于元素类型，此行中的最后几个条目对应于构成元素的$Node索引 - 在四面体的情况下，最后四个条目。 由于标签的数量可以在元素之间变化（即，线到线），就像元素类型和节点索引的数量一样，每条线可以具有不同数量的整数。

对于$Nodes和$Elements，我们非常感谢您快速阅读这些数据。

答案

这是一个基于NumPy的有点奇怪的实现：

f = open('foo.msh')
f.readline() # '$MeshFormat
'
f.readline() # '2.2 0 8
'
f.readline() # '$EndMeshFormat
'
f.readline() # '$Nodes
'
n_nodes = int(f.readline()) # '8
'
nodes = numpy.fromfile(f,count=n_nodes*4, sep=" ").reshape((n_nodes,4))
# array([[ 1. , -0.5, -0.5, -0.5],
#   [ 2. ,  0.5, -0.5, -0.5],
#   [ 3. , -0.5,  0.5, -0.5],
#   [ 4. ,  0.5,  0.5, -0.5],
#   [ 5. , -0.5, -0.5,  0.5],
#   [ 6. ,  0.5, -0.5,  0.5],
#   [ 7. , -0.5,  0.5,  0.5],
#   [ 8. ,  0.5,  0.5,  0.5]])
f.readline() # '$EndNodes
'
f.readline() # '$Elements
'
n_elems = int(f.readline()) # '2
'
elems = numpy.fromfile(f,sep=" ")[:-1] # $EndElements read as -1
# This array must be reshaped based on the element type(s)
# array([  1.,   4.,   2.,   1.,  11.,   1.,   2.,   3.,   5.,   2.,   4.,
#    2.,   1.,  11.,   2.,   5.,   6.,   8.])

另一答案

为什么不在Gmsh SDK中使用gmsh python API？例如，使用文件explore.py（位于SDK tarball中）来读取您的示例（我将其命名为test.msh）输出：

Info    : No current model available: creating one
Info    : Reading 'test.msh'...
Info    : 8 vertices
Info    : 2 elements
Info    : Done reading 'test.msh'
6 mesh nodes and 2 mesh elements on entity (3, 11) Discrete volume
 - Element type: Tetrahedron 4, order 1
   with 4 nodes in param coord:  [0. 0. 0. 1. 0. 0. 0. 1. 0. 0. 0. 1.]

节点和元素存储为numpy数组。