Python中利用PyGmsh与PyVista进行网格生成与可视化教程

pip install pygmsh pyvista vtk

import pygmsh

def create_simple_mesh():
    """
    使用pygmsh创建一个简单的圆形二维网格。
    """
    # 初始化一个内置几何对象
    geom = pygmsh.built_in.Geometry()

    # 添加一个圆心在(0,0,0)、半径为1.0的圆
    # 最后一个参数是网格尺寸，这里设置为0.1
    circle_loop = geom.add_circle([0.0, 0.0, 0.0], 1.0, mesh_size=0.1)

    # 确保圆的内部被网格化
    # 对于二维网格，通常需要一个平面来定义区域
    # 这里的add_plane_surface是基于一个曲线环来创建平面
    geom.add_plane_surface(circle_loop)

    # 生成网格
    mesh = pygmsh.generate_mesh(geom)
    return mesh

# 调用函数生成网格
mesh_data = create_simple_mesh()
print(f"生成的网格包含 {len(mesh_data.points)} 个点和 {len(mesh_data.cells)} 种单元类型。")

# 示例：生成四边形网格
def create_quad_mesh():
    geom = pygmsh.built_in.Geometry()
    circle_loop = geom.add_circle([0.0, 0.0, 0.0], 1.0, mesh_size=0.2)
    # 尝试生成四边形网格
    geom.add_plane_surface(circle_loop, recombine=True, recombination_algorithm="Blossom")
    # 设置全局网格选项
    geom.set_mesh_options(
        mesh_algorithm=8, # 8 通常对应 Gmsh 的 Quad meshing algorithm
        recombine_all=True,
        recombination_algorithm=3 # 3 对应 Gmsh 的 Blossom full-quad
    )
    mesh = pygmsh.generate_mesh(geom)
    return mesh

# mesh_data_quad = create_quad_mesh()
# print(f"生成的四边形网格包含 {len(mesh_data_quad.points)} 个点。")

# 假设 mesh_data 是由 create_simple_mesh() 生成的网格对象
# 提取节点坐标
points = mesh_data.points

# 提取单元信息。对于二维网格，通常是三角形或四边形。
# cells_dict是一个字典，键是单元类型（如"triangle", "quad"），值是Numpy数组。
# 每个数组的第一列是单元类型ID，后续列是构成单元的节点索引。
# PyVista期望的单元格式是一个扁平的数组，其中每个单元的第一个元素是该单元的节点数。
# 例如，对于三角形，格式是 [3, idx1, idx2, idx3, 3, idx4, idx5, idx6, ...]

import pyvista as pv
import numpy as np

# 从pygmsh网格中提取点和三角形单元
points = mesh_data.points
# pygmsh的cells_dict['triangle']直接给出的是节点索引
triangle_cells_indices = mesh_data.cells_dict["triangle"]

# 将三角形单元索引转换为PyVista所需的格式
# 每个三角形有3个节点，所以我们需要在每个三角形的索引前面加上3
# np.insert(triangle_cells_indices, 0, 3, axis=1) 可以实现这个操作
# 但更通用且推荐的做法是使用 np.hstack 和 np.full
cells_pyvista_format = np.hstack([
    np.full((len(triangle_cells_indices), 1), 3), # 每个三角形前插入3
    triangle_cells_indices
]).flatten() # 展平为一维数组

# 创建一个PyVista PolyData对象
pv_mesh = pv.PolyData(points, cells_pyvista_format)

# 或者，如果pygmsh的输出兼容，可以直接使用
# pv_mesh = pv.wrap(mesh_data) # pyvista 0.38+ 支持直接从pygmsh对象创建

# 创建一个绘图器
plotter = pv.Plotter()

# 添加网格到绘图器
# show_edges=True 可以显示网格的边，便于观察网格结构
plotter.add_mesh(pv_mesh, show_edges=True, color='lightgray', line_width=0.5)

# 设置背景色（可选）
plotter.set_background('white')

# 显示可视化窗口
plotter.show()

import pygmsh
import pyvista as pv
import numpy as np

# 1. 定义和生成网格
def create_mesh_and_get_data():
    geom = pygmsh.built_in.Geometry()
    circle_loop = geom.add_circle([0.0, 0.0, 0.0], 1.0, mesh_size=0.1)
    geom.add_plane_surface(circle_loop)
    mesh = pygmsh.generate_mesh(geom)
    return mesh

mesh_data = create_mesh_and_get_data()

# 2. 提取并准备PyVista所需的数据
points = mesh_data.points
triangle_cells_indices = mesh_data.cells_dict["triangle"]

# 将三角形单元索引转换为PyVista所需的格式
cells_pyvista_format = np.hstack([
    np.full((len(triangle_cells_indices), 1), 3),
    triangle_cells_indices
]).flatten()

# 3. 创建PyVista网格对象
pv_mesh = pv.PolyData(points, cells_pyvista_format)

# 4. 可视化网格
plotter = pv.Plotter(window_size=[800, 600])
plotter.add_mesh(pv_mesh, show_edges=True, color='lightgray', line_width=0.5)
plotter.set_background('white')
plotter.add_text("PyGmsh Generated Mesh", position='upper_left', color='black', font_size=10)
plotter.show()

# 5. 可选：保存网格到VTK文件
pv_mesh.save("generated_mesh.vtk")
print("网格已保存为 generated_mesh.vtk")