Python中Gmsh与VTK（PyVista）集成：高效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网格。
    """
    # 初始化一个几何对象
    # pygmsh.built_in.Geometry() 提供了常用的几何构建方法
    # pygmsh.geo.Geometry() 提供了更接近Gmsh .geo 语法的接口
    with pygmsh.built_in.Geometry() as geom:
        # 添加一个圆心在(0,0,0)，半径为1.0的圆
        # 默认情况下，这会创建一个二维区域
        circle = geom.add_circle([0.0, 0.0, 0.0], 1.0, mesh_size=0.1) # mesh_size 控制网格密度

        # 可以在这里添加更多几何操作，例如：
        # 定义一个物理组，方便后续识别和操作
        geom.add_physical_surface(circle.surface, "MyCircleSurface")

        # 生成网格
        # generate_mesh() 返回一个 Mesh 对象，包含网格的节点、单元等信息
        mesh = geom.generate_mesh()

    return mesh

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

# pygmsh生成的mesh对象包含以下重要属性：
# mesh.points: 网格的节点坐标 (N, 3) 数组
# mesh.cells_dict: 包含各种类型单元的字典，例如 {"triangle": np.array([[idx1, idx2, idx3], ...])}
print(f"网格节点数量: {len(mesh_data.points)}")
print(f"网格单元类型及数量: {mesh_data.cells_dict.keys()}")
if "triangle" in mesh_data.cells_dict:
    print(f"三角形单元数量: {len(mesh_data.cells_dict['triangle'])}")

import pyvista as pv
import numpy as np # 用于处理数组

# 假设 mesh_data 是通过 create_simple_mesh() 函数得到的 pygmsh.Mesh 对象

# 从 pygmsh.Mesh 对象中提取节点和单元
points = mesh_data.points
# 对于二维网格，通常我们关注三角形单元
# pygmsh.cells_dict["triangle"] 返回的是一个 N x 3 的数组，表示每个三角形的节点索引
cells = mesh_data.cells_dict["triangle"]

# PyVista的PolyData需要一个特殊的单元格式：
# 每个单元前面需要加上该单元的节点数量。
# 例如，一个三角形单元 [idx1, idx2, idx3] 需要转换为 [3, idx1, idx2, idx3]
# 多个单元则拼接起来：[3, idx1, idx2, idx3, 3, idx4, idx5, idx6, ...]
# PyVista的create_cells函数可以方便地完成这个转换
cells_formatted = np.hstack((np.full((len(cells), 1), 3), cells)).flatten()

# 创建一个 PyVista PolyData 对象
# PolyData适用于表示表面网格（点、线、多边形）
pv_mesh = pv.PolyData(points, cells_formatted)

# 创建一个绘图器并可视化网格
plotter = pv.Plotter(window_size=[800, 600]) # 设置窗口大小
plotter.add_mesh(pv_mesh, show_edges=True, color='lightgray', lighting=True)
plotter.add_axes() # 添加坐标轴
plotter.show()

import pygmsh
import pyvista as pv
import numpy as np
import os

# 假设您有一个名为 "input.step" 或 "input.stl" 的几何文件
# 为了演示，我们先创建一个简单的STL文件
# 实际应用中，您会直接加载现有的.step或.stl文件

# 示例：创建一个临时的STL文件用于演示
# 这是一个简单的立方体STL
stl_content = """
solid cube
  facet normal 0 0 1
    outer loop
      vertex 0 0 0
      vertex 1 0 0
      vertex 1 1 0
    endloop
  endfacet
  facet normal 0 0 1
    outer loop
      vertex 0 0 0
      vertex 1 1 0
      vertex 0 1 0
    endloop
  endfacet
endsolid
"""
with open("temp_cube.stl", "w") as f:
    f.write(stl_content)

input_file = "temp_cube.stl" # 替换为您的 .step 或 .stl 文件

try:
    with pygmsh.built_in.Geometry() as geom:
        # 使用Gmsh的 merge 功能导入外部文件
        # pygmsh会自动调用Gmsh的API来处理
        geom.add_file(input_file)

        # 此时，几何体已经被导入。
        # 您可能需要根据导入的几何体创建物理组或设置网格尺寸
        # 例如，为所有表面设置统一的网格尺寸
        # Gmsh的API可以通过 geom.gmsh.model.geo 或 geom.gmsh.model.occ 访问
        # 这里只是一个概念性示例，具体操作取决于导入几何体的结构
        # geom.set_mesh_size_at_all_points(0.1) # 设置全局网格尺寸

        # 对于复杂的CAD模型，可能需要识别其内部的实体（点、线、面、体）
        # 并为它们设置网格参数或创建物理组
        # 例如：
        # geom.add_physical_group(2, [1, 2, 3], "MySurfaces") # 假设面ID为1,2,3

        mesh_imported = geom.generate_mesh(dim=2) # 假设我们对表面进行2D网格划分
        # 如果是体网格，则 dim=3

    # 可视化导入并网格化的模型
    points_imported = mesh_imported.points
    cells_imported = mesh_imported.cells_dict["triangle"] # 假设生成的是三角形面网格
    cells_formatted_imported = np.hstack((np.full((len(cells_imported), 1), 3), cells_imported)).flatten()

    pv_mesh_imported = pv.PolyData(points_imported, cells_formatted_imported)

    plotter_imported = pv.Plotter(window_size=[800, 600])
    plotter_imported.add_mesh(pv_mesh_imported, show_edges=True, color='lightgreen', lighting=True)
    plotter_imported.add_axes()
    plotter_imported.show()

except Exception as e:
    print(f"处理文件 {input_file} 时发生错误: {e}")
finally:
    # 清理临时文件
    if os.path.exists("temp_cube.stl"):
        os.remove("temp_cube.stl")
    # Gmsh可能会生成一些临时文件，例如 .msh 文件，需要注意清理
    # pygmsh 通常会在上下文退出时清理大部分临时文件