读取OpenFOAM二进制polyMesh格式的C/C++程序

读取OpenFOAM二进制polymesh格式的C/C++程序

OpenFOAM使用自定义的二进制格式存储网格数据(polymesh)，主要包括points、faces、owner、neighbour等文件。以下是编写C/C++程序读取这些二进制文件的方法：

1. 理解OpenFOAM二进制格式

OpenFOAM的二进制polymesh文件具有以下特点：

• 文件开头有FoamFile头部信息(ASCII格式)
• 实际数据部分采用二进制格式
• 数据通常以列表形式存储，前面有列表长度
• 数值通常采用IEEE浮点格式或整型格式

2. 基本读取步骤

2.1 读取FoamFile头部

首先需要跳过ASCII头部，直到找到第一个左花括号{之后的数据。

void skipHeader(FILE* fp) {char line[256];while (fgets(line, sizeof(line), fp)) {if (strstr(line, "FoamFile")) {// 跳过FoamFile块while (fgets(line, sizeof(line), fp) && !strstr(line, "}"));}if (strchr(line, '{')) {break;  // 找到数据开始位置}}
}

2.2 读取二进制数据

对于points文件(存储顶点坐标)：

struct Point { float x, y, z; };std::vector<Point> readPoints(const char* filename) {FILE* fp = fopen(filename, "rb");if (!fp) throw std::runtime_error("Cannot open file");skipHeader(fp);// 读取点数int32_t nPoints;fread(&nPoints, sizeof(int32_t), 1, fp);std::vector<Point> points(nPoints);fread(points.data(), sizeof(Point), nPoints, fp);fclose(fp);return points;
}

2.3 读取faces文件(面数据)

struct Face {std::vector<int32_t> vertices; // 面的顶点索引
};std::vector<Face> readFaces(const char* filename) {FILE* fp = fopen(filename, "rb");if (!fp) throw std::runtime_error("Cannot open file");skipHeader(fp);// 读取面数int32_t nFaces;fread(&nFaces, sizeof(int32_t), 1, fp);std::vector<Face> faces(nFaces);for (auto& face : faces) {int32_t nVertices;fread(&nVertices, sizeof(int32_t), 1, fp);face.vertices.resize(nVertices);fread(face.vertices.data(), sizeof(int32_t), nVertices, fp);}fclose(fp);return faces;
}

2.4 读取owner/neighbour文件

std::vector<int32_t> readCellList(const char* filename) {FILE* fp = fopen(filename, "rb");if (!fp) throw std::runtime_error("Cannot open file");skipHeader(fp);// 读取单元数int32_t nCells;fread(&nCells, sizeof(int32_t), 1, fp);std::vector<int32_t> cells(nCells);fread(cells.data(), sizeof(int32_t), nCells, fp);fclose(fp);return cells;
}

2.5 读取cellZones数据

cellZones文件存储了网格中特定区域的单元分组信息。以下是读取方法：

#include <string>
#include <vector>
#include <map>struct ZoneInfo {std::string name;std::vector<int> cells;
};std::vector<ZoneInfo> readCellZones(const std::string& filename) {std::ifstream file(filename, std::ios::binary);if (!file) {throw std::runtime_error("Cannot open cellZones file");}// 跳过FoamFile头部int32_t numZones;file.read(reinterpret_cast<char*>(&numZones), sizeof(numZones));std::vector<ZoneInfo> zones(numZones);for (auto& zone : zones) {// 读取区域名称长度和名称int32_t nameLength;file.read(reinterpret_cast<char*>(&nameLength), sizeof(nameLength));zone.name.resize(nameLength);file.read(&zone.name[0], nameLength);// 读取单元数量int32_t numCells;file.read(reinterpret_cast<char*>(&numCells), sizeof(numCells));zone.cells.resize(numCells);file.read(reinterpret_cast<char*>(zone.cells.data()), numCells * sizeof(int32_t));}return zones;
}

3. 注意事项

1. 字节序：OpenFOAM二进制文件通常使用处理器原生字节序，但如果你在不同架构的机器上读取，可能需要处理字节序转换。

2. 精度：OpenFOAM可以使用单精度(float)或双精度(double)存储数据，通常由writePrecision设置决定。

3. 边界条件：边界条件信息存储在boundary文件中，需要额外解析。

4. 并行计算：对于并行计算案例，网格被分割为多个处理器目录(processorN)，每个都有自己的polyMesh。

5. 调试：可以使用foamFormatConvert工具将二进制格式转换为ASCII格式进行调试。

4. 完整示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <fstream>
#include <stdexcept>struct Point { float x, y, z; };
struct Face { std::vector<int32_t> vertices; };void skipHeader(std::ifstream& is) {std::string line;while (std::getline(is, line)) {if (line.find("FoamFile") != std::string::npos) {while (std::getline(is, line) && line.find('}') == std::string::npos);}if (line.find('{') != std::string::npos) break;}
}std::vector<Point> readPoints(const std::string& filename) {std::ifstream is(filename, std::ios::binary);if (!is) throw std::runtime_error("Cannot open file: " + filename);skipHeader(is);int32_t nPoints;is.read(reinterpret_cast<char*>(&nPoints), sizeof(int32_t));std::vector<Point> points(nPoints);is.read(reinterpret_cast<char*>(points.data()), nPoints * sizeof(Point));return points;
}int main() {try {auto points = readPoints("constant/polyMesh/points");std::cout << "Read " << points.size() << " points" << std::endl;return 0;} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;return 1;}
}

5. 替代方案

如果不想手动解析二进制格式，可以考虑：

1. 使用OpenFOAM自带的库函数（需要链接OpenFOAM库）
2. 先将二进制格式转换为ASCII格式再读取
3. 使用第三方库如CGNS或VTK的OpenFOAM读取器

以上代码提供了读取OpenFOAM二进制polymesh的基本框架，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整。

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OpenFOAM网格数据文本格式和二进制格式比较

在OpenFOAM中，网格数据可以以文本（ASCII）或二进制（binary）格式存储，两种格式在文件大小和读写性能上有显著差异，尤其对于大网格数据。以下是关键对比：

1. 文件体积对比

• 二进制格式：
  数据以紧凑的二进制形式存储，通常比文本格式小 3-5倍。例如，一个文本格式的 points 文件为100 MB，二进制版本可能仅20-30 MB。
• 文本格式：
  数据以人类可读的ASCII形式存储，数值（如浮点数）以字符串形式保存，占用更多空间。

2. 读写性能

• 二进制格式：
  • 读取更快：无需解析文本，直接加载二进制数据。
  • 写入更快：减少磁盘I/O操作。
  • 对大网格（如百万级网格），二进制格式的加载时间可缩短数倍。
• 文本格式：
  • 可手动查看/编辑，但读写速度慢，尤其在大数据量时。

3. 典型文件对比

• points（节点坐标）：二进制体积约为文本的 1/4-1/5。
• faces（面连接性）：二进制体积约为文本的 1/3-1/4（因整数存储更高效）。
• owner/neighbour：二进制体积约为文本的 1/3。

4. 何时使用哪种格式

• 二进制：默认选择，尤其适用于大规模仿真（如CFD、DEM）。
• 文本：仅需调试或手动修改网格时使用（如 polyMesh/convertToASCII 转换）。

5. 转换方法

• 文本→二进制：

  foamFormatConvert -constant -format binary
  

• 二进制→文本：

  foamFormatConvert -constant -format ascii
  

总结

对于大网格数据，二进制格式的文件体积通常为文本格式的1/3到1/5，且读写效率更高。建议仅在调试时使用文本格式。