feat(mean_field): added initial implementation
note this implementation lacks many tests
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182
libmeanfield/impl/analysis/integral.cpp
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182
libmeanfield/impl/analysis/integral.cpp
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@@ -0,0 +1,182 @@
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module;
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#include <mfem.hpp>
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module mean_field;
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import :mapping.coefficients;
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namespace mean_field::analysis {
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double domain_integrate_grid_function(const fem::FEM &fem, const mfem::GridFunction &gf, utils::DOMAINS domain, mapping::COORDINATE_SPACE coord_space) {
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mfem::LinearForm lf(fem.H1_fes.get());
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mfem::GridFunctionCoefficient gf_c(&gf);
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double local_integral;
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mfem::Array<int> elem_markers;
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populate_element_mask(fem.mesh.get(), domain, elem_markers);
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if (fem.has_mapping() && coord_space == mapping::COORDINATE_SPACE::PHYSICAL) {
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mapping::MappedScalarCoefficient mapped_gf_c(*fem.mapping, gf_c);
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// ReSharper disable once CppDFAMemoryLeak // Disabled because MFEM takes ownership so memory is not leaked
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auto *lf_integrator = new mfem::DomainLFIntegrator(mapped_gf_c);
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lf_integrator->SetIntRule(fem.int_rule.get());
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lf.AddDomainIntegrator(lf_integrator, elem_markers);
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lf.Assemble();
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local_integral = lf.Sum();
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} else {
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if (coord_space == mapping::COORDINATE_SPACE::PHYSICAL) {
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MFEM_ABORT(
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"Physical evaluation mode requested but no mapping provided. Check domain bounds and mapping setup.");
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}
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lf.AddDomainIntegrator(new mfem::DomainLFIntegrator(gf_c), elem_markers);
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lf.Assemble();
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local_integral = lf.Sum();
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}
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double global_integral = 0.0;
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MPI_Allreduce(&local_integral, &global_integral, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, fem.H1_fes->GetComm());
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return global_integral;
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}
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mfem::Vector get_com(const fem::FEM &fem, const mfem::GridFunction &rho) {
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const int dim = fem.mesh->Dimension();
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mfem::Vector local_com(dim);
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local_com = 0.0;
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double local_mass = 0.0;
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for (int i = 0; i < fem.H1_fes->GetNE(); ++i) {
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if (fem.mesh->GetAttribute(i) == 3) continue;
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mfem::ElementTransformation *trans = fem.H1_fes->GetElementTransformation(i);
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const mfem::IntegrationRule &ir = *fem.int_rule;
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for (int j = 0; j < ir.GetNPoints(); ++j) {
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const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(j);
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trans->SetIntPoint(&ip);
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double weight = trans->Weight() * ip.weight;
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if (fem.has_mapping()) {
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weight *= fem.mapping->ComputeDetJ(*trans, ip);
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}
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double rho_val = rho.GetValue(i, ip);
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mfem::Vector phys_point(dim);
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if (fem.has_mapping()) {
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fem.mapping->GetPhysicalPoint(*trans, ip, phys_point);
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} else {
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trans->Transform(ip, phys_point);
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}
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const double mass_term = rho_val * weight;
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local_mass += mass_term;
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for (int d = 0; d < dim; ++d) {
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local_com(d) += phys_point(d) * mass_term;
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}
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}
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}
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double global_mass = 0.0;
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mfem::Vector global_com(dim);
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MPI_Comm comm = fem.H1_fes->GetComm();
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MPI_Allreduce(&local_mass, &global_mass, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, comm);
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MPI_Allreduce(local_com.GetData(), global_com.GetData(), dim, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, comm);
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if (global_mass > 1e-18) {
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global_com /= global_mass;
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} else {
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global_com = 0.0;
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}
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return global_com;
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}
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void conserve_mass(const fem::FEM &fem, mfem::GridFunction &rho, const double target_mass) {
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if (const double current_mass = domain_integrate_grid_function(fem, rho, utils::DOMAINS::STELLAR); current_mass > 1e-15)
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rho *= (target_mass / current_mass);
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}
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double get_moment_of_inertia(const fem::FEM &fem, const mfem::GridFunction &rho) {
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auto s2_func = [](const mfem::Vector &x) {
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return std::pow(x(0), 2) + std::pow(x(1), 2);
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};
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std::unique_ptr<mfem::Coefficient> s2_coeff;
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if (fem.has_mapping()) {
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s2_coeff = std::make_unique<mapping::PhysicalPositionFunctionCoefficient>(*fem.mapping, s2_func);
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} else {
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s2_coeff = std::make_unique<mfem::FunctionCoefficient>(s2_func);
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}
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mfem::GridFunctionCoefficient rho_coeff(&rho);
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mfem::ProductCoefficient I_integrand(rho_coeff, *s2_coeff);
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mfem::LinearForm I_lf(fem.H1_fes.get());
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double I = 0.0;
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// TODO: Need to filter here to just the stellar domain and also update the IntRule
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if (fem.has_mapping()) {
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mapping::MappedScalarCoefficient mapped_integrand(*fem.mapping, I_integrand);
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I_lf.AddDomainIntegrator(new mfem::DomainLFIntegrator(mapped_integrand));
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I_lf.Assemble();
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I = I_lf.Sum();
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} else {
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I_lf.AddDomainIntegrator(new mfem::DomainLFIntegrator(I_integrand));
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||||
I_lf.Assemble();
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I = I_lf.Sum();
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}
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return I;
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}
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double get_mesh_volume(
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const fem::FEM& fem,
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const mapping::COORDINATE_SPACE coordinate_space,
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const utils::DOMAINS domain
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) {
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mfem::ParMesh &mesh = *fem.mesh;
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const mapping::DomainMapper &map = *fem.mapping;
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const mfem::IntegrationRule &ir = *fem.int_rule;
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const bool physical =
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(coordinate_space == mapping::COORDINATE_SPACE::PHYSICAL);
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double local_volume = 0.0;
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for (int e = 0; e < mesh.GetNE(); ++e) {
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const int attr = mesh.GetAttribute(e);
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switch (domain) {
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case utils::DOMAINS::ALL:
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break;
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case utils::DOMAINS::STELLAR:
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if (attr == 3) continue;
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break;
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case utils::DOMAINS::VACUUM:
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if (attr != 3) continue;
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break;
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default:
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MFEM_ABORT("Unsupported domain type for volume computation.");
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}
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mfem::ElementTransformation *T = mesh.GetElementTransformation(e);
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for (int q = 0; q < ir.GetNPoints(); ++q) {
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const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(q);
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T->SetIntPoint(&ip);
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double dV = ip.weight * T->Weight();
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if (physical) {
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dV *= std::fabs(map.ComputeDetJ(*T, ip));
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}
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local_volume += dV;
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}
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}
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double global_volume = 0.0;
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MPI_Allreduce(&local_volume, &global_volume, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM,
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mesh.GetComm());
|
||||
return global_volume;
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}
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}
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