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       1              : // Copyright Amazon.com, Inc. or its affiliates. All Rights Reserved.
       2              : // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
       3              : 
       4              : #ifndef PALACE_MODELS_SURFACE_POST_OPERATOR_HPP
       5              : #define PALACE_MODELS_SURFACE_POST_OPERATOR_HPP
       6              : 
       7              : #include <map>
       8              : #include <memory>
       9              : #include <vector>
      10              : #include <mfem.hpp>
      11              : #include "fem/coefficient.hpp"
      12              : 
      13              : namespace palace
      14              : {
      15              : 
      16              : class GridFunction;
      17              : class IoData;
      18              : class MaterialOperator;
      19              : 
      20              : namespace config
      21              : {
      22              : 
      23              : struct SurfaceFluxData;
      24              : struct InterfaceDielectricData;
      25              : struct FarFieldPostData;
      26              : 
      27              : }  // namespace config
      28              : 
      29              : //
      30              : // A class handling boundary surface postprocessing.
      31              : //
      32              : class SurfacePostOperator
      33              : {
      34              : private:
      35              :   // Mapping from surface index to data structure containing surface postprocessing
      36              :   // information for surface flux or interface dielectric participation.
      37           17 :   struct SurfaceData
      38              :   {
      39              :     mfem::Array<int> attr_list;
      40              : 
      41            0 :     virtual ~SurfaceData() = default;
      42              :   };
      43            0 :   struct SurfaceFluxData : public SurfaceData
      44              :   {
      45              :     SurfaceFlux type;
      46              :     bool two_sided;
      47              :     mfem::Vector center;
      48              : 
      49              :     SurfaceFluxData(const config::SurfaceFluxData &data, const mfem::ParMesh &mesh,
      50              :                     const mfem::Array<int> &bdr_attr_marker);
      51              : 
      52              :     std::unique_ptr<mfem::Coefficient> GetCoefficient(const mfem::ParGridFunction *E,
      53              :                                                       const mfem::ParGridFunction *B,
      54              :                                                       const MaterialOperator &mat_op) const;
      55              :   };
      56              :   struct InterfaceDielectricData : public SurfaceData
      57              :   {
      58              :     InterfaceDielectric type;
      59              :     double t, epsilon, tandelta;
      60              : 
      61              :     InterfaceDielectricData(const config::InterfaceDielectricData &data,
      62              :                             const mfem::ParMesh &mesh,
      63              :                             const mfem::Array<int> &bdr_attr_marker);
      64              : 
      65              :     std::unique_ptr<mfem::Coefficient> GetCoefficient(const GridFunction &E,
      66              :                                                       const MaterialOperator &mat_op) const;
      67              :   };
      68           17 :   struct FarFieldData : public SurfaceData
      69              :   {
      70              :     std::vector<std::pair<double, double>> thetaphis;
      71              : 
      72           18 :     FarFieldData() = default;
      73              :     FarFieldData(const config::FarFieldPostData &data, const mfem::ParMesh &mesh,
      74              :                  const mfem::Array<int> &bdr_attr_marker);
      75              : 
      76              :     size_t size() const { return thetaphis.size(); }
      77              :   };
      78              : 
      79              :   // Reference to material property operator (not owned).
      80              :   const MaterialOperator &mat_op;
      81              : 
      82              :   // Reference to scalar finite element space used for computing surface integrals (not
      83              :   // owned).
      84              :   mfem::ParFiniteElementSpace &h1_fespace;
      85              : 
      86              :   // Reference to vector finite element space used for computing far-field integrals (not
      87              :   // owned).
      88              :   mfem::ParFiniteElementSpace &nd_fespace;
      89              : 
      90              :   double GetLocalSurfaceIntegral(mfem::Coefficient &f,
      91              :                                  const mfem::Array<int> &attr_marker) const;
      92              : 
      93              : public:
      94              :   // Data structures for postprocessing the surface with the given type.
      95              :   std::map<int, SurfaceFluxData> flux_surfs;
      96              :   std::map<int, InterfaceDielectricData> eps_surfs;
      97              :   FarFieldData farfield;
      98              : 
      99              :   SurfacePostOperator(const IoData &iodata, const MaterialOperator &mat_op,
     100              :                       mfem::ParFiniteElementSpace &h1_fespace,
     101              :                       mfem::ParFiniteElementSpace &nd_fespace);
     102              : 
     103              :   // Get surface integrals computing electric or magnetic field flux through a boundary.
     104              :   std::complex<double> GetSurfaceFlux(int idx, const GridFunction *E,
     105              :                                       const GridFunction *B) const;
     106              : 
     107              :   // Batch version for multiple theta/phi pairs
     108              :   std::vector<std::array<std::complex<double>, 3>>
     109              :   GetFarFieldrE(const std::vector<std::pair<double, double>> &theta_phi_pairs,
     110              :                 const GridFunction &E, const GridFunction &B, double omega_re,
     111              :                 double omega_im) const;
     112              : 
     113              :   // Get surface integrals computing interface dielectric energy.
     114              :   double GetInterfaceLossTangent(int idx) const;
     115              :   double GetInterfaceElectricFieldEnergy(int idx, const GridFunction &E) const;
     116              : 
     117            0 :   int GetVDim() const { return mat_op.SpaceDimension(); };
     118              : };
     119              : 
     120              : }  // namespace palace
     121              : 
     122              : #endif  // PALACE_MODELS_SURFACE_POST_OPERATOR_HPP