39#ifndef FWD_BEM_MODEL_H
40#define FWD_BEM_MODEL_H
97 class MNECTFCompDataSet;
135 typedef std::unique_ptr<FwdBemModel>
UPtr;
212 const std::vector<int>& kinds);
275 const Eigen::Vector3f& guess_r0,
298 static double calc_beta(
const Eigen::Vector3d& rk,
const Eigen::Vector3d& rk1);
310 Eigen::Vector3d& omega);
320 Eigen::MatrixXf& mat);
355 const Eigen::MatrixXf *
gamma,
357 const Eigen::VectorXi&
ntri);
383 Eigen::MatrixXf& ip_solution,
386 const Eigen::VectorXi &
ntri);
400 static int fwd_bem_check_solids(
const Eigen::MatrixXf& angles,
int ntri1,
int ntri2,
float desired);
444 int force_recompute);
461 static float fwd_bem_inf_field(
const Eigen::Vector3f& rd,
const Eigen::Vector3f& Q,
const Eigen::Vector3f& rp,
const Eigen::Vector3f& dir);
474 static float fwd_bem_inf_pot(
const Eigen::Vector3f& rd,
const Eigen::Vector3f& Q,
const Eigen::Vector3f& rp);
502 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> xgrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> ygrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> zgrad);
516 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> pot);
532 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> xgrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> ygrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> zgrad);
546 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> pot);
561 static int fwd_bem_pot_els(
const Eigen::Vector3f& rd,
const Eigen::Vector3f& Q,
562 FwdCoilSet& els, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> pot,
582 FwdCoilSet& els, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> pot,
583 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> xgrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> ygrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> zgrad,
606 static void calc_f(
const Eigen::Vector3d& xx,
const Eigen::Vector3d& yy,
607 Eigen::Vector3d& f0, Eigen::Vector3d& fx, Eigen::Vector3d& fy);
622 Eigen::Vector3d& beta,
double& D);
641 Eigen::Vector2d& T, Eigen::Vector2d& S1, Eigen::Vector2d& S2,
642 Eigen::Vector3d& f0, Eigen::Vector3d& fx, Eigen::Vector3d& fy);
653 static double one_field_coeff(
const Eigen::Vector3f& dest,
const Eigen::Vector3f& normal,
680 static double calc_gamma(
const Eigen::Vector3d& rk,
const Eigen::Vector3d& rk1);
693 Eigen::Vector3d& res);
706 Eigen::Vector3d& res);
719 Eigen::Vector3d& res);
725 typedef void (*
linFieldIntFunc)(
const Eigen::Vector3f& dest,
const Eigen::Vector3f& dir,
762 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> B);
774 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> B);
789 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> xgrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> ygrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> zgrad);
804 static float fwd_bem_inf_field_der(
const Eigen::Vector3f& rd,
const Eigen::Vector3f& Q,
const Eigen::Vector3f& rp,
805 const Eigen::Vector3f& dir,
const Eigen::Vector3f& comp);
817 static float fwd_bem_inf_pot_der(
const Eigen::Vector3f& rd,
const Eigen::Vector3f& Q,
const Eigen::Vector3f& rp,
818 const Eigen::Vector3f& comp);
833 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> xgrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> ygrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> zgrad);
849 static int fwd_bem_field(
const Eigen::Vector3f& rd,
const Eigen::Vector3f& Q,
850 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> B,
870 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> Bval,
871 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> xgrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> ygrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> zgrad,
908 const Eigen::Vector3f& r0,
952 static int fwd_sphere_field(
const Eigen::Vector3f& rd,
const Eigen::Vector3f& Q,
953 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> Bval,
970 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXf> Bval,
990 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> Bval,
991 Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> xgrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> ygrad, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> zgrad,
1008 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::VectorXf> Bval,
1024 FwdCoilSet& coils, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXf> Bval,
1030 std::vector<std::shared_ptr<MNELIB::MNESurface>>
surfs;
Symbol-visibility macro and build-info entry points for the FWDLIB (MEG/EEG forward-modelling) librar...
Container of FwdCoil instances representing either a sensor-type template database or a concrete per-...
Matrix paired with row and column name lists, the on-disk form of FIFFB_PROJ_ITEM / FIFFB_MNE_NAMED_M...
Recursive node of the parsed FIFF block tree (FIFFB_* hierarchy with directory entries and children).
FIFF tag: the 16-byte tag header (kind, type, size, next) plus its decoded payload.
4x4 affine FIFF coordinate transform (FIFF_COORD_TRANS) annotated with source/destination coordinate-...
Core MNE data structures (source spaces, source estimates, hemispheres).
FIFF file I/O, in-memory data structures and high-level readers/writers.
Forward modelling — BEM solver, spherical models, sensor/coil definitions and the lead-field assembly...
constexpr int FWD_BEM_CONSTANT_COLL
constexpr double FWD_BEM_IP_APPROACH_LIMIT
constexpr int FWD_BEM_LIN_FIELD_URANKAR
constexpr int FWD_BEM_LINEAR_COLL
constexpr int FWD_BEM_LIN_FIELD_FERGUSON
constexpr int FWD_BEM_UNKNOWN
constexpr int FWD_BEM_LIN_FIELD_SIMPLE
Labelled 4x4 FIFF affine: source frame, destination frame, rotation, translation and cached inverse.
QSharedPointer< FiffDirNode > SPtr
FIFF named matrix: dense / sparse Eigen matrix plus row-name and column-name string lists.
QSharedPointer< FiffStream > SPtr
static FwdBemModel::UPtr fwd_bem_load_three_layer_surfaces(const QString &name)
Load a three-layer BEM model (scalp, outer skull, inner skull) from a FIFF file.
static void field_integrals(const Eigen::Vector3f &from, MNELIB::MNETriangle &to, double &I1p, Eigen::Vector2d &T, Eigen::Vector2d &S1, Eigen::Vector2d &S2, Eigen::Vector3d &f0, Eigen::Vector3d &fx, Eigen::Vector3d &fy)
Compute the geometry integrals for the magnetic field from a triangle.
void fwd_bem_field_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > B)
Compute BEM magnetic fields at coils using constant collocation.
static double calc_gamma(const Eigen::Vector3d &rk, const Eigen::Vector3d &rk1)
Compute the gamma angle for the linear field integration (Ferguson).
void fwd_bem_pot_grad_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet *els, int all_surfs, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > xgrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > ygrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > zgrad)
Compute the gradient of BEM potentials with respect to dipole position (constant collocation).
Eigen::VectorXf source_mult
static double calc_beta(const Eigen::Vector3d &rk, const Eigen::Vector3d &rk1)
Compute the beta angle used in the linear collocation integration.
static int get_int(FIFFLIB::FiffStream::SPtr &stream, const FIFFLIB::FiffDirNode::SPtr &node, int what, int *res)
Read an integer tag from a FIFF node.
static void fwd_bem_one_lin_field_coeff_uran(const Eigen::Vector3f &dest, const Eigen::Vector3f &dir, MNELIB::MNETriangle &tri, Eigen::Vector3d &res)
Compute linear field coefficients using the Urankar method.
static Eigen::MatrixXf fwd_bem_multi_solution(Eigen::MatrixXf &solids, const Eigen::MatrixXf *gamma, int nsurf, const Eigen::VectorXi &ntri)
Compute the multi-surface BEM solution from solid-angle coefficients.
static FwdBemModel::UPtr fwd_bem_load_surfaces(const QString &name, const std::vector< int > &kinds)
Load BEM surfaces of specified kinds from a FIFF file.
static void correct_auto_elements(MNELIB::MNESurface &surf, Eigen::MatrixXf &mat)
Correct the auto (self-coupling) elements of the linear collocation matrix.
static int fwd_sphere_field_grad(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > Bval, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > xgrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > ygrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > zgrad, void *client)
Callback: compute the spherical-model magnetic field and its position gradient at coils.
static int fwd_bem_check_solids(const Eigen::MatrixXf &angles, int ntri1, int ntri2, float desired)
Verify that solid-angle sums match the expected value.
int fwd_bem_load_solution(const QString &name, int bem_method)
Load a pre-computed BEM solution from a FIFF file.
static int fwd_mag_dipole_field_vec(const Eigen::Vector3f &rm, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::MatrixXf > Bval, void *client)
Callback: compute the vector magnetic field of a magnetic dipole at coils.
int fwd_bem_compute_solution(int bem_method)
Compute the BEM solution matrix using the specified method.
static constexpr double MAG_FACTOR
int fwd_bem_specify_coils(FwdCoilSet *coils)
Precompute the coil-specific BEM solution for MEG.
static Eigen::MatrixXf fwd_bem_solid_angles(const std::vector< MNELIB::MNESurface * > &surfs)
Compute the solid-angle matrix for all BEM surfaces.
int fwd_bem_specify_els(FwdCoilSet *els)
Precompute the electrode-specific BEM solution.
static void fwd_bem_one_lin_field_coeff_simple(const Eigen::Vector3f &dest, const Eigen::Vector3f &normal, MNELIB::MNETriangle &source, Eigen::Vector3d &res)
Compute linear field coefficients using the simple (direct) method.
std::vector< std::shared_ptr< MNELIB::MNESurface > > surfs
Eigen::VectorXf field_mult
std::unique_ptr< FwdBemModel > UPtr
static void fwd_bem_one_lin_field_coeff_ferg(const Eigen::Vector3f &dest, const Eigen::Vector3f &dir, MNELIB::MNETriangle &tri, Eigen::Vector3d &res)
Compute linear field coefficients using the Ferguson method.
static QString fwd_bem_make_bem_sol_name(const QString &name)
Build a standard BEM solution file name from a model name.
static Eigen::MatrixXf fwd_bem_homog_solution(Eigen::MatrixXf &solids, int ntri)
Compute the homogeneous (single-layer) BEM solution.
void fwd_bem_lin_field_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > B)
Compute BEM magnetic fields at coils using linear collocation.
static int fwd_mag_dipole_field(const Eigen::Vector3f &rm, const Eigen::Vector3f &M, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > Bval, void *client)
Callback: compute the magnetic field of a magnetic dipole at coils.
MNELIB::MNESurface * fwd_bem_find_surface(int kind)
Find a surface of the given kind in this BEM model.
void fwd_bem_free_solution()
Release the potential solution matrix and associated workspace.
Eigen::MatrixXf fwd_bem_field_coeff(FwdCoilSet *coils)
Assemble the constant-collocation magnetic field coefficient matrix.
static int fwd_sphere_field(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > Bval, void *client)
Callback: compute the spherical-model magnetic field at coils.
static void lin_pot_coeff(const Eigen::Vector3f &from, MNELIB::MNETriangle &to, Eigen::Vector3d &omega)
Compute the linear potential coefficients for one source-destination pair.
void fwd_bem_field_grad_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > xgrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > ygrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > zgrad)
Compute the gradient of BEM magnetic fields with respect to dipole position (constant collocation).
static const QString & fwd_bem_explain_method(int method)
Return a human-readable label for a BEM method.
void fwd_bem_pot_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet *els, int all_surfs, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > pot)
Compute BEM potentials at electrodes using constant collocation.
void fwd_bem_lin_field_grad_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > xgrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > ygrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > zgrad)
Compute the gradient of BEM magnetic fields with respect to dipole position (linear collocation).
static void calc_f(const Eigen::Vector3d &xx, const Eigen::Vector3d &yy, Eigen::Vector3d &f0, Eigen::Vector3d &fx, Eigen::Vector3d &fy)
Compute the f0, fx, fy integration helper values from corner coordinates.
int fwd_bem_linear_collocation_solution()
Compute the linear-collocation BEM solution for this model.
int fwd_bem_load_recompute_solution(const QString &name, int bem_method, int force_recompute)
Load a BEM solution from file, recomputing if necessary.
static int fwd_bem_field(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > B, void *client)
Callback: compute BEM magnetic fields at coils for a dipole.
static int fwd_bem_field_grad(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > Bval, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > xgrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > ygrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > zgrad, void *client)
Callback: compute BEM magnetic fields and position gradients at coils.
int compute_forward_eeg(std::vector< std::unique_ptr< MNELIB::MNESourceSpace > > &spaces, FwdCoilSet *els, bool fixed_ori, FwdEegSphereModel *eeg_model, bool use_threads, FIFFLIB::FiffNamedMatrix &resp, FIFFLIB::FiffNamedMatrix &resp_grad, bool bDoGrad)
Compute the EEG forward solution for one or more source spaces.
static float fwd_bem_inf_pot(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, const Eigen::Vector3f &rp)
Compute the infinite-medium electric potential at a single point.
static int fwd_bem_pot_els(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &els, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > pot, void *client)
Callback: compute BEM potentials at electrodes for a dipole.
static Eigen::MatrixXf fwd_bem_lin_pot_coeff(const std::vector< MNELIB::MNESurface * > &surfs)
Assemble the full linear-collocation potential coefficient matrix.
int fwd_bem_set_head_mri_t(const FIFFLIB::FiffCoordTrans &t)
Set the Head-to-MRI coordinate transform for this BEM model.
void(* linFieldIntFunc)(const Eigen::Vector3f &dest, const Eigen::Vector3f &dir, MNELIB::MNETriangle &tri, Eigen::Vector3d &res)
Function pointer type for linear field coefficient integration methods.
static float fwd_bem_inf_field_der(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, const Eigen::Vector3f &rp, const Eigen::Vector3f &dir, const Eigen::Vector3f &comp)
Compute the derivative of the infinite-medium magnetic field with respect to dipole position.
static FwdBemModel::UPtr fwd_bem_load_homog_surface(const QString &name)
Load a single-layer (homogeneous) BEM model from a FIFF file.
static float fwd_bem_inf_field(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, const Eigen::Vector3f &rp, const Eigen::Vector3f &dir)
Compute the infinite-medium magnetic field at a single point.
static float fwd_bem_inf_pot_der(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, const Eigen::Vector3f &rp, const Eigen::Vector3f &comp)
Compute the derivative of the infinite-medium electric potential with respect to dipole position.
static int fwd_sphere_field_vec(const Eigen::Vector3f &rd, FwdCoilSet &coils, Eigen::Ref< Eigen::MatrixXf > Bval, void *client)
Callback: compute the spherical-model vector magnetic field at coils.
void fwd_bem_lin_pot_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet *els, int all_surfs, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > pot)
Compute BEM potentials at electrodes using linear collocation.
FwdBemModel()
Constructs an empty BEM model.
static double one_field_coeff(const Eigen::Vector3f &dest, const Eigen::Vector3f &normal, MNELIB::MNETriangle &tri)
Compute the constant-collocation magnetic field coefficient for one triangle.
static const QString & fwd_bem_explain_surface(int kind)
Return a human-readable label for a BEM surface kind.
static void meg_eeg_fwd_one_source_space(FwdThreadArg *arg)
Thread worker: compute the forward solution for one source space.
int compute_forward_meg(std::vector< std::unique_ptr< MNELIB::MNESourceSpace > > &spaces, FwdCoilSet *coils, FwdCoilSet *comp_coils, MNELIB::MNECTFCompDataSet *comp_data, bool fixed_ori, const Eigen::Vector3f &r0, bool use_threads, FIFFLIB::FiffNamedMatrix &resp, FIFFLIB::FiffNamedMatrix &resp_grad, bool bDoGRad)
Compute the MEG forward solution for one or more source spaces.
static void fwd_bem_ip_modify_solution(Eigen::MatrixXf &solution, Eigen::MatrixXf &ip_solution, float ip_mult, int nsurf, const Eigen::VectorXi &ntri)
Modify the BEM solution with the isolated-problem (IP) approach.
static std::unique_ptr< MNELIB::MNESurface > make_guesses(MNELIB::MNESurface *guess_surf, float guessrad, const Eigen::Vector3f &guess_r0, float grid, float exclude, float mindist)
Generate a set of dipole guess locations inside a boundary surface.
int fwd_bem_constant_collocation_solution()
Compute the constant-collocation BEM solution for this model.
void fwd_bem_lin_pot_grad_calc(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet *els, int all_surfs, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > xgrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > ygrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > zgrad)
Compute the gradient of BEM potentials with respect to dipole position (linear collocation).
static int fwd_bem_pot_grad_els(const Eigen::Vector3f &rd, const Eigen::Vector3f &Q, FwdCoilSet &els, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > pot, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > xgrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > ygrad, Eigen::Ref< Eigen::VectorXf > zgrad, void *client)
Callback: compute BEM potentials and position gradients at electrodes.
Eigen::MatrixXf fwd_bem_lin_field_coeff(FwdCoilSet *coils, int method)
Assemble the linear-collocation magnetic field coefficient matrix.
static void calc_magic(double u, double z, double A, double B, Eigen::Vector3d &beta, double &D)
Compute the "magic" beta and D factors for the Urankar field integration.
FIFFLIB::FiffCoordTrans head_mri_t
Container of FwdCoil instances acting both as the in-memory image of the coil_def....
Multi-shell concentric-sphere head model holding the Berg-Scherg equivalent-source parameters that ac...
Per-thread work packet carrying the dipole-index range, coil set, field/grad callback and write-back ...
Collection of CTF third-order gradient compensation operators.
Lightweight triangulated surface (vertices, triangles, normals).
Per-triangle geometric data for a cortical or BEM surface.