Add 3D eigen frequency (FemType=5) and update docs for scatter+eigen workflows.

Support OpticsFEM_3D_EigenFreq assembly with A/B matrix export, add eigen3d.json, and document scat3D/eigen3D build layout alongside FemType=4 scattering. Co-authored-by: Cursor <cursoragent@cursor.com>
2026-06-09 15:23:53 +08:00 · 2026-06-09 15:23:53 +08:00 · db3ea489fe
parent 54279fe532
commit db3ea489fe
11 changed files with 424 additions and 102 deletions
--- a/.gitignore
+++ b/.gitignore
@ -1,4 +1,11 @@
 build/
+build1/
+scat3D/
+eigen3D/
+3D opticsfem-master/scat3D/
+3D opticsfem-master/eigen3D/
+3D opticsfem-master/build/
+3D opticsfem-master/build1/
 *.exe
 *.obj
 *.pdb
--- a/opticsfem-master/.gitignore
+++ b/opticsfem-master/.gitignore
@ -1,7 +1,24 @@
-################################################################################
-# 此 .gitignore 文件已由 Microsoft(R) Visual Studio 自动创建。
-################################################################################
+# CMake / VS 本地构建目录（勿提交）
+/build/
+/build1/
+/scat3D/
+/eigen3D/
+/out/

 /.vs
 /out/build/x64-debug
 /build/x64-Debug
+
+# 编译产物
+*.exe
+*.obj
+*.pdb
+*.lib
+*.exp
+*.ilk
+*.tlog
+*.lastbuildstate
+*.recipe
+
+# 大型运行输出（本地验证用）
+**/OutFile/
--- a/opticsfem-master/Interface/FEM_Interface.cpp
+++ b/opticsfem-master/Interface/FEM_Interface.cpp
@ -139,6 +139,27 @@ int OpticsFEM_API::OpticsFEM_All(OpticsFEMData data)
 		fem.Post(outFile);
 		return 4;
 	}
+	else if (FemType == 5)
+	{
+		Mesh_3D mesh3d;
+		OpticsFEM_3D_EigenFreq fem;
+		Solver_EigenFreq solver;
+		Post_3D_EigenFreq post;
+
+		solver.GetSolver(str);
+		mesh3d.GetMesh(meshFile, str);
+
+		fem.GetMaterial(&matLab);
+		fem.GetMesh(&mesh3d);
+		fem.GetPhy(&phy);
+		fem.GetSolver(&solver);
+		fem.GetPost(&post);
+
+		fem.Assemble();
+		string outFile = js.at("OutFile");
+		fem.Test_OutputMatrix(outFile);
+		return 5;
+	}
 	else
 	{
 		std::cout << "err" << std::endl;
--- a/opticsfem-master/OpticsFEM_完整使用说明与代码介绍.md
+++ b/opticsfem-master/OpticsFEM_完整使用说明与代码介绍.md
@ -2,9 +2,9 @@

 | 项目 | 说明 |
 |------|------|
-| 文档版本 | v2.0 |
-| 编制日期 | 2026-06-08 |
-| 适用代码 | **`3D opticsfem-master/`**（三维版，主算例 FemType=4） |
+| 文档版本 | v3.0 |
+| 编制日期 | 2026-06-09 |
+| 适用代码 | **`3D opticsfem-master/`**（三维版，主算例 FemType=4 散射 + FemType=5 本征频率） |
 | 适用平台 | Windows x64，**Visual Studio 2026（18）**，MSVC |
 | 关联文档 | `compare/README.md`（COMSOL 对比）、上级目录 2D 版 `opticsfem-master/` |

@ -31,17 +31,20 @@

 **OpticsFEM3D** 是一套基于 C++ 实现的**三维矢量有限元（FEM）光学电磁仿真内核**。程序采用 **一阶 Nedelec 边元** 离散麦克斯韦方程，通过 JSON 配置物理模型、材料与边界条件，通过 `.dat` 文本文件读入四面体网格，计算结果以文本文件输出。

-> **当前主算例**：`FemType = 4`，三维 SBC 散射，配置文件 `sbc3d.json`，网格 `SBCmesh.dat`。
+> **当前三维主算例**：
+> - **FemType = 4**：三维 SBC 散射，`sbc3d.json`，网格 `SBCmesh.dat`，完整求解流程。
+> - **FemType = 5**：三维本征频率，`eigen3d.json`，同一网格，当前完成 A/B 矩阵组装与导出。

 ### 1.2 支持的问题类型

-| FemType | 问题类型 | 驱动类 | 网格 | 求解器 | 后处理 |
-|---------|----------|--------|------|--------|--------|
-| 0 | 本征模式（2D 遗留） | `OpticsFEM_2D_EigenMode` | `Mesh_2D` | `Solver_EigenMode` | `Post_2D_EigenMode` |
-| 1 | 本征频率（2D 遗留） | `OpticsFEM_2D_EigenFreq` | `Mesh_2D` | `Solver_EigenFreq` | `Post_2D_EigenFreq` |
-| 2 | 2D 散射（按波长 λ） | `OpticsFEM_2D_Scatter` | `Mesh_2D` | `Solver_LdaDom` | `Post_2D_Scatter` |
-| 3 | 2D 散射（按频率 f） | `OpticsFEM_2D_Scatter` | `Mesh_2D` | `Solver_LdaDom` | `Post_2D_Scatter` |
-| **4** | **3D 一阶散射（SBC，按 λ）** | **`OpticsFEM_3D_Scatter`** | **`Mesh_3D`** | **`Solver_LdaDom`** | **`Post_3D_Scatter`** |
+| FemType | 问题类型 | 驱动类 | 网格 | 求解器 | 后处理 | 状态 |
+|---------|----------|--------|------|--------|--------|------|
+| 0 | 本征模式（2D 遗留） | `OpticsFEM_2D_EigenMode` | `Mesh_2D` | `Solver_EigenMode` | `Post_2D_EigenMode` | 遗留 |
+| 1 | 本征频率（2D 遗留） | `OpticsFEM_2D_EigenFreq` | `Mesh_2D` | `Solver_EigenFreq` | `Post_2D_EigenFreq` | 遗留 |
+| 2 | 2D 散射（按波长 λ） | `OpticsFEM_2D_Scatter` | `Mesh_2D` | `Solver_LdaDom` | `Post_2D_Scatter` | 遗留 |
+| 3 | 2D 散射（按频率 f） | `OpticsFEM_2D_Scatter` | `Mesh_2D` | `Solver_LdaDom` | `Post_2D_Scatter` | 遗留 |
+| **4** | **3D 一阶散射（SBC，按 λ）** | **`OpticsFEM_3D_Scatter`** | **`Mesh_3D`** | **`Solver_LdaDom`** | **`Post_3D_Scatter`** | **完整** |
+| **5** | **3D 一阶本征频率** | **`OpticsFEM_3D_EigenFreq`** | **`Mesh_3D`** | **`Solver_EigenFreq`** | **`Post_3D_EigenFreq`** | **组装+矩阵导出** |

 ### 1.3 设计原则

@ -62,7 +65,8 @@

 | FemType | 依赖 | 说明 |
 |---------|------|------|
-| **4（3D 散射，推荐）** | `complex/complexsolver.exe` | **CMake 会从 `complex/complexsolver.cpp` 自动编译**（Eigen SparseLU），无需 PETSc |
+| **4（3D 散射）** | `complex/complexsolver.exe` | **CMake 自动编译**（Eigen SparseLU），求解 **A·x=b** |
+| **5（3D 本征频率）** | 暂无（矩阵导出阶段） | 当前仅 `Assemble` + `Test_OutputMatrix`；完整求解需 `real_solver/`、`complex_solver/` |
 | 0–3（2D 遗留） | `complex/complexsolver.exe` 等 | 本征问题另需 `real_solver/`、`complex_solver/` |

 散射求解器通过**临时 `.dat` 文件**与主程序交换 CSR 格式矩阵，由 `system()` 启动。
@ -75,8 +79,9 @@
 3D opticsfem-master/
 ├── CMakeLists.txt              # CMake：OpticsFEM + complexsolver
 ├── CMakeSettings.json          # VS CMake 设置（x64-Release）
-├── sbc3d.json                  # ★ FemType=4 默认算例配置
-├── SBCmesh.dat                 # ★ 三维四面体网格
+├── sbc3d.json                  # ★ FemType=4 散射算例配置
+├── eigen3d.json                # ★ FemType=5 本征频率算例配置
+├── SBCmesh.dat                 # ★ 三维四面体网格（散射与本征共用）
 ├── Interface/                  # 对外 API（FemType 路由）
 ├── test/                       # Test_Main.cpp 入口、JSON 解析
 ├── complex/                    # complexsolver 源码（Eigen 稀疏求解）
@ -84,18 +89,19 @@
 ├── phy/                        # 物理模型与边界条件
 ├── material/                   # 材料库
 ├── mesh/                       # Mesh_2D + Mesh_3D 读写
-├── kernel/                     # 2D/3D 组装（含 Assemble_Scatter_3D_Boundary）
+├── kernel/                     # 2D/3D 组装（散射 SBC + 本征 A/B）
 ├── solver/                     # 数值求解器接口
-├── post/                       # Post_3D_Scatter 场重构与输出
+├── post/                       # Post_3D_Scatter / Post_3D_EigenFreq
 ├── function/                   # Nedelec 基函数与高斯积分
 ├── common/                     # 公共常量
 ├── parser/                     # 表达式解析器
 ├── nlohmann/                   # JSON 库
 ├── Eigen/                      # 线性代数库
-└── build/                      # CMake 构建产物（本地生成，不上传）
+├── scat3D/                     # 推荐：FemType=4 本地 CMake 构建（不上传）
+└── eigen3D/                    # 推荐：FemType=5 本地 CMake 构建（不上传）
 ```

-**源码统计（不含 build/）：**
+**源码统计（不含 scat3D/、eigen3D/、build/ 等构建目录）：**

 | 类别 | 数量 | 说明 |
 |------|------|------|
@ -132,7 +138,7 @@ public:
 };
 ```

-**返回值：** 0 = FemType 无法识别；1 = 本征模式；2 = 本征频率；3 = 2D 散射；**4 = 3D 散射完成**。
+**返回值：** 0 = FemType 无法识别；1 = 2D 本征模式；2 = 2D 本征频率；3 = 2D 散射；**4 = 3D 散射完成**；**5 = 3D 本征频率矩阵导出完成**。

 ---

@ -140,7 +146,7 @@ public:

 | 文件 | 说明 |
 |------|------|
-| `Test_Main.cpp` | 进程 `main()` 入口：从 `bele.json` 读取整行 JSON，封装为 `OpticsFEMData`，调用 `OpticsFEM_All()` |
+| `Test_Main.cpp` | 进程 `main()` 入口：从 JSON 文件（默认 `sbc3d.json`）读取整行 JSON，封装为 `OpticsFEMData`，调用 `OpticsFEM_All()`。本征算例改为 `eigen3d.json` 后须重新编译 |
 | `Test_ReadData.cpp` | 实现 `Phy_WaveOpticsModel::Test_ReadData()` 与 `MaterialLib::Test_ReadData()`，将 JSON 字段映射到内存对象 |
 | `Test_OutputData.cpp` | 调试用途：将组装后的稀疏矩阵 A/B/P 输出到文本文件 |
 | `interfaceClass.h` | 遗留的 `FemInput` 结构体，记录预期配置字段（当前 JSON 路径未直接使用） |
@ -204,7 +210,7 @@ public:
 | `Mesh_Interface.cpp` | `Mesh_2D::GetMesh()`：顺序解析 `.dat` 网格文件 |
 | `Mesh_Find.cpp` | 域/PBC 索引查找：边/节点所属域、PBC 源/目标映射 |

-**Mesh_3D** 已在头文件中声明，但 `OpticsFEM_All()` 当前未接入 3D 求解分支。
+**Mesh_3D** 已接入 `FemType=4`（散射）与 `FemType=5`（本征频率），读入 `SBCmesh.dat` 等三维四面体网格。

 ---

@ -350,7 +356,8 @@ FEM_Interface.cpp  ──►  Phy / Material / Mesh（读入）
      ├── FemType 0 ──► OpticsFEM_2D_EigenMode ──► Solver_EigenMode ──► Post_2D_EigenMode
      ├── FemType 1 ──► OpticsFEM_2D_EigenFreq  ──► Solver_EigenFreq  ──► Post_2D_EigenFreq
      ├── FemType 2/3 ► OpticsFEM_2D_Scatter   ──► Solver_LdaDom     ──► Post_2D_Scatter
-      └── FemType 4 ──► OpticsFEM_3D_Scatter   ──► Solver_LdaDom     ──► Post_3D_Scatter
+      ├── FemType 4 ──► OpticsFEM_3D_Scatter   ──► Solver_LdaDom     ──► Post_3D_Scatter
+      └── FemType 5 ──► OpticsFEM_3D_EigenFreq ──► Solver_EigenFreq  ──► Post_3D_EigenFreq
                              │
                              └── Mesh_3D ← SBCmesh.dat
                              │
@ -375,6 +382,22 @@ Test_Main.cpp
                 └─ Post("OutFile") → Ex, Ey, Ez, normE
 ```

+### 4.2b 完整调用序列（FemType=5，三维本征频率）
+
+```
+Test_Main.cpp
+  └─ 读取 eigen3d.json
+       └─ OpticsFEM_All(data)
+            └─ [FemType == 5]
+                 ├─ Phy / Material ← JSON（PMC/PEC/PBC 边界）
+                 ├─ Mesh_3D::GetMesh("SBCmesh.dat")
+                 ├─ OpticsFEM_3D_EigenFreq::Assemble()
+                 │     ├─ Assemble_WaveEquation()   A=curl-curl, B=ε·质量
+                 │     └─ Assemble_PEC_PBC()        边界约束矩阵 P
+                 └─ Test_OutputMatrix("OutFile") → Ai/Aj/Av, Bi/Bj/Bv
+                 （Run/Post 待接入：eigs 求 λ，再重构 Ex/Ey/Ez/freq）
+```
+
 ### 4.3 完整调用序列（FemType=2，二维散射，遗留）

 ```
@ -403,7 +426,7 @@ main()

 ### 4.4 数据流

-**FemType = 4（当前主算例）：**
+**FemType = 4（三维散射）：**

 ```
 sbc3d.json ──► Phy（sbc 边界/入射场）
@ -414,6 +437,19 @@ SBCmesh.dat ──► Mesh_3D（四面体 + 三角边界）
          ──► Post ──► OutFile/Ex, Ey, Ez, normE
 ```

+**FemType = 5（三维本征频率）：**
+
+```
+eigen3d.json ──► Phy（PMC/PEC/PBC）
+            ──► MaterialLib
+SBCmesh.dat ──► Mesh_3D
+            ──► Assemble ──► 稀疏矩阵 A（刚度）, B（质量）
+            ──► Test_OutputMatrix ──► OutFile/Ai,Aj,Av,Bi,Bj,Bv
+            （后续 Run: eigs(A,B) → λ=k₀²；Post → freq, Ex/Ey/Ez）
+```
+
+**物理对应关系：** 散射体积分 `A_scatter ≈ A_eigen − k₀²·B_eigen`（同一网格与 Nedelec 基函数下）。
+
 **FemType = 2（2D 遗留）：**

 ```
@ -441,26 +477,31 @@ project_3.dat ──► Mesh_2D（网格拓扑）

 ### 5.2 编译步骤

+推荐使用**两个独立构建目录**，避免散射与本征互相覆盖 exe 和 OutFile：
+
 ```powershell
 # 若 cmake 不在 PATH 中，追加 VS 2026 自带 CMake 路径
 $env:Path += ";C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\18\Community\Common7\IDE\CommonExtensions\Microsoft\CMake\CMake\bin"

 cd "3D opticsfem-master"
-mkdir build -Force
-cd build

-cmake .. -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
-cmake --build . --config Release
+# FemType=4 散射
+cmake -B scat3D -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
+cmake --build scat3D --config Release
+
+# FemType=5 本征频率
+cmake -B eigen3D -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
+cmake --build eigen3D --config Release
 ```

-**产物路径：** `build/Release/OpticsFEM.exe`
-
 **产物路径：**

- `build/Release/OpticsFEM.exe`
- `build/Release/complex/complexsolver.exe`（FemType=4 必需，CMake 自动编译）
+- `scat3D/Release/OpticsFEM.exe` + `scat3D/Release/complex/complexsolver.exe`
+- `eigen3D/Release/OpticsFEM.exe`

-### 5.3 运行前准备（FemType = 4，推荐）
+也可使用单一 `build/` 目录（见 `CMakeSettings.json`），但切换算例时需重新编译并注意 OutFile 覆盖。
+
+### 5.3 运行前准备（FemType = 4，三维散射）

 #### 步骤 1：指定 JSON 配置文件

@ -470,22 +511,20 @@ cmake --build . --config Release
 std::ifstream fd("sbc3d.json");
 ```

-更换算例时，修改文件名或把目标 JSON 复制为 `sbc3d.json`。修改后须**重新编译**。
+更换算例时修改文件名；修改后须**重新编译 scat3D**。

 #### 步骤 2：部署输入文件

-将 JSON 及 `MeshFile` 指定的网格文件复制到 **`build/Release/`**（与 exe 同目录）：
+将 JSON 及 `MeshFile` 指定的网格文件复制到 **`scat3D/Release/`**（与 exe 同目录）：

 ```powershell
-Copy-Item sbc3d.json, SBCmesh.dat -Destination build\Release\
+Copy-Item sbc3d.json, SBCmesh.dat -Destination scat3D\Release\
 ```

 #### 步骤 3：确认求解器

-FemType=4 只需：
-
 ```
-Release/
+scat3D/Release/
 ├── OpticsFEM.exe
 ├── sbc3d.json
 ├── SBCmesh.dat
@ -496,7 +535,7 @@ Release/
 #### 步骤 4：执行

 ```powershell
-cd build/Release
+cd scat3D/Release
 .\OpticsFEM.exe
 ```

@ -508,6 +547,48 @@ cd build/Release

 ---

+### 5.3c 运行前准备（FemType = 5，三维本征频率）
+
+#### 步骤 1：指定 JSON 配置文件
+
+编辑 `test/Test_Main.cpp`：
+
+```cpp
+std::ifstream fd("eigen3d.json");
+```
+
+修改后须**重新编译 eigen3D**（可与 scat3D 并存，互不干扰）。
+
+#### 步骤 2：部署输入文件
+
+```powershell
+Copy-Item eigen3d.json, SBCmesh.dat -Destination eigen3D\Release\
+```
+
+#### 步骤 3：执行
+
+```powershell
+cd eigen3D/Release
+.\OpticsFEM.exe
+```
+
+控制台应打印 `OpticsFEM_All returned 5`。
+
+#### 步骤 4：查看矩阵输出
+
+`OutFile/` 下导出 A/B 稀疏矩阵 COO（0-based）：
+
+| 文件 | 含义 |
+|------|------|
+| `Ai.txt`, `Aj.txt`, `Av.txt` | 刚度矩阵 A |
+| `Bi.txt`, `Bj.txt`, `Bv.txt` | 质量矩阵 B（ε 加权） |
+
+可与 MATLAB `3D一阶本征问题2` 中 `export_ab_matrix.m` 输出对比验证。
+
+> **当前限制**：`Run()`（广义特征值求解）与 `Post()`（场重构、freq 输出）尚未接入 `FEM_Interface.cpp` 的 FemType=5 分支。
+
+---
+
 ### 5.3b 运行前准备（FemType 0–3，2D 遗留）

 #### 步骤 1：指定 JSON 配置文件
@ -560,18 +641,26 @@ cd build/Release
 |------|------|
 | 更换 JSON | 修改 `Test_Main.cpp` 中 `fd.open()` 文件名，或将目标 JSON 复制为当前文件名 |
 | 更换网格 | 确保 JSON 中 `MeshFile` 与实际 `.dat` 文件名一致 |
-| 更换问题类型 | 修改 JSON 中 `FemType`（0/1/2/3/4），程序自动路由 |
+| 更换问题类型 | 修改 JSON 中 `FemType`（0/1/2/3/4/5），程序自动路由 |

-### 5.5 快速验证（sbc3d 三维 SBC 算例）
+### 5.5 快速验证（sbc3d 三维 SBC 散射）

-1. 编译 Release（见 5.2 节）
-2. 复制 `sbc3d.json`、`SBCmesh.dat` 到 `build/Release/`
+1. 编译 `scat3D` Release（见 5.2 节）
+2. 确认 `Test_Main.cpp` 读取 `sbc3d.json`，复制 `sbc3d.json`、`SBCmesh.dat` 到 `scat3D/Release/`
 3. 确认 `sbc3d.json` 中 `"FemType": 4`
 4. 运行 `OpticsFEM.exe`
 5. 检查 `OutFile/` 下四个场文件

 与 COMSOL 对比见 `compare/README.md`。

+### 5.5b 快速验证（eigen3d 三维本征频率）
+
+1. 编译 `eigen3D` Release，`Test_Main.cpp` 改为读取 `eigen3d.json`
+2. 复制 `eigen3d.json`、`SBCmesh.dat` 到 `eigen3D/Release/`
+3. 确认 `"FemType": 5`
+4. 运行 `OpticsFEM.exe`，应返回 5
+5. 检查 `OutFile/` 下 `Ai/Aj/Av`、`Bi/Bj/Bv` 六个文件
+
 ### 5.6 快速验证（bele 二维算例，遗留）

 1. 从 `../测试数据集/bele/` 复制 `bele.json` 和 `project_3.dat` 到 `build/Release/`
@ -602,7 +691,7 @@ data.test2 = 0;
 data.data = (char*)jsonStr.data();

 int ret = OpticsFEM_API::OpticsFEM_All(data);
-// ret: 1=本征模式, 2=本征频率, 3=2D散射, 4=3D散射, 0=错误
+// ret: 1=2D本征模式, 2=2D本征频率, 3=2D散射, 4=3D散射, 5=3D本征矩阵导出, 0=错误
 ```

 ---
@ -618,7 +707,7 @@ int ret = OpticsFEM_API::OpticsFEM_All(data);

 | 字段 | 类型 | 说明 |
 |------|------|------|
-| `FemType` | int | 0=本征模式, 1=本征频率, 2=2D散射(λ), 3=2D散射(f), **4=3D散射(λ)** |
+| `FemType` | int | 0=2D本征模式, 1=2D本征频率, 2=2D散射(λ), 3=2D散射(f), **4=3D散射(λ)**, **5=3D本征频率** |
 | `NbrBoundary` | int | 边界数量（3D 为三角面边界条数；2D 为边界面条数） |
 | `BoundaryFlag` | int[] | 每条边界的类型编码（见 3.3 节） |
 | `NbrDomain` | int | 材料物理域数量 |
@ -630,9 +719,10 @@ int ret = OpticsFEM_API::OpticsFEM_All(data);

 | 字段 | 说明 |
 |------|------|
-| `NbrMode` | 求解模态数量 |
-| `searchValue` | 特征值搜索目标 |
-| `lambda0` | 真空波长（本征模式 FemType=0） |
+| `NbrMode` | 求解模态数量（FemType 0/1/5） |
+| `searchValue` | 特征值搜索目标（FemType 0/1/5） |
+| `searchType`, `solverType`, `maxIterNum`, `tol`, `tolType` | 特征值求解器参数（FemType 5 JSON 已预留） |
+| `lambda0` | 参考波长（FemType 0/5） |

 #### 散射问题专用字段

@ -690,6 +780,30 @@ int ret = OpticsFEM_API::OpticsFEM_All(data);

 **BoundaryFlag 编码（三角面边界）：** 0=PMC, 1=PEC, **2=SBC**, 3=ELE, 4=PBC, …

+#### eigen3d 算例 JSON 摘要（FemType = 5）
+
+```json
+{
+  "FemType": 5,
+  "EletricType": 2,
+  "NbrBoundary": 14,
+  "BoundaryFlag": [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
+  "NbrDomain": 2,
+  "matType": [0, 0],
+  "epsilonrR": [1.0, 1.5],
+  "epsilonrI": [0.0, 0.0],
+  "murR": [1.0, 1.0],
+  "MeshFile": "SBCmesh.dat",
+  "OutFile": "./OutFile",
+  "NbrMode": 6,
+  "searchType": 0,
+  "searchValue": 374740572.5,
+  "lambda0": 0.8
+}
+```
+
+本算例为全 PMC 边界（`BoundaryFlag` 全 0），与 MATLAB `3D一阶本征问题2` 对齐。方程 **A·x = λ·B·x**，λ = k₀²。
+
 #### SBCmesh.dat 网格格式（Mesh_3D）

 文本格式，按块顺序读取（1-based 索引，读入后转 0-based）：
@ -734,7 +848,7 @@ int ret = OpticsFEM_API::OpticsFEM_All(data);

 ---

-### 6.2 三维网格 SBCmesh.dat（Mesh_3D，FemType = 4）
+### 6.2 三维网格 SBCmesh.dat（Mesh_3D，FemType = 4 / 5）

 见上文 [SBCmesh.dat 网格格式](#sbcmeshdat-网格格式mesh_3d)。

@ -863,16 +977,18 @@ extern "C" {

 | 序号 | 文件 | 阅读目标 |
 |------|------|----------|
-| 1 | `test/Test_Main.cpp` | 入口，默认读 `sbc3d.json` |
-| 2 | `Interface/FEM_Interface.cpp` | FemType 路由（含 **FemType=4 → 3D**） |
+| 1 | `test/Test_Main.cpp` | 入口，默认读 `sbc3d.json`（本征改为 `eigen3d.json`） |
+| 2 | `Interface/FEM_Interface.cpp` | FemType 路由（**4→3D散射**, **5→3D本征**） |
 | 3 | `test/Test_ReadData.cpp` | JSON → Phy/Material（含 `sbc` 块） |
 | 4 | `mesh/Mesh_Interface.cpp` | `Mesh_3D::GetMesh` 读 SBCmesh.dat |
-| 5 | `kernel/Assemble_kernel.cpp` | `OpticsFEM_3D_Scatter` 总控 |
-| 6 | `kernel/Assemble_Scatter_3D_Boundary.cpp` | 3D SBC 边界积分 |
-| 7 | `kernel/Assemble_Scatter_Equation.cpp` | 四面体体积方程 |
-| 8 | `complex/complexsolver.cpp` | Eigen 稀疏线性求解 |
-| 9 | `post/Post_CalEletric.cpp` | `Post_3D_Scatter::GetElectric` |
-| 10 | `post/Post_Output.cpp` | 写入 OutFile |
+| 5 | `kernel/Assemble_kernel.cpp` | `OpticsFEM_3D_Scatter` / `OpticsFEM_3D_EigenFreq` 总控 |
+| 6 | `kernel/Assemble_Scatter_3D_Boundary.cpp` | 3D SBC 边界积分（FemType=4） |
+| 7 | `kernel/Assemble_Scatter_Equation.cpp` | 散射四面体体积方程（FemType=4） |
+| 8 | `kernel/Assemble_EigenFreq_Equation.cpp` | 本征 A/B 体积积分（FemType=5） |
+| 9 | `kernel/Assemble_EigenFreq_Boundary.cpp` | 本征 PEC/PBC（FemType=5） |
+| 10 | `complex/complexsolver.cpp` | Eigen 稀疏线性求解（FemType=4） |
+| 11 | `post/Post_CalEletric.cpp` | `Post_3D_Scatter::GetElectric` |
+| 12 | `post/Post_Output.cpp` | 写入 OutFile |

 ### 调试建议

@ -891,7 +1007,7 @@ extern "C" {
 | 运行无输出、无 OutFile | 缺少 `complexsolver.exe` 或路径错误 | 检查 `complex/` 目录及工作目录 |
 | 无法打开 `sbc3d.json` | 工作目录不含 JSON | 复制到 `Release/` 或在其中运行 |
 | 无法打开 `SBCmesh.dat` | `MeshFile` 路径不匹配 | 确保 `.dat` 与 exe 同目录 |
-| 无法打开 `bele.json` | 2D 算例文件缺失 | 从 `测试数据集/bele/` 复制 |
+| 无法打开 `eigen3d.json` | 本征算例 JSON 缺失 | 复制到 `eigen3D/Release/` 并确认 Test_Main 文件名 |
 | 控制台打印 `err` | JSON 缺少或错误 `FemType` | 检查 JSON 完整性 |
 | 编译警告 C4819 | Eigen 头文件编码 | 不影响功能，可忽略 |
 | BELE 表达式报错 | 表达式语法错误或变量未定义 | 检查 muparser 支持的函数（如 `sin`, `pi`, `x`） |
@ -904,11 +1020,15 @@ extern "C" {
 OpticsFEM_API
    ├── Phy_WaveOpticsModel  ← JSON 边界/激励
    ├── MaterialLib          ← JSON 材料
-    ├── Mesh_3D              ← SBCmesh.dat（FemType=4）
-    └── OpticsFEM_3D_Scatter ← 3D 散射驱动
-            ├── Assemble（体积 + SBC 边界）
-            ├── Solver_LdaDom → complexsolver
-            └── Post_3D_Scatter → OutFile
+    ├── Mesh_3D              ← SBCmesh.dat（FemType=4/5）
+    ├── OpticsFEM_3D_Scatter ← FemType=4：A·x=b
+    │       ├── Assemble（体积 + SBC）
+    │       ├── Solver_LdaDom → complexsolver
+    │       └── Post_3D_Scatter → Ex/Ey/Ez/normE
+    └── OpticsFEM_3D_EigenFreq ← FemType=5：A·x=λB·x
+            ├── Assemble（A 刚度 + B 质量 + PEC/PBC）
+            ├── Test_OutputMatrix → Ai/Aj/Av, Bi/Bj/Bv
+            └── （待接）Solver_EigenFreq → Post_3D_EigenFreq
 ```

 ---
@ -922,6 +1042,7 @@ OpticsFEM_API
 | 2 | `lambda`, 边界块 | Ex/Ey/Ez/normE |
 | 3 | `freq`, 边界块 | Ex/Ey/Ez/normE |
 | **4** | **`lambda`, `sbc` 块, `SBCmesh.dat`** | **Ex/Ey/Ez/normE** |
+| **5** | **`NbrMode`, `searchValue`, `lambda0`, `SBCmesh.dat`** | **Ai/Aj/Av, Bi/Bj/Bv**（当前）；后续 **freq, Ex/Ey/Ez** |

 ---

@ -929,9 +1050,10 @@ OpticsFEM_API

 | 版本 | 日期 | 修订内容 |
 |------|------|----------|
+| v3.0 | 2026-06-09 | 新增 FemType=5 三维本征频率；scat3D/eigen3D 双构建目录；eigen3d.json；A/B 矩阵导出 |
 | v2.0 | 2026-06-08 | 适配 3D 版：FemType=4、sbc3d 算例、SBCmesh 格式、CMake complexsolver |
 | v1.0 | 2026-06-03 | 初版（2D opticsfem-master） |

 ---

-*本文档基于 `3D opticsfem-master` 当前代码状态编制。主算例：`sbc3d.json` + `SBCmesh.dat`，FemType=4。*
+*本文档基于 `3D opticsfem-master` 当前代码状态编制。三维主算例：`sbc3d.json`（散射 FemType=4）+ `eigen3d.json`（本征 FemType=5），共用 `SBCmesh.dat`。*
--- a/opticsfem-master/README.md
+++ b/opticsfem-master/README.md
@ -7,60 +7,106 @@
 | FemType | 说明 | 网格 | 状态 |
 |---------|------|------|------|
 | 0–3 | 二维问题（本征/散射） | `Mesh_2D` | 遗留接口，与 2D 版相同 |
-| **4** | **三维一阶散射（SBC）** | **`Mesh_3D`** | **当前主算例** |
+| **4** | **三维一阶散射（SBC）** | **`Mesh_3D`** | **完整：组装 → 求解 → 后处理** |
+| **5** | **三维一阶本征频率** | **`Mesh_3D`** | **组装 + A/B 矩阵导出（Run/Post 待接）** |

-## 快速开始（FemType = 4）
+三维主算例共用网格 **`SBCmesh.dat`**，散射与本征分别使用 `sbc3d.json`、`eigen3d.json`。

-### 环境
+## 推荐构建目录
+
+为避免散射与本征互相覆盖 exe 和 OutFile，建议使用**两个独立 CMake 构建目录**：
+
+| 目录 | 用途 | 配置文件 |
+|------|------|----------|
+| `scat3D/` | FemType=4 散射 | `sbc3d.json` |
+| `eigen3D/` | FemType=5 本征频率 | `eigen3d.json` |
+
+旧目录 `build/`、`build1/` 为早期本地构建，可保留或删除，**不必上传 Git**。
+
+## 环境

 - Windows 10/11 x64
 - Visual Studio 2026（18），工作负载：使用 C++ 的桌面开发
 - CMake ≥ 3.8（随 VS 安装）

-### 编译
+若 `cmake` 不在 PATH 中：
+
+```powershell
+$env:Path += ";C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\18\Community\Common7\IDE\CommonExtensions\Microsoft\CMake\CMake\bin"
+```
+
+## 编译

 ```powershell
 cd "3D opticsfem-master"

-# 若 cmake 不在 PATH 中，追加 VS 2026 自带 CMake
-$env:Path += ";C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\18\Community\Common7\IDE\CommonExtensions\Microsoft\CMake\CMake\bin"
+# 散射（FemType=4）
+cmake -B scat3D -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
+cmake --build scat3D --config Release

-mkdir build
-cd build
-cmake .. -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
-cmake --build . --config Release
+# 本征频率（FemType=5）
+cmake -B eigen3D -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
+cmake --build eigen3D --config Release
 ```

-产物：
+产物（每个构建目录各一份）：

- `build/Release/OpticsFEM.exe`
- `build/Release/complex/complexsolver.exe`（CMake 自动编译）
+- `scat3D/Release/OpticsFEM.exe` 或 `eigen3D/Release/OpticsFEM.exe`
+- `*/Release/complex/complexsolver.exe`（FemType=4 散射求解必需，CMake 自动编译）

-### 运行 sbc3d 算例
+## 运行散射算例（FemType = 4）
+
+1. 修改 `test/Test_Main.cpp`，确保读取 `sbc3d.json`（当前默认），重新编译 `scat3D`。
+2. 部署输入文件：

 ```powershell
-# 复制输入文件到 exe 同目录
-Copy-Item ..\sbc3d.json, ..\SBCmesh.dat -Destination Release\
-
-cd Release
+Copy-Item sbc3d.json, SBCmesh.dat -Destination scat3D\Release\
+cd scat3D\Release
 .\OpticsFEM.exe
 ```

-结果输出到 `Release/OutFile/`：`Ex`、`Ey`、`Ez`、`normE`。
+3. 控制台应打印 `OpticsFEM_All returned 4`。
+4. 结果在 `OutFile/`：`Ex`、`Ey`、`Ez`、`normE`。

-### 输入文件
+## 运行本征频率算例（FemType = 5）

-| 文件 | 说明 |
-|------|------|
-| `sbc3d.json` | 算例配置，`FemType` 必须为 **4** |
-| `SBCmesh.dat` | 三维四面体网格（顶点、四面体、边、三角边界等） |
+1. 修改 `test/Test_Main.cpp` 中 JSON 文件名为 `eigen3d.json`，重新编译 `eigen3D`。
+2. 部署输入文件：
+
+```powershell
+Copy-Item eigen3d.json, SBCmesh.dat -Destination eigen3D\Release\
+cd eigen3D\Release
+.\OpticsFEM.exe
+```
+
+3. 控制台应打印 `OpticsFEM_All returned 5`。
+4. 当前输出 `OutFile/` 下 A/B 稀疏矩阵 COO：`Ai/Aj/Av`、`Bi/Bj/Bv`（0-based），供与 MATLAB `eigs(A,B)` 对比验证。
+
+> **说明**：FemType=5 的 `Run()`（特征值求解）与 `Post()`（场重构）尚未接入主流程；矩阵组装与边界处理已完成。
+
+## 输入文件
+
+| 文件 | FemType | 说明 |
+|------|---------|------|
+| `sbc3d.json` | 4 | 散射配置，含 `sbc` 边界块与 `lambda` |
+| `eigen3d.json` | 5 | 本征频率配置，含 `NbrMode`、`searchValue` 等 |
+| `SBCmesh.dat` | 4 / 5 | 三维四面体网格（顶点、四面体、边、三角边界等） |
+
+## 物理形式简述
+
+| 问题 | 方程形式 | 矩阵 |
+|------|----------|------|
+| 散射 (4) | **A·x = b**（给定 λ/k₀） | A = curl-curl − k₀²ε + SBC；b 来自入射边界 |
+| 本征 (5) | **A·x = λ·B·x** | A = curl-curl（刚度）；B = ε·质量 |
+
+体积分核函数相同，散射将刚度与质量合并进 A 并加边界激励；本征拆成 A、B 求特征值。

 ## 详细文档

- [OpticsFEM_完整使用说明与代码介绍.md](./OpticsFEM_完整使用说明与代码介绍.md) — 模块说明、JSON 字段、FemType=4 专章
- [compare/README.md](./compare/README.md) — 与 COMSOL 的 normE 切面对比
+- [OpticsFEM_完整使用说明与代码介绍.md](./OpticsFEM_完整使用说明与代码介绍.md) — 模块说明、JSON 字段、FemType=4/5 专章
+- [compare/README.md](./compare/README.md) — 与 COMSOL 的 normE 切面对比（散射）

 ## 仓库说明

- 只需上传**源码**；`build/` 由 CMake 本地生成，不必提交。
- 散射算例（FemType=4）的 `complexsolver.exe` 可由 CMake 从 `complex/complexsolver.cpp` 编译，无需单独 PETSc 版求解器。
+- 仅上传**源码**与算例 JSON；`scat3D/`、`eigen3D/`、`build/`、`build1/` 为本地 CMake 产物，不上传。
+- FemType=4 的 `complexsolver.exe` 由 CMake 从 `complex/complexsolver.cpp` 编译，无需单独 PETSc 版求解器。
--- a/opticsfem-master/compare/README.md
+++ b/opticsfem-master/compare/README.md
@ -1,6 +1,6 @@
 # normE 切面对比（COMSOL vs OpticsFEM）

-在 **z = 0.5 m** 平面上对比 COMSOL 与 C++ OpticsFEM 的 |E| 热图。
+在 **z = 0.5 m** 平面上对比 COMSOL 与 C++ OpticsFEM 的 |E| 热图（**散射算例 FemType=4**）。

 ## 目录

@ -18,14 +18,14 @@

 ## 使用步骤

-### 1. 运行 C++ 求解
+### 1. 运行 C++ 散射求解

 ```powershell
-cd "3D opticsfem-master\build\Release"
+cd "3D opticsfem-master\scat3D\Release"
 .\OpticsFEM.exe
 ```

-确认生成 `OutFile/normE`。
+确认生成 `OutFile/normE`（需已部署 `sbc3d.json` 与 `SBCmesh.dat`，见根目录 README）。

 ### 2. 导出 COMSOL 切面

--- a/opticsfem-master/eigen3d.json
+++ b/opticsfem-master/eigen3d.json
@ -0,0 +1,33 @@
+{
+  "FemType": 5,
+  "EletricType": 2,
+  "NbrBoundary": 14,
+  "BoundaryFlag": [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
+  "NbrDomain": 2,
+  "domainType": [2, 2],
+  "domainIndex": [0, 1],
+  "matType": [0, 0],
+  "epsilonrR": [1.0, 1.5],
+  "epsilonrI": [0.0, 0.0],
+  "murR": [1.0, 1.0],
+  "murI": [0.0, 0.0],
+  "chiheR": [0.0, 0.0],
+  "chiehR": [0.0, 0.0],
+  "chiheI": [0.0, 0.0],
+  "chiehI": [0.0, 0.0],
+  "sigma": [0.0, 0.0],
+  "n": [1.0, 1.0],
+  "k": [0.0, 0.0],
+  "MeshFile": "SBCmesh.dat",
+  "OutFile": "./OutFile",
+  "NbrMode": 6,
+  "searchType": 0,
+  "searchValue": 374740572.5,
+  "solverType": 0,
+  "maxIterNum": 40,
+  "tol": 1.0e-6,
+  "tolType": 0,
+  "lambda0": 0.8,
+  "lambda": 0.0,
+  "freq": 0.0
+}
--- a/opticsfem-master/kernel/Assemble_Base.h
+++ b/opticsfem-master/kernel/Assemble_Base.h
@ -165,6 +165,8 @@ public:

 	void Assemble();

+	void Test_OutputMatrix(const std::string& outDir = "./OutFile");
+
 private:
 	void Assemble_WaveEquation();
 	void Assemble_PEC_PBC();
--- a/opticsfem-master/kernel/Assemble_EigenFreq_Equation.cpp
+++ b/opticsfem-master/kernel/Assemble_EigenFreq_Equation.cpp
@ -288,7 +288,7 @@ void OpticsFEM_3D_EigenFreq::Assemble_WaveEquation()
 		//material
 		int domain = _mMesh->GetDomainOfTet(n);
 		Matrix3cd epsr = _mMatLib->GetEpsr(domain);
-		Matrix3cd invMur = _mMatLib->GetEpsr(domain).inverse();
+		Matrix3cd invMur = _mMatLib->GetMur(domain).inverse();

 		//mapping 
 		VectorXi MappingIndex = VectorXi::Zero(dof);
--- a/opticsfem-master/kernel/Assemble_kernel.cpp
+++ b/opticsfem-master/kernel/Assemble_kernel.cpp
@ -512,10 +512,16 @@ void OpticsFEM_2D_Scatter::Post(string file)
 }

 /*
-3D_EigenFreq
+3D_EigenFreq - volume assembly_equ → sparse A (curl-curl) and B (eps mass)
 */
 void OpticsFEM_3D_EigenFreq::Assemble()
 {
+	_mDof = _mMesh->GetNbrEdge();
+	_mTripleA_real.clear();
+	_mTripleB_real.clear();
+	_mTripleA_complex.clear();
+	_mTripleB_complex.clear();
+
 	_mIsReal = _mMatLib->IsReal();
 	if (_mIsReal)
 	{
@ -533,11 +539,15 @@ void OpticsFEM_3D_EigenFreq::Assemble()

 	if (_mIsReal)
 	{
+		_mA_real.resize(_mDof, _mDof);
+		_mB_real.resize(_mDof, _mDof);
 		_mA_real.setFromTriplets(_mTripleA_real.begin(), _mTripleA_real.end());
 		_mB_real.setFromTriplets(_mTripleB_real.begin(), _mTripleB_real.end());
 	}
 	else
 	{
+		_mA_complex.resize(_mDof, _mDof);
+		_mB_complex.resize(_mDof, _mDof);
 		_mA_complex.setFromTriplets(_mTripleA_complex.begin(), _mTripleA_complex.end());
 		_mB_complex.setFromTriplets(_mTripleB_complex.begin(), _mTripleB_complex.end());
 	}
@ -546,7 +556,24 @@ void OpticsFEM_3D_EigenFreq::Assemble()
 	{
 		this->Assemble_PEC_PBC();
 	}
+	else
+	{
+		if (_mIsReal)
+		{
+			_mP_real.resize(_mDof, _mDof);
+			_mP_real.setIdentity();
+		}
+		else
+		{
+			_mP_complex.resize(_mDof, _mDof);
+			_mP_complex.setIdentity();
+		}
+	}

+	std::cout << "[OpticsFEM_3D_EigenFreq] Assemble done: DOF=" << _mDof
+		<< " nnz(A)=" << (_mIsReal ? _mA_real.nonZeros() : _mA_complex.nonZeros())
+		<< " nnz(B)=" << (_mIsReal ? _mB_real.nonZeros() : _mB_complex.nonZeros())
+		<< std::endl;
 }

 /*
@ -685,6 +712,53 @@ void OpticsFEM_3D_Scatter::Test_OutputMatrix(const std::string& outDir)
 	}
 }

+void OpticsFEM_3D_EigenFreq::Test_OutputMatrix(const std::string& outDir)
+{
+	EnsureOutputDir(outDir);
+	const std::string prefix = outDir + "/";
+
+	if (_mIsReal)
+	{
+		std::ofstream outAi(prefix + "Ai.txt"), outAj(prefix + "Aj.txt"), outAv(prefix + "Av.txt");
+		std::ofstream outBi(prefix + "Bi.txt"), outBj(prefix + "Bj.txt"), outBv(prefix + "Bv.txt");
+		for (const auto& t : _mTripleA_real)
+		{
+			outAi << t.row() << '\n';
+			outAj << t.col() << '\n';
+			outAv << t.value() << '\n';
+		}
+		for (const auto& t : _mTripleB_real)
+		{
+			outBi << t.row() << '\n';
+			outBj << t.col() << '\n';
+			outBv << t.value() << '\n';
+		}
+		std::cout << "[OpticsFEM_3D_EigenFreq] exported A/B COO to " << outDir << std::endl;
+	}
+	else
+	{
+		std::ofstream outAi(prefix + "Ai.txt"), outAj(prefix + "Aj.txt");
+		std::ofstream outAv_real(prefix + "Av_real.txt"), outAv_imag(prefix + "Av_imag.txt");
+		std::ofstream outBi(prefix + "Bi.txt"), outBj(prefix + "Bj.txt");
+		std::ofstream outBv_real(prefix + "Bv_real.txt"), outBv_imag(prefix + "Bv_imag.txt");
+		for (const auto& t : _mTripleA_complex)
+		{
+			outAi << t.row() << '\n';
+			outAj << t.col() << '\n';
+			outAv_real << t.value().real() << '\n';
+			outAv_imag << t.value().imag() << '\n';
+		}
+		for (const auto& t : _mTripleB_complex)
+		{
+			outBi << t.row() << '\n';
+			outBj << t.col() << '\n';
+			outBv_real << t.value().real() << '\n';
+			outBv_imag << t.value().imag() << '\n';
+		}
+		std::cout << "[OpticsFEM_3D_EigenFreq] exported A/B COO to " << outDir << std::endl;
+	}
+}
+
 /*
 3D_Scatter2 
 prism
--- a/opticsfem-master/test/Test_Main.cpp
+++ b/opticsfem-master/test/Test_Main.cpp
@ -6,7 +6,7 @@

 int main()
 {
-	std::ifstream fd("sbc3d.json");
+	std::ifstream fd("sbc3d.json");  // FemType=4 散射；本征请改为 eigen3d.json 并编译 eigen3D 目录
 	if (!fd.is_open())
 	{
 		std::cout << "cannot open sbc3d.json" << std::endl;