David's final changes: more profiler features, fixes.
[ipdf/code.git] / src / bezier.cpp
index a30a20a..83db943 100644 (file)
 #include <cmath>
 #include <algorithm>
 
+
+
 using namespace std;
 
 namespace IPDF
 {
 
+vector<BReal> SolveQuadratic(const BReal & a, const BReal & b, const BReal & c, const BReal & min, const BReal & max)
+{
+       vector<BReal> roots; roots.reserve(2);
+       if (a == BReal(0) && b != BReal(0))
+       {
+               roots.push_back(-c/b);
+               return roots;
+       }
+       BReal disc(b*b - BReal(4)*a*c);
+       if (disc < BReal(0))
+       {
+               return roots;
+       }
+       else if (disc == BReal(0))
+       {
+               BReal x(-b/BReal(2)*a);
+               if (x >= min && x <= max)
+                       roots.push_back(x);
+               return roots;
+       }
+       
+       BReal x0((-b - Sqrt(b*b - BReal(4)*a*c))/(BReal(2)*a));
+       BReal x1((-b + Sqrt(b*b - BReal(4)*a*c))/(BReal(2)*a));
+       if (x0 > x1)
+       {
+               BReal tmp(x0);
+               x0 = x1;
+               x1 = tmp;
+       }
+       if (x0 >= min && x0 <= max)
+               roots.push_back(x0);
+       if (x1 >= min && x1 <= max)
+               roots.push_back(x1);
+       return roots;
+}
+
+/**
+ * Finds the root (if it exists) in a monotonicly in(de)creasing segment of a Cubic
+ */
+
+static void CubicSolveSegment(vector<BReal> & roots, const BReal & a, const BReal & b, const BReal & c, const BReal & d, BReal & tl, BReal & tu, const BReal & delta)
+{
+       BReal l = a*tl*tl*tl + b*tl*tl + c*tl + d;
+       BReal u = a*tu*tu*tu + b*tu*tu + c*tu + d;
+       if ((l < BReal(0) && u < BReal(0)) || (l > BReal(0) && u > BReal(0)))
+       {
+               //Debug("Discarding segment (no roots) l = %f (%f), u = %f (%f)", Double(tl), Double(l), Double(tu), Double(u));
+               //return;
+       }
+       
+       bool negative = (u < l); // lower point > 0, upper point < 0
+       //Debug("%ft^3 + %ft^2 + %ft + %f is negative (%f < %f) %d", Double(a),Double(b),Double(c),Double(d),Double(u),Double(l), negative);
+       while (tu - tl > delta)
+       {
+               BReal t(tu+tl);
+               t /= 2;
+               BReal m = a*t*t*t + b*t*t + c*t + d;
+               if (m > BReal(0))
+               {
+                       if (negative)
+                               tl = t;
+                       else
+                               tu = t;
+               }
+               else if (negative)
+               {
+                       tu = t;
+               }
+               else
+               {
+                       tl = t;
+               }
+               //Debug("Delta is %f (%f - %f -> %f)", tu-tl, tu, tl, t);
+       }
+       roots.push_back(tl);
+}
+vector<BReal> SolveCubic(const BReal & a, const BReal & b, const BReal & c, const BReal & d, const BReal & min, const BReal & max, const BReal & delta)
+{
+       vector<BReal> roots; roots.reserve(3);
+       BReal tu(max);
+       BReal tl(min);
+       vector<BReal> turns(SolveQuadratic(a*BReal(3), b*BReal(2), c));
+       //Debug("%u turning points", turns.size());
+       for (unsigned i = 1; i < turns.size(); ++i)
+       {
+               //if (tl > max) break;
+               tu = turns[i];
+               CubicSolveSegment(roots, a, b, c, d, tl, tu,delta);
+               tl = turns[i];
+       }
+       tu = max;
+       CubicSolveSegment(roots, a, b, c, d, tl, tu,delta);
+       return roots;
+}
+
 /**
  * Factorial
  * Use dynamic programming / recursion
@@ -41,9 +138,9 @@ int BinomialCoeff(int n, int k)
 /**
  * Bernstein Basis Polynomial
  */
-Real Bernstein(int k, int n, const Real & u)
+BReal Bernstein(int k, int n, const BReal & u)
 {
-       return Real(BinomialCoeff(n, k)) * Power(u, k) * Power(Real(1.0) - u, n-k);
+       return BReal(BinomialCoeff(n, k)) * Power(u, k) * Power(BReal(1.0) - u, n-k);
 }
 
 
@@ -52,65 +149,258 @@ Real Bernstein(int k, int n, const Real & u)
  * In one coordinate direction
  */
 
-static pair<Real, Real> BezierTurningPoints(const Real & p0, const Real & p1, const Real & p2, const Real & p3)
+pair<BReal, BReal> BezierTurningPoints(const BReal & p0, const BReal & p1, const BReal & p2, const BReal & p3)
 {
        // straight line
        if (p1 == p2 && p2 == p3)
        {
-               return pair<Real,Real>(0, 1);
+               return pair<BReal,BReal>(0, 1);
        }
-       Real a = (p1- p0 - 2*(p2-p1) + p3-p2);
-       Real b = (p1-p0 - (p2-p1))*(p1-p0);
-       Real c = (p1-p0);
-       if (a == 0)
+       BReal a = ((p1-p2)*BReal(3) + p3 - p0);
+       BReal b = (p2 - p1*BReal(2) + p0)*BReal(2);
+       BReal c = (p1-p0);
+       if (a == BReal(0))
        {
-               if (b == 0)
-                       return pair<Real, Real>(0,1);
-               Real t = -c/b;
-               if (t > 1) t = 1;
-               if (t < 0) t = 0;
-               return pair<Real, Real>(t, t);
+               if (b == BReal(0))
+                       return pair<BReal, BReal>(0,1);
+               BReal t = -c/b;
+               if (t > BReal(1)) t = 1;
+               if (t < BReal(0)) t = 0;
+               return pair<BReal, BReal>(t, t);
        }
-       Debug("a, b, c are %f, %f, %f", Float(a), Float(b), Float(c));
-       if (b*b - 4*a*c < 0)
+       //Debug("a, b, c are %f, %f, %f", Float(a), Float(b), Float(c));
+       if (b*b - a*c*BReal(4) < BReal(0))
        {
-               return pair<Real, Real>(0,1);
+               //Debug("No real roots");
+               return pair<BReal, BReal>(0,1);
        }
-       pair<Real, Real> tsols = SolveQuadratic(a, b, c);
-       if (tsols.first > 1) tsols.first = 1;
-       if (tsols.first < 0) tsols.first = 0;
-       if (tsols.second > 1) tsols.second = 1;
-       if (tsols.second < 0) tsols.second = 0;
-       return tsols;
+       vector<BReal> tsols = SolveQuadratic(a, b, c);
+       if (tsols.size() == 1)
+               return pair<BReal,BReal>(tsols[0], tsols[0]);
+       else if (tsols.size() == 0)
+               return pair<BReal, BReal>(0,1);
+       
+       return pair<BReal,BReal>(tsols[0], tsols[1]);
+       
 }
 
-inline bool CompRealByPtr(const Real * a, const Real * b) 
+inline bool CompBRealByPtr(const BReal * a, const BReal * b) 
 {
        return (*a) < (*b);
 }
 
+/**
+ * Get top most *point* on Bezier curve
+ */
+pair<BReal,BReal> Bezier::GetTop() const
+{
+       pair<BReal, BReal> tsols = BezierTurningPoints(y0,y1,y2,y3);
+       BReal tx0; BReal ty0;
+       BReal tx1; BReal ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const BReal*> v(4);
+       v[0] = &y0;
+       v[1] = &y3;
+       v[2] = &ty0;
+       v[3] = &ty1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompBRealByPtr);
+       pair<BReal,BReal> result;
+       result.second = *v[0];
+       if (v[0] == &y0)
+       {
+               result.first = x0;
+       }
+       else if (v[0] == &y3)
+       {
+               result.first = x3;
+       }
+       else if (v[0] == &ty0)
+       {
+               result.first = tx0;
+       }
+       else if (v[0] == &ty1)
+       {
+               result.first = tx1;
+       }
+       return result;
+}
+
+/**
+ * Get bottom most *point* on Bezier curve
+ */
+pair<BReal,BReal> Bezier::GetBottom() const
+{
+       pair<BReal, BReal> tsols = BezierTurningPoints(y0,y1,y2,y3);
+       BReal tx0; BReal ty0;
+       BReal tx1; BReal ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const BReal*> v(4);
+       v[0] = &y0;
+       v[1] = &y3;
+       v[2] = &ty0;
+       v[3] = &ty1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompBRealByPtr);
+       pair<BReal,BReal> result;
+       result.second = *v[3];
+       if (v[3] == &y0)
+       {
+               result.first = x0;
+       }
+       else if (v[3] == &y3)
+       {
+               result.first = x3;
+       }
+       else if (v[3] == &ty0)
+       {
+               result.first = tx0;
+       }
+       else if (v[3] == &ty1)
+       {
+               result.first = tx1;
+       }
+       return result;
+}
+
+/**
+ * Get left most *point* on Bezier curve
+ */
+pair<BReal,BReal> Bezier::GetLeft() const
+{
+       pair<BReal, BReal> tsols = BezierTurningPoints(x0,x1,x2,x3);
+       BReal tx0; BReal ty0;
+       BReal tx1; BReal ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const BReal*> v(4);
+       v[0] = &x0;
+       v[1] = &x3;
+       v[2] = &tx0;
+       v[3] = &tx1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompBRealByPtr);
+       pair<BReal,BReal> result;
+       result.first = *v[0];
+       if (v[0] == &x0)
+       {
+               result.second = y0;
+       }
+       else if (v[0] == &x3)
+       {
+               result.second = y3;
+       }
+       else if (v[0] == &tx0)
+       {
+               result.second = ty0;
+       }
+       else if (v[0] == &tx1)
+       {
+               result.second = ty1;
+       }
+       return result;
+}
+
+
+/**
+ * Get left most *point* on Bezier curve
+ */
+pair<BReal,BReal> Bezier::GetRight() const
+{
+       pair<BReal, BReal> tsols = BezierTurningPoints(x0,x1,x2,x3);
+       BReal tx0; BReal ty0;
+       BReal tx1; BReal ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const BReal*> v(4);
+       v[0] = &x0;
+       v[1] = &x3;
+       v[2] = &tx0;
+       v[3] = &tx1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompBRealByPtr);
+       pair<BReal,BReal> result;
+       result.first = *v[3];
+       if (v[3] == &x0)
+       {
+               result.second = y0;
+       }
+       else if (v[3] == &x3)
+       {
+               result.second = y3;
+       }
+       else if (v[3] == &tx0)
+       {
+               result.second = ty0;
+       }
+       else if (v[3] == &tx1)
+       {
+               result.second = ty1;
+       }
+       return result;
+}
+
+vector<BReal> Bezier::SolveXParam(const BReal & x) const
+{
+       BReal d(x0 - x);
+       BReal c((x1 - x0)*BReal(3));
+       BReal b((x2 - x1)*BReal(3) - c);
+       BReal a(x3 -x0 - c - b);
+       vector<BReal> results(SolveCubic(a, b, c, d));
+       for (unsigned i = 0; i < results.size(); ++i)
+       {
+               Vec2 p;
+               Evaluate(p.x, p.y, results[i]);
+       }
+       return results;
+}
+
+
+vector<BReal> Bezier::SolveYParam(const BReal & y) const
+{
+       BReal d(y0 - y);
+       BReal c((y1 - y0)*BReal(3));
+       BReal b((y2 - y1)*BReal(3) - c);
+       BReal a(y3 -y0 - c - b);
+       vector<BReal> results(SolveCubic(a, b, c, d));
+       for (unsigned i = 0; i < results.size(); ++i)
+       {
+               Vec2 p;
+               Evaluate(p.x, p.y, results[i]);
+       }
+       return results;
+}
+
+vector<Vec2> Bezier::Evaluate(const vector<BReal> & u) const
+{
+       vector<Vec2> result(u.size());
+       for (unsigned i = 0; i < u.size(); ++i)
+       {
+               Evaluate(result[i].x, result[i].y, u[i]);
+       }
+       return result;
+}
+
 /**
  * Get Bounds Rectangle of Bezier
  */
-Rect Bezier::SolveBounds() const
+BRect Bezier::SolveBounds() const
 {
-       Rect result;
-       pair<Real, Real> tsols = BezierTurningPoints(x0, x1, x2, x3);
+       BRect result;
+       pair<BReal, BReal> tsols = BezierTurningPoints(x0, x1, x2, x3);
        
-       Real tp0; Real tp1; Real o;
+       BReal tp0; BReal tp1; BReal o;
        Evaluate(tp0, o, tsols.first);
        Evaluate(tp1, o, tsols.second);
        
-       Debug("x: tp0 is %f tp1 is %f", Float(tp0), Float(tp1));
+       //Debug("x: tp0 is %f tp1 is %f", Float(tp0), Float(tp1));
        
-       vector<const Real*> v(4);
+       vector<const BReal*> v(4);
        v[0] = &x0;
        v[1] = &x3;
        v[2] = &tp0;
        v[3] = &tp1;
        
        // Not using a lambda to keep this compiling on cabellera
-       sort(v.begin(), v.end(), CompRealByPtr);
+       sort(v.begin(), v.end(), CompBRealByPtr);
 
        result.x = *(v[0]);
        result.w = *(v[3]) - result.x;
@@ -121,19 +411,20 @@ Rect Bezier::SolveBounds() const
        Evaluate(o, tp1, tsols.second);
        
        
-       Debug("y: tp0 is %f tp1 is %f", Float(tp0), Float(tp1));
+       //Debug("y: tp0 is %f tp1 is %f", Float(tp0), Float(tp1));
        
        v[0] = &y0;
        v[1] = &y3;
        v[2] = &tp0;
        v[3] = &tp1;
-       sort(v.begin(), v.end(), CompRealByPtr);
+       sort(v.begin(), v.end(), CompBRealByPtr);
        
        result.y = *(v[0]);
        result.h = *(v[3]) - result.y;
        
-       Debug("Solved Bezier %s bounds as %s", Str().c_str(), result.Str().c_str());
+       //Debug("Solved Bezier %s bounds as %s", Str().c_str(), result.Str().c_str());
        return result;
 }
 
 } // end namespace
+

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