// there is no elegance here. only sleep deprivation and regret.
[ipdf/code.git] / src / bezier.cpp
index a30a20a..99611dc 100644 (file)
@@ -9,6 +9,96 @@ using namespace std;
 namespace IPDF
 {
 
+vector<Real> SolveQuadratic(const Real & a, const Real & b, const Real & c, const Real & min, const Real & max)
+{
+       vector<Real> roots; roots.reserve(2);
+       if (a == 0 && b != 0)
+       {
+               roots.push_back(-c/b);
+               return roots;
+       }
+       Real disc(b*b - Real(4)*a*c);
+       if (disc < 0)
+       {
+               return roots;
+       }
+       else if (disc == 0)
+       {
+               Real x(-b/Real(2)*a);
+               if (x >= min && x <= max)
+                       roots.push_back(x);
+               return roots;
+       }
+       
+       Real x0((-b - Sqrt(b*b - Real(4)*a*c))/(Real(2)*a));
+       Real x1((-b + Sqrt(b*b - Real(4)*a*c))/(Real(2)*a));
+       if (x0 > x1)
+       {
+               Real 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<Real> & roots, const Real & a, const Real & b, const Real & c, const Real & d, Real & tl, Real & tu, const Real & delta)
+{
+       Real l = a*tl*tl*tl + b*tl*tl + c*tl + d;
+       Real u = a*tu*tu*tu + b*tu*tu + c*tu + d;
+       if ((l < 0 && u < 0) || (l > 0 && u > 0))
+               return;
+       
+       bool negative = (u < l); // lower point > 0, upper point < 0
+       while (tu - tl > delta)
+       {
+               Real t(tu+tl);
+               t /= 2;
+               Real m = a*t*t*t + b*t*t + c*t + d;
+               if (m > 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<Real> SolveCubic(const Real & a, const Real & b, const Real & c, const Real & d, const Real & min, const Real & max, const Real & delta)
+{
+       vector<Real> roots; roots.reserve(3);
+       Real tu(max);
+       Real tl(min);
+       vector<Real> turns(SolveQuadratic(a*3, b*2, c));
+       //Debug("%u turning points", turns.size());
+       for (unsigned i = 1; i < turns.size(); ++i)
+       {
+               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
@@ -52,15 +142,15 @@ 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<Real, Real> BezierTurningPoints(const Real & p0, const Real & p1, const Real & p2, const Real & p3)
 {
        // straight line
        if (p1 == p2 && p2 == p3)
        {
                return pair<Real,Real>(0, 1);
        }
-       Real a = (p1- p0 - 2*(p2-p1) + p3-p2);
-       Real b = (p1-p0 - (p2-p1))*(p1-p0);
+       Real a = ((p1-p2)*3 + p3 - p0);
+       Real b = (p2 - p1*2 + p0)*2;
        Real c = (p1-p0);
        if (a == 0)
        {
@@ -71,17 +161,20 @@ static pair<Real, Real> BezierTurningPoints(const Real & p0, const Real & p1, co
                if (t < 0) t = 0;
                return pair<Real, Real>(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*4 < 0)
        {
+               //Debug("No real roots");
                return pair<Real, Real>(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<Real> tsols = SolveQuadratic(a, b, c);
+       if (tsols.size() == 1)
+               return pair<Real,Real>(tsols[0], tsols[0]);
+       else if (tsols.size() == 0)
+               return pair<Real, Real>(0,1);
+       
+       return pair<Real,Real>(tsols[0], tsols[1]);
+       
 }
 
 inline bool CompRealByPtr(const Real * a, const Real * b) 
@@ -89,6 +182,196 @@ inline bool CompRealByPtr(const Real * a, const Real * b)
        return (*a) < (*b);
 }
 
+/**
+ * Get top most *point* on Bezier curve
+ */
+pair<Real,Real> Bezier::GetTop() const
+{
+       pair<Real, Real> tsols = BezierTurningPoints(y0,y1,y2,y3);
+       Real tx0; Real ty0;
+       Real tx1; Real ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const Real*> v(4);
+       v[0] = &y0;
+       v[1] = &y3;
+       v[2] = &ty0;
+       v[3] = &ty1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompRealByPtr);
+       pair<Real,Real> 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<Real,Real> Bezier::GetBottom() const
+{
+       pair<Real, Real> tsols = BezierTurningPoints(y0,y1,y2,y3);
+       Real tx0; Real ty0;
+       Real tx1; Real ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const Real*> v(4);
+       v[0] = &y0;
+       v[1] = &y3;
+       v[2] = &ty0;
+       v[3] = &ty1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompRealByPtr);
+       pair<Real,Real> 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<Real,Real> Bezier::GetLeft() const
+{
+       pair<Real, Real> tsols = BezierTurningPoints(x0,x1,x2,x3);
+       Real tx0; Real ty0;
+       Real tx1; Real ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const Real*> v(4);
+       v[0] = &x0;
+       v[1] = &x3;
+       v[2] = &tx0;
+       v[3] = &tx1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompRealByPtr);
+       pair<Real,Real> 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<Real,Real> Bezier::GetRight() const
+{
+       pair<Real, Real> tsols = BezierTurningPoints(x0,x1,x2,x3);
+       Real tx0; Real ty0;
+       Real tx1; Real ty1;
+       Evaluate(tx0, ty0, tsols.first);
+       Evaluate(tx1, ty1, tsols.second);
+       vector<const Real*> v(4);
+       v[0] = &x0;
+       v[1] = &x3;
+       v[2] = &tx0;
+       v[3] = &tx1;
+       sort(v.begin(), v.end(), CompRealByPtr);
+       pair<Real,Real> 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<Real> Bezier::SolveXParam(const Real & x) const
+{
+       Real d(x0 - x);
+       Real c((x1 - x0)*Real(3));
+       Real b((x2 - x1)*Real(3) - c);
+       Real a(x3 -x0 - c - b);
+       vector<Real> 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<Real> Bezier::SolveYParam(const Real & y) const
+{
+       Real d(y0 - y);
+       Real c((y1 - y0)*Real(3));
+       Real b((y2 - y1)*Real(3) - c);
+       Real a(y3 -y0 - c - b);
+       vector<Real> 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<Real> & 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
  */
@@ -101,7 +384,7 @@ Rect Bezier::SolveBounds() const
        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);
        v[0] = &x0;
@@ -121,7 +404,7 @@ 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;
@@ -132,7 +415,7 @@ Rect Bezier::SolveBounds() const
        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;
 }
 

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