src/Geom.java

   1 import java.awt.*;
   2 import java.util.*;
   3 import java.awt.event.*;
   4 import javax.swing.*;
   5 import javax.media.opengl.*;
   6 import javax.media.opengl.glu.*;
   7
   8 public class Geom implements Iterable<Geom.T> {
   9
  10     public static float EPSILON = (float)0.000001;
  11
  12     private HashMap<P,P> ps = new HashMap<P,P>();
  13     private HashMap<E,E> es = new HashMap<E,E>();
  14     private HashSet<T>   ts = new HashSet<T>();
  15
  16     public Iterator<T> iterator() { return ts.iterator(); }
  17
  18     public P newP(float x, float y, float z) {
  19         P p = new P(x, y, z);
  20         P p2 = ps.get(p);
  21         if (p2 != null) return p2;
  22         ps.put(p,p);
  23         return p;
  24     }
  25
  26     public E newE(P p1, P p2) {
  27         E e = new E(p1, p2);
  28         E e2 = es.get(e);
  29         if (e2 != null) return e2;
  30         es.put(e,e);
  31         return e;
  32     }
  33
  34     public T newT(E e1, E e2, E e3, V norm) {
  35         P p1 = e1.shared(e2);
  36         P p2 = e2.shared(e3);
  37         P p3 = e3.shared(e1);
  38         // FEATURE: colinearity check?
  39         V norm2 = p2.minus(p1).cross(p3.minus(p1));
  40         float dot = norm.dot(norm2);
  41         if (Math.abs(dot) < EPSILON) throw new Error("dot products within epsilon of each other: "+norm+" "+norm2);
  42         if (dot < 0) { E t = e1; e1 = e3; e2 = e2; e3 = t; }
  43         if (e1.t1 != null && e1.t1.hasE(e1) && e1.t1.hasE(e2) && e1.t1.hasE(e3)) return e1.t1;
  44         if (e1.t2 != null && e1.t2.hasE(e1) && e1.t2.hasE(e2) && e1.t2.hasE(e3)) return e1.t2;
  45         if (e2.t1 != null && e2.t1.hasE(e1) && e2.t1.hasE(e2) && e2.t1.hasE(e3)) return e2.t1;
  46         if (e2.t2 != null && e2.t2.hasE(e1) && e2.t2.hasE(e2) && e2.t2.hasE(e3)) return e2.t2;
  47         if (e3.t1 != null && e3.t1.hasE(e1) && e3.t1.hasE(e2) && e3.t1.hasE(e3)) return e3.t1;
  48         if (e3.t2 != null && e3.t2.hasE(e1) && e3.t2.hasE(e2) && e3.t2.hasE(e3)) return e3.t2;
  49         T ret = new T(e1, e2, e3);
  50         ts.add(ret);
  51         return ret;
  52     }
  53
  54     /** [UNIQUE] point in 3-space */
  55     public final class P {
  56         public final float x, y, z;
  57         private T t = null;  // any of the triangles incident at this point
  58         public P(float x, float y, float z) { this.x = x; this.y = y; this.z = z; }
  59         public V minus(P p) { return new V(x-p.x, y-p.y, z-p.z); }
  60         public P plus(V v) { return newP(x+v.x, y+v.y, z+v.z); }
  61         public boolean equals(Object o) {
  62             if (o==null || !(o instanceof P)) return false;
  63             P p = (P)o;
  64             return p.x==x && p.y==y && p.z==z;
  65         }
  66         public int hashCode() {
  67             return
  68                 Float.floatToIntBits(x) ^
  69                 Float.floatToIntBits(y) ^
  70                 Float.floatToIntBits(z);
  71         }
  72         public void glVertex(GL gl) { gl.glVertex3f(x, y, z); }
  73         public String toString() { return "("+x+","+y+","+z+")"; }
  74         public V norm() {
  75             if (t==null) throw new Error("attempt to get vertex normal for point which does not belong to any triangles");
  76             T ti = t;
  77             V norm = new V(0, 0, 0);
  78             do {
  79                 norm = norm.plus(ti.norm().times((float)ti.angle(this)));
  80                 ti = ti.next(this);
  81             } while(ti != t);
  82             return norm.norm();
  83         }
  84     }
  85
  86     /** vector in 3-space */
  87     public final class V {
  88         private final float x, y, z;
  89         public V(float x, float y, float z) { this.x = x; this.y = y; this.z = z; }
  90         public V cross(V v) { return new V(y*v.z-z*v.y, z*v.x-x*v.z, x*v.y-y*v.x); }
  91         public V plus(V v) { return new V(x+v.x, y+v.y, z+v.z); }
  92         public V norm() { float m = mag(); return new V(x/m, y/m, z/m); }
  93         public float mag() { return (float)Math.sqrt(x*x+y*y+z*z); }
  94         public float dot(V v) { return x*v.x + y*v.y + z*v.z; }
  95         public V times(float mag) { return new V(x*mag, y*mag, z*mag); }
  96         public String toString() { return "<"+x+","+y+","+z+">"; }
  97     }
  98
  99     /** [UNIQUE] an edge */
 100     public final class E {
 101         public final P p1, p2;
 102         T t1, t2;
 103         public E(P p1, P p2) { this.p1 = p1; this.p2 = p2; }
 104         public int hashCode() { return p1.hashCode() ^ p2.hashCode(); }
 105         public float length() { return p1.minus(p2).mag(); }
 106         public boolean equals(Object o) {
 107             if (o==null || !(o instanceof E)) return false;
 108             E e = (E)o;
 109             if (this.p1 == e.p1 && this.p2 == e.p2) return true;
 110             if (this.p2 == e.p1 && this.p1 == e.p2) return true;
 111             return false;
 112         }
 113         public P shared(E e) {
 114             if (p1==e.p1) return p1;
 115             if (p1==e.p2) return p1;
 116             if (p2==e.p1) return p2;
 117             if (p2==e.p2) return p2;
 118             throw new Error("no shared vertex in shared()");
 119         }
 120         public P unshared(E e) {
 121             if (p1==e.p1) return p2;
 122             if (p1==e.p2) return p2;
 123             if (p2==e.p1) return p1;
 124             if (p2==e.p2) return p1;
 125             throw new Error("no shared vertex in unshared()");
 126         }
 127         public T other(T t) {
 128             if (t1==t) return t2;
 129             if (t2==t) return t1;
 130             throw new Error("edge " + this + " does not own triangle " + t);
 131         }
 132         public P other(P p) {
 133             if (p==p1) return p2;
 134             if (p==p2) return p1;
 135             throw new Error("edge " + this + " does not own point " + p);
 136         }
 137     }
 138
 139     /** [UNIQUE] a triangle (face) */
 140     public final class T {
 141         public final E e1, e2, e3;
 142         public V norm() {
 143             P p1 = e1.shared(e2);
 144             P p2 = e2.shared(e3);
 145             P p3 = e3.shared(e1);
 146             return p2.minus(p1).cross(p3.minus(p1)).norm();
 147         }
 148         T(E e1, E e2, E e3) {
 149             if (e1.p1.t==null) e1.p1.t = this;
 150             if (e1.p2.t==null) e1.p2.t = this;
 151             if (e2.p1.t==null) e2.p1.t = this;
 152             if (e2.p2.t==null) e2.p2.t = this;
 153             if (e3.p1.t==null) e3.p1.t = this;
 154             if (e3.p2.t==null) e3.p2.t = this;
 155             this.e1 = e1;
 156             this.e2 = e2;
 157             this.e3 = e3;
 158             if (e1.t1 == null) e1.t1 = this; else if (e1.t2 == null) e1.t2 = this; else throw new Error("non-manifold surface");
 159             if (e2.t1 == null) e2.t1 = this; else if (e2.t2 == null) e2.t2 = this; else throw new Error("non-manifold surface");
 160             if (e3.t1 == null) e3.t1 = this; else if (e3.t2 == null) e3.t2 = this; else throw new Error("non-manifold surface");
 161         }
 162         public boolean hasE(E e) { return e1==e || e2==e || e3==e; }
 163         public void glVertices(GL gl) {
 164             p1().glVertex(gl);
 165             p2().glVertex(gl);
 166             p3().glVertex(gl);
 167         }
 168         public P p1() { return e1.shared(e2); }
 169         public P p2() { return e1.shared(e3); }
 170         public P p3() { return e3.shared(e2); }
 171         public P centroid() { return newP((p1().x+p2().x+p3().x)/3,
 172                                           (p1().y+p2().y+p3().y)/3,
 173                                           (p1().z+p2().z+p3().z)/3); }
 174         public float diameter() {
 175             // FIXME: what is this supposed to be?
 176             return Math.max(Math.max(e1.length(), e2.length()), e3.length()) / 2;
 177         }
 178
 179         // FIXME: ambiguity firstEdge or secondEdge?
 180         /** returns the next triangle walking "around" shared vertex p */
 181         public T next(P p) { return secondEdge(p).other(this); }
 182
 183         public E firstEdge(P p) {
 184             if      (p == e1.shared(e2)) return e1;
 185             else if (p == e2.shared(e3)) return e2;
 186             else if (p == e3.shared(e1)) return e3;
 187             else throw new Error("triangle " + this + " does not own point " + p);
 188         }
 189
 190         public E secondEdge(P p) {
 191             if      (p == e1.shared(e2)) return e2;
 192             else if (p == e2.shared(e3)) return e3;
 193             else if (p == e3.shared(e1)) return e1;
 194             else throw new Error("triangle " + this + " does not own point " + p);
 195         }
 196
 197         /** returns the angle at point p */
 198         public double angle(P p) {
 199             V v1 = firstEdge(p).other(p).minus(p);
 200             V v2 = secondEdge(p).other(p).minus(p);
 201             return Math.acos(v1.norm().dot(v2.norm()));
 202         }
 203
 204     }
 205
 206     /** matrix */
 207     public class M {
 208     }
 209
 210 }