src/Main.java

   1 import java.awt.*;
   2 import java.awt.event.*;
   3 import javax.swing.*;
   4 import javax.media.opengl.*;
   5 import javax.media.opengl.glu.*;
   6 import java.util.*;
   7
   8 // FIXME: recenter goal to have centroid coincident with tile
   9 // FIXME: re-orient goal (how?)
  10 //        fish case: ensure that spinal axis of fish is the x-axis of the tile
  11
  12 public class Main implements GLEventListener, MouseListener, MouseMotionListener, KeyListener, MouseWheelListener {
  13
  14     boolean alt = false;
  15     boolean shift = false;
  16     boolean control = false;
  17
  18     public void mouseWheelMoved(MouseWheelEvent e) {
  19         tz -= e.getWheelRotation() ;
  20     }
  21
  22     public void keyTyped(KeyEvent e)  { }
  23     public void keyPressed(KeyEvent e)  {
  24         switch(e.getKeyCode()) {
  25             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = true; break;
  26             case KeyEvent.VK_ALT: alt = true; break;
  27             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = true; break;
  28         }
  29     }
  30     public void keyReleased(KeyEvent e) {
  31         switch(e.getKeyCode()) {
  32             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = false; break;
  33             case KeyEvent.VK_ALT: alt = false; break;
  34             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = false; break;
  35         }
  36     }
  37
  38     public void mouseClicked(MouseEvent e) { }
  39     public void mouseEntered(MouseEvent e) { }
  40     public void mouseExited(MouseEvent e) { }
  41     public void mousePressed(MouseEvent e) { }
  42     public void mouseReleased(MouseEvent e) { }
  43
  44     int mousex;
  45     int mousey;
  46     public void mouseMoved(MouseEvent e) {
  47         mousex = e.getX();
  48         mousey = e.getY();
  49     }
  50
  51     float tx = 0;
  52     float ty = 0;
  53     float tz = 0;
  54     float anglex = 0;
  55     float angley = 0;
  56     public void mouseDragged(MouseEvent e) {
  57         if (shift) {
  58             tx += (mousex - e.getX())/(float)20;
  59             ty += (mousey - e.getY())/(float)20;
  60         } else {
  61             anglex -= mousex - e.getX();
  62             angley += mousey - e.getY();
  63         }
  64         mousex = e.getX();
  65         mousey = e.getY();
  66     }
  67
  68     private Geom tile = new Geom();
  69     private Geom goal = new Geom();
  70
  71     /** magnification factor */
  72     private static final float MAG = 1;
  73
  74     Geom.M[] translations;
  75     Geom.V[] points;
  76
  77     public Main(StlFile stlf) {
  78
  79         for(int i=0; i<stlf.coordArray.length; i+=3) {
  80             Geom.V p0 = goal.new P(stlf.coordArray[i+0].x * MAG, stlf.coordArray[i+0].y * MAG, stlf.coordArray[i+0].z * MAG).register();
  81             Geom.V p1 = goal.new P(stlf.coordArray[i+1].x * MAG, stlf.coordArray[i+1].y * MAG, stlf.coordArray[i+1].z * MAG).register();
  82             Geom.V p2 = goal.new P(stlf.coordArray[i+2].x * MAG, stlf.coordArray[i+2].y * MAG, stlf.coordArray[i+2].z * MAG).register();
  83             Geom.Vec n  = goal.new Vec(stlf.normArray[i/3].x * MAG, stlf.normArray[i/3].y  * MAG, stlf.normArray[i/3].z * MAG);
  84             Geom.T t  = goal.newT(p0, p1, p2, n);
  85         }
  86
  87         // rotate to align major axis -- this probably needs to be done by a human.
  88         goal.transform(goal.new M(goal.new Vec(0, 0, 1), (float)(Math.PI/2)));
  89
  90
  91         float goal_width  = goal.diagonal().dot(goal.new Vec(1, 0, 0));
  92         float goal_height = goal.diagonal().dot(goal.new Vec(0, 1, 0));
  93         float goal_depth  = goal.diagonal().dot(goal.new Vec(0, 0, 1));
  94
  95         float width  = (float)0.6;
  96         float height = (float)0.08;
  97         float depth  = (float)0.3;
  98         translations = new Geom.M[] {
  99
 100             tile.new M(tile.new Vec(-(width/2),  height,    0)),
 101             tile.new M(tile.new Vec( (width/2),  height,    0)),
 102             tile.new M(tile.new Vec(-(width/2), -height,    0)),
 103             tile.new M(tile.new Vec( (width/2), -height,    0)),
 104             tile.new M(tile.new Vec(-(width/2),       0,  depth)),
 105             tile.new M(tile.new Vec( (width/2),       0,  depth)),
 106             tile.new M(tile.new Vec(-(width/2),       0, -depth)),
 107             tile.new M(tile.new Vec( (width/2),       0, -depth)),
 108
 109             tile.new M(tile.new Vec( width,           0,    0)),
 110             tile.new M(tile.new Vec(-width,           0,    0)),
 111             /*
 112             tile.new M(tile.new Vec(     0,           0,    depth)),
 113             tile.new M(tile.new Vec(     0,           0,   -depth)),
 114             */
 115         };
 116
 117
 118         Geom.V ltf = tile.new P(-(width/2),  (height/2),  (depth/2)).register();
 119         Geom.V mtf = tile.new P( 0.0,        (height/2),  (depth/2)).register();
 120         Geom.V rtf = tile.new P( (width/2),  (height/2),  (depth/2)).register();
 121         Geom.V ltn = tile.new P(-(width/2),  (height/2), -(depth/2)).register();
 122         Geom.V mtn = tile.new P( 0.0,        (height/2), -(depth/2)).register();
 123         Geom.V rtn = tile.new P( (width/2),  (height/2), -(depth/2)).register();
 124         Geom.V lbf = tile.new P(-(width/2), -(height/2),  (depth/2)).register();
 125         Geom.V mbf = tile.new P( 0.0,       -(height/2),  (depth/2)).register();
 126         Geom.V rbf = tile.new P( (width/2), -(height/2),  (depth/2)).register();
 127         Geom.V lbn = tile.new P(-(width/2), -(height/2), -(depth/2)).register();
 128         Geom.V mbn = tile.new P( 0.0,       -(height/2), -(depth/2)).register();
 129         Geom.V rbn = tile.new P( (width/2), -(height/2), -(depth/2)).register();
 130
 131         points = new Geom.V[] {
 132             ltf,
 133             mtf,
 134             rtf,
 135             ltn,
 136             mtn,
 137             rtn,
 138             lbf,
 139             mbf,
 140             rbf,
 141             lbn,
 142             mbn,
 143             rbn
 144         };
 145
 146
 147         // top
 148         tile.newT(ltf, mtf, mtn);
 149         tile.newT(mtn, ltn, ltf);
 150         tile.newT(mtf, rtf, rtn);
 151         tile.newT(rtn, mtn, mtf);
 152
 153         // bottom (swap normals)
 154         tile.newT(mbf, lbf, mbn);
 155         tile.newT(lbn, mbn, lbf);
 156         tile.newT(rbf, mbf, rbn);
 157         tile.newT(mbn, rbn, mbf);
 158
 159         // left
 160         tile.newT(ltf, ltn, lbn);
 161         tile.newT(lbn, lbf, ltf);
 162
 163         // right (swap normals)
 164         tile.newT(rtn, rtf, rbn);
 165         tile.newT(rbf, rbn, rtf);
 166
 167         // front
 168         tile.newT(ltn, mtn, mbn);
 169         tile.newT(ltn, mbn, lbn);
 170         tile.newT(mtn, rtn, rbn);
 171         tile.newT(mtn, rbn, mbn);
 172
 173         // back
 174         tile.newT(mtf, ltf, mbf);
 175         tile.newT(mbf, ltf, lbf);
 176         tile.newT(rtf, mtf, rbf);
 177         tile.newT(rbf, mtf, mbf);
 178
 179         for(Geom.M m : translations) {
 180             for(Geom.T t1 : tile) {
 181                 for(Geom.T t2 : tile) {
 182                     if (t1==t2) continue;
 183
 184                     if ((t1.p1().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 185                         (t1.p2().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 186                         (t1.p3().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 187                         t1.e1().bind(t2.e3().pair);
 188                         t1.e2().bind(t2.e2().pair);
 189                         t1.e3().bind(t2.e1().pair);
 190                     }
 191                     if ((t1.p2().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 192                         (t1.p3().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 193                         (t1.p1().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 194                         t1.e2().bind(t2.e3().pair);
 195                         t1.e3().bind(t2.e2().pair);
 196                         t1.e1().bind(t2.e1().pair);
 197                     }
 198                     if ((t1.p3().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 199                         (t1.p1().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 200                         (t1.p2().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 201                         t1.e3().bind(t2.e3().pair);
 202                         t1.e1().bind(t2.e2().pair);
 203                         t1.e2().bind(t2.e1().pair);
 204                     }
 205                 }
 206             }
 207         }
 208
 209         //xGeom.V mid = lbf.getE(mbn).shatter();
 210
 211         // rescale to match volume
 212         float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
 213         goal.transform(goal.new M(factor));
 214
 215         // translate to match centroid
 216         goal.transform(goal.new M(tile.centroid().minus(goal.centroid())));
 217
 218         //tx.e2.shatter();
 219         //tx.e3.shatter();
 220
 221
 222         tile.bind();
 223
 224         //mid.move(tile.new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 225         //ltn.move(tile.new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 226
 227         //mtf.move(tile.new Vec(0, (float)-0.05, (float)0.05));
 228
 229
 230         System.out.println("tile volume: " + tile.volume());
 231         System.out.println("goal volume: " + goal.volume());
 232
 233         tile.score_against = goal;
 234         goal.score_against = tile;
 235     }
 236         Random random = new Random();
 237
 238     public synchronized void breakit() {
 239         if (verts > 300) return;
 240         //double min = (tile.avgedge/tile.numedges)*(1+(4/(double)verts));
 241         //if (verts>0 && tile.es.peek().length() < min) return;
 242         PriorityQueue<Geom.E> es = new PriorityQueue<Geom.E>();
 243         for(Geom.E e : tile.es) es.add(e);
 244         for(int i=0; i<10; i++) {
 245             Geom.E e = es.poll();
 246             verts++;
 247             System.out.println("shatter " + e);
 248             e.shatter();
 249             tile.unbind();
 250             tile.bind();
 251         }
 252     }
 253
 254     public synchronized void rand(double temperature, Geom.V p) {
 255         double tile_score = tile.score();
 256         double goal_score = goal.score();
 257
 258         p.rescore();
 259         //if (p.watch==null) return;
 260         float r1 = Math.abs(random.nextFloat());
 261         r1 = r1 - (float)Math.floor(r1);
 262         r1 = r1 * (float)0.01;
 263         r1 = r1 - (float)0.005;
 264         Geom.Vec v = p.watchback().p.minus(p.p).norm().times(r1);
 265
 266         //v = p.norm().times(v.dot(p.norm()));
 267
 268         boolean aspect = false;//(Math.abs(random.nextInt()) % 100) <= 2;
 269         Geom.M old_tile_aspect = null;//goal.aspect;
 270         boolean good = true;
 271         if (aspect) {
 272             /*
 273             v = v.times(10);
 274             tile.aspect = tile.new M(tile.aspect.a / (v.x+1), tile.aspect.f / (v.y+1), tile.aspect.k / (v.z+1));
 275             tile.invaspect = tile.new M(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 276             goal.rescore();
 277             tile.rescore();
 278             */
 279         } else {
 280             good = p.move(v);
 281         }
 282         double new_tile_score = tile.score();
 283         double new_goal_score = goal.score();
 284         double tile_delta = new_tile_score - tile_score;
 285         double goal_delta = new_goal_score - goal_score;
 286         double delta = tile_delta + goal_delta;
 287         double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / temperature);
 288         //boolean doSwap = Math.random() < swapProbability;
 289         boolean doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
 290         if (doSwap) {
 291             tile_score = new_tile_score;
 292             goal_score = new_goal_score;
 293             //System.out.println("score: " + tile_score + " / " + goal_score);
 294             if (aspect) System.out.println("aspect " + v);
 295         } else {
 296             if (aspect) {
 297                 //tile.aspect = old_tile_aspect;
 298                 //tile.invaspect = tile.new M(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 299                 goal.rescore();
 300                 tile.rescore();
 301             } else {
 302                 p.move(v.times(-1));
 303             }
 304         }
 305     }
 306
 307     /**
 308      * Take care of initialization here.
 309      */
 310     public void init(GLAutoDrawable gld) {
 311         GL gl = gld.getGL();
 312         gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
 313         gl.glViewport(0, 0, 500, 300);
 314         gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 315         gl.glClearDepth(1.0);
 316         gl.glDepthFunc(GL.GL_LEQUAL);
 317         gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION);
 318         gl.glLoadIdentity();
 319         gl.glMatrixMode(GL.GL_MODELVIEW);
 320         display(gld);
 321     }
 322
 323     public void reshape(GLAutoDrawable drawable, int x, int y, int width, int height) { }
 324     public void displayChanged(GLAutoDrawable drawable, boolean modeChanged, boolean deviceChanged) { }
 325     public synchronized void display(GLAutoDrawable drawable) {
 326         GL gl = drawable.getGL();
 327         GLU glu = new GLU();
 328         gl.glClear(GL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 329         gl.glPointSize(5.0f);
 330         gl.glLoadIdentity();
 331         glu.gluPerspective(50-tz, ((float)drawable.getWidth())/drawable.getHeight(), 0.5, 10);
 332         glu.gluLookAt(0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
 333         gl.glTranslatef(tx/(float)20, ty/(float)20, 0);
 334         gl.glRotatef(anglex/3, 0, 1, 0);
 335         gl.glRotatef(angley/3, 1, 0, 0);
 336
 337         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 338         draw(gl, true, tile);
 339         gl.glEnd();
 340
 341         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 342         gl.glColor4f((float)0.5, (float)0.5, (float)0.5, (float)0.8);
 343         //draw(gl, false, goal);
 344         gl.glEnd();
 345
 346
 347         int i = 0;
 348         //gl.glDisable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 349         gl.glColor4f(1,1,1,1);
 350         for(Geom.M m : translations) {
 351             //if (v1.z==0 && v1.y==0) continue;
 352             i++;
 353             if (i != 1 /*&& i!=4*/) continue;
 354             Geom.V p = tile.new P(0, 0, 0).times(m).register();
 355             Geom.Vec v = tile.new Vec(p.p.x, p.p.y, p.p.z);
 356             v = v.times((float)1.04);
 357             gl.glTranslatef(v.x, v.y, v.z);
 358             draw(gl, false, tile);
 359             gl.glTranslatef(-v.x, -v.y, -v.z);
 360         }
 361         //gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 362     }
 363
 364     private synchronized void draw(GL gl, boolean triangles, Geom mesh) {
 365         float red = 0.0f;
 366         float green = 0.0f;
 367         float blue = 0.0f;
 368         for(Geom.T t : mesh) {
 369             if (red < 0.15) red = 1.0f;
 370             if (green < 0.15) green = 1.0f;
 371             if (blue < 0.15) blue = 1.0f;
 372             red -= .09f;
 373             green -= .12f;
 374             blue -= .15f;
 375
 376             if (triangles) switch(t.color) {
 377                 case 0: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.25, (float)0.75, (float)0.3); break;
 378                 case 1: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.75, (float)0.25, (float)0.3); break;
 379                 case 2: gl.glColor4f((float)0.75, (float)0.25, (float)0.25, (float)0.3); break;
 380                 case 3: gl.glColor4f((float)0.50, (float)0.50, (float)0.50, (float)0.3); break;
 381             }
 382             //gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 383
 384             if (triangles) {
 385                 gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 386                 t.glVertices(gl);
 387                 gl.glEnd();
 388             } else {
 389                 gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 390                 t.e1().p1.p.glVertex(gl);
 391                 t.e1().p2.p.glVertex(gl);
 392                 t.e2().p1.p.glVertex(gl);
 393                 t.e2().p2.p.glVertex(gl);
 394                 t.e3().p1.p.glVertex(gl);
 395                 t.e3().p2.p.glVertex(gl);
 396                 gl.glEnd();
 397             }
 398
 399             Geom.V centroid = t.centroid().register();
 400             gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 401             gl.glColor3f(1, 1, 1);
 402             /*
 403             centroid.glVertex(gl);
 404             centroid.plus(t.norm().times(t.diameter())).glVertex(gl);
 405             */
 406
 407             if (mesh==goal)
 408                 for(Geom.V p : new Geom.V[] { t.p1(), t.p2(), t.p3() }) {
 409                     p.p.glVertex(gl);
 410                     //p.plus(p.norm().times(p.score()*10)).glVertex(gl);
 411                     p.partner().p.glVertex(gl);
 412                     //tile.nearest(p).centroid().glVertex(gl);
 413                 }
 414
 415             gl.glEnd();
 416
 417         }
 418     }
 419
 420     public static void main(String[] s) throws Exception {
 421         StlFile stlf = new StlFile();
 422         stlf.load("simplefish.stl");
 423         Main main = new Main(stlf);
 424         Frame f = new Frame();
 425         GLCapabilities glcaps = new GLCapabilities();
 426         GLCanvas glcanvas = new GLCanvas();
 427         glcanvas.addGLEventListener(main);
 428         f.add(glcanvas, BorderLayout.CENTER);
 429         f.pack();
 430         f.show();
 431         f.setSize(900, 900);
 432         f.doLayout();
 433
 434         glcanvas.addMouseListener(main);
 435         glcanvas.addMouseMotionListener(main);
 436         glcanvas.addMouseWheelListener(main);
 437         glcanvas.addKeyListener(main);
 438
 439         main.anneal(glcanvas);
 440     }
 441     public static int verts = 0;
 442     public void anneal(GLCanvas glcanvas) throws Exception {
 443         int verts = 0;
 444         while(true) {
 445             //Thread.sleep(10);
 446             for(int i=0; i<1; i++) {
 447                 glcanvas.repaint();
 448                 //tile.ts.get(Math.abs(random.nextInt()) % tile.ts.size()).e1().p1
 449                 for(Geom.T t : tile)
 450                     for(Geom.V p : new Geom.V[] { t.p1(), t.p2(), t.p3() }) {
 451                         rand(10,p);
 452                     }
 453                 goal.rescore();
 454                 tile.rescore();
 455             }
 456             breakit();
 457        }
 458
 459     }
 460
 461 }