src/edu/berkeley/qfat/Main.java

   1 package edu.berkeley.qfat;
   2 import java.awt.*;
   3 import java.awt.event.*;
   4 import javax.swing.*;
   5 import javax.media.opengl.*;
   6 import javax.media.opengl.glu.*;
   7 import java.util.*;
   8 import edu.berkeley.qfat.geom.*;
   9 import edu.berkeley.qfat.geom.Point;
  10
  11 // FIXME: recenter goal to have centroid coincident with tile
  12 // FIXME: re-orient goal (how?)
  13 //        fish case: ensure that spinal axis of fish is the x-axis of the tile
  14
  15 public class Main implements GLEventListener, MouseListener, MouseMotionListener, KeyListener, MouseWheelListener {
  16
  17     boolean alt = false;
  18     boolean shift = false;
  19     boolean control = false;
  20
  21     public void mouseWheelMoved(MouseWheelEvent e) {
  22         tz -= e.getWheelRotation();
  23     }
  24
  25     public void keyTyped(KeyEvent e)  { }
  26     public void keyPressed(KeyEvent e)  {
  27         switch(e.getKeyCode()) {
  28             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = true; break;
  29             case KeyEvent.VK_ALT: alt = true; break;
  30             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = true; break;
  31         }
  32     }
  33     public void keyReleased(KeyEvent e) {
  34         switch(e.getKeyCode()) {
  35             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = false; break;
  36             case KeyEvent.VK_ALT: alt = false; break;
  37             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = false; break;
  38         }
  39     }
  40
  41     public void mouseClicked(MouseEvent e) { }
  42     public void mouseEntered(MouseEvent e) { }
  43     public void mouseExited(MouseEvent e) { }
  44     public void mousePressed(MouseEvent e) { }
  45     public void mouseReleased(MouseEvent e) { }
  46
  47     int mousex;
  48     int mousey;
  49     public void mouseMoved(MouseEvent e) {
  50         mousex = e.getX();
  51         mousey = e.getY();
  52     }
  53
  54     float tx = 0;
  55     float ty = 0;
  56     float tz = 0;
  57     float anglex = 0;
  58     float angley = 0;
  59     public void mouseDragged(MouseEvent e) {
  60         if (shift) {
  61             tx += (mousex - e.getX())/(float)20;
  62             ty += (mousey - e.getY())/(float)20;
  63         } else {
  64             anglex -= mousex - e.getX();
  65             angley += mousey - e.getY();
  66         }
  67         mousex = e.getX();
  68         mousey = e.getY();
  69     }
  70
  71     private Mesh tile = new Mesh();
  72     private Mesh goal = new Mesh();
  73
  74     /** magnification factor */
  75     private static final float MAG = 1;
  76
  77     Matrix[] translations;
  78     Mesh.Vert[] points;
  79
  80     public Main(StlFile stlf) {
  81
  82         for(int i=0; i<stlf.coordArray.length; i+=3) {
  83             Point p0 = new Point(stlf.coordArray[i+0].x * MAG, stlf.coordArray[i+0].y * MAG, stlf.coordArray[i+0].z * MAG);
  84             Point p1 = new Point(stlf.coordArray[i+1].x * MAG, stlf.coordArray[i+1].y * MAG, stlf.coordArray[i+1].z * MAG);
  85             Point p2 = new Point(stlf.coordArray[i+2].x * MAG, stlf.coordArray[i+2].y * MAG, stlf.coordArray[i+2].z * MAG);
  86             Vec n  = new Vec(stlf.normArray[i/3].x * MAG, stlf.normArray[i/3].y  * MAG, stlf.normArray[i/3].z * MAG);
  87             Mesh.T t  = goal.newT(p0, p1, p2, n);
  88         }
  89
  90         // rotate to align major axis -- this probably needs to be done by a human.
  91         goal.transform(new Matrix(new Vec(0, 0, 1), (float)(Math.PI/2)));
  92
  93
  94         float goal_width  = goal.diagonal().dot(new Vec(1, 0, 0));
  95         float goal_height = goal.diagonal().dot(new Vec(0, 1, 0));
  96         float goal_depth  = goal.diagonal().dot(new Vec(0, 0, 1));
  97
  98         float width  = (float)0.6;
  99         float height = (float)0.08;
 100         float depth  = (float)0.3;
 101         translations = new Matrix[] {
 102
 103             new Matrix(new Vec(-(width/2),  height,    0)),
 104             new Matrix(new Vec( (width/2),  height,    0)),
 105             new Matrix(new Vec(-(width/2), -height,    0)),
 106             new Matrix(new Vec( (width/2), -height,    0)),
 107             new Matrix(new Vec(-(width/2),       0,  depth)),
 108             new Matrix(new Vec( (width/2),       0,  depth)),
 109             new Matrix(new Vec(-(width/2),       0, -depth)),
 110             new Matrix(new Vec( (width/2),       0, -depth)),
 111
 112             new Matrix(new Vec( width,           0,    0)),
 113             new Matrix(new Vec(-width,           0,    0)),
 114             /*
 115             new Matrix(new Vec(     0,           0,    depth)),
 116             new Matrix(new Vec(     0,           0,   -depth)),
 117             */
 118         };
 119
 120
 121         Point ltf = new Point(-(width/2),  (height/2),  (depth/2));
 122         Point mtf = new Point( 0.0,        (height/2),  (depth/2));
 123         Point rtf = new Point( (width/2),  (height/2),  (depth/2));
 124         Point ltn = new Point(-(width/2),  (height/2), -(depth/2));
 125         Point mtn = new Point( 0.0,        (height/2), -(depth/2));
 126         Point rtn = new Point( (width/2),  (height/2), -(depth/2));
 127         Point lbf = new Point(-(width/2), -(height/2),  (depth/2));
 128         Point mbf = new Point( 0.0,       -(height/2),  (depth/2));
 129         Point rbf = new Point( (width/2), -(height/2),  (depth/2));
 130         Point lbn = new Point(-(width/2), -(height/2), -(depth/2));
 131         Point mbn = new Point( 0.0,       -(height/2), -(depth/2));
 132         Point rbn = new Point( (width/2), -(height/2), -(depth/2));
 133
 134         Point[] points = new Point[] {
 135             ltf,
 136             mtf,
 137             rtf,
 138             ltn,
 139             mtn,
 140             rtn,
 141             lbf,
 142             mbf,
 143             rbf,
 144             lbn,
 145             mbn,
 146             rbn
 147         };
 148
 149
 150         // top
 151         tile.newT(ltf, mtf, mtn, null);
 152         tile.newT(mtn, ltn, ltf, null);
 153         tile.newT(mtf, rtf, rtn, null);
 154         tile.newT(rtn, mtn, mtf, null);
 155
 156         // bottom (swap normals)
 157         tile.newT(mbf, lbf, mbn, null);
 158         tile.newT(lbn, mbn, lbf, null);
 159         tile.newT(rbf, mbf, rbn, null);
 160         tile.newT(mbn, rbn, mbf, null);
 161
 162         // left
 163         tile.newT(ltf, ltn, lbn, null);
 164         tile.newT(lbn, lbf, ltf, null);
 165
 166         // right (swap normals)
 167         tile.newT(rtn, rtf, rbn, null);
 168         tile.newT(rbf, rbn, rtf, null);
 169
 170         // front
 171         tile.newT(ltn, mtn, mbn, null);
 172         tile.newT(ltn, mbn, lbn, null);
 173         tile.newT(mtn, rtn, rbn, null);
 174         tile.newT(mtn, rbn, mbn, null);
 175
 176         // back
 177         tile.newT(mtf, ltf, mbf, null);
 178         tile.newT(mbf, ltf, lbf, null);
 179         tile.newT(rtf, mtf, rbf, null);
 180         tile.newT(rbf, mtf, mbf, null);
 181
 182         for(Matrix m : translations) {
 183             for(Mesh.T t1 : tile) {
 184                 for(Mesh.T t2 : tile) {
 185                     if (t1==t2) continue;
 186
 187                     if ((t1.v1().p.times(m).minus(t2.v1().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 188                         (t1.v2().p.times(m).minus(t2.v3().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 189                         (t1.v3().p.times(m).minus(t2.v2().p).mag() < Mesh.EPSILON)) {
 190                         t1.e1().bind(t2.e3().pair);
 191                         t1.e2().bind(t2.e2().pair);
 192                         t1.e3().bind(t2.e1().pair);
 193                     }
 194                     if ((t1.v2().p.times(m).minus(t2.v1().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 195                         (t1.v3().p.times(m).minus(t2.v3().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 196                         (t1.v1().p.times(m).minus(t2.v2().p).mag() < Mesh.EPSILON)) {
 197                         t1.e2().bind(t2.e3().pair);
 198                         t1.e3().bind(t2.e2().pair);
 199                         t1.e1().bind(t2.e1().pair);
 200                     }
 201                     if ((t1.v3().p.times(m).minus(t2.v1().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 202                         (t1.v1().p.times(m).minus(t2.v3().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 203                         (t1.v2().p.times(m).minus(t2.v2().p).mag() < Mesh.EPSILON)) {
 204                         t1.e3().bind(t2.e3().pair);
 205                         t1.e1().bind(t2.e2().pair);
 206                         t1.e2().bind(t2.e1().pair);
 207                     }
 208                 }
 209             }
 210         }
 211
 212         for(Mesh.Vert vert : goal.vertices()) {
 213             System.out.println("error: " + vert.quadric().preAndPostMultiply(vert.p));
 214         }
 215
 216
 217         //xMesh.Vert mid = lbf.getE(mbn).shatter();
 218
 219         // rescale to match volume
 220         float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
 221         goal.transform(new Matrix(factor));
 222
 223         // translate to match centroid
 224         goal.transform(new Matrix(tile.centroid().minus(goal.centroid())));
 225
 226         //tx.e2.shatter();
 227         //tx.e3.shatter();
 228
 229
 230         tile.bind();
 231
 232         //mid.move(new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 233         //ltn.move(new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 234
 235         //mtf.move(new Vec(0, (float)-0.05, (float)0.05));
 236
 237
 238         System.out.println("tile volume: " + tile.volume());
 239         System.out.println("goal volume: " + goal.volume());
 240
 241         tile.score_against = goal;
 242         goal.score_against = tile;
 243     }
 244         Random random = new Random();
 245
 246     public synchronized void breakit() {
 247         if (verts > 300) return;
 248         //double min = (tile.avgedge/tile.numedges)*(1+(4/(double)verts));
 249         //if (verts>0 && tile.es.peek().length() < min) return;
 250         PriorityQueue<Mesh.E> es = new PriorityQueue<Mesh.E>();
 251         for(Mesh.E e : tile.edges()) es.add(e);
 252         for(int i=0; i<10; i++) {
 253             Mesh.E e = es.poll();
 254             verts++;
 255             System.out.println("shatter " + e);
 256             e.shatter();
 257             tile.unbind();
 258             tile.bind();
 259         }
 260     }
 261
 262     public synchronized void rand(double temperature, Mesh.Vert p) {
 263         double tile_score = tile.score();
 264         double goal_score = goal.score();
 265
 266         p.rescore();
 267         //if (p.watch==null) return;
 268         float r1 = Math.abs(random.nextFloat());
 269         r1 = r1 - (float)Math.floor(r1);
 270         r1 = r1 * (float)0.01;
 271         r1 = r1 - (float)0.005;
 272         Vec v = p.watchback().minus(p.p).norm().times(r1);
 273
 274         //v = p.norm().times(v.dot(p.norm()));
 275
 276         boolean aspect = false;//(Math.abs(random.nextInt()) % 100) <= 2;
 277         Matrix old_tile_aspect = null;//goal.aspect;
 278         boolean good = true;
 279         if (aspect) {
 280             /*
 281             v = v.times(10);
 282             tile.aspect = new Matrix(tile.aspect.a / (v.x+1), tile.aspect.f / (v.y+1), tile.aspect.k / (v.z+1));
 283             tile.invaspect = new Matrix(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 284             goal.rescore();
 285             tile.rescore();
 286             */
 287         } else {
 288             good = p.move(v);
 289         }
 290         double new_tile_score = tile.score();
 291         double new_goal_score = goal.score();
 292         double tile_delta = new_tile_score - tile_score;
 293         double goal_delta = new_goal_score - goal_score;
 294         double delta = tile_delta + goal_delta;
 295         double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / temperature);
 296         //boolean doSwap = Math.random() < swapProbability;
 297         boolean doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
 298         if (doSwap) {
 299             tile_score = new_tile_score;
 300             goal_score = new_goal_score;
 301             //System.out.println("score: " + tile_score + " / " + goal_score);
 302             if (aspect) System.out.println("aspect " + v);
 303         } else {
 304             if (aspect) {
 305                 //tile.aspect = old_tile_aspect;
 306                 //tile.invaspect = new Matrix(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 307                 goal.rescore();
 308                 tile.rescore();
 309             } else {
 310                 p.move(v.times(-1));
 311             }
 312         }
 313     }
 314
 315     /**
 316      * Take care of initialization here.
 317      */
 318     public void init(GLAutoDrawable gld) {
 319         GL gl = gld.getGL();
 320         gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
 321         gl.glViewport(0, 0, 500, 300);
 322         gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 323         gl.glClearDepth(1.0);
 324         gl.glDepthFunc(GL.GL_LEQUAL);
 325         gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION);
 326         gl.glLoadIdentity();
 327         gl.glMatrixMode(GL.GL_MODELVIEW);
 328         display(gld);
 329     }
 330
 331     public void reshape(GLAutoDrawable drawable, int x, int y, int width, int height) { }
 332     public void displayChanged(GLAutoDrawable drawable, boolean modeChanged, boolean deviceChanged) { }
 333     public synchronized void display(GLAutoDrawable drawable) {
 334         GL gl = drawable.getGL();
 335         GLU glu = new GLU();
 336         gl.glClear(GL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 337         gl.glPointSize(5.0f);
 338         gl.glLoadIdentity();
 339         glu.gluPerspective(50-tz, ((float)drawable.getWidth())/drawable.getHeight(), 0.5, 10);
 340         glu.gluLookAt(0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
 341         gl.glTranslatef(tx/(float)20, ty/(float)20, 0);
 342         gl.glRotatef(anglex/3, 0, 1, 0);
 343         gl.glRotatef(angley/3, 1, 0, 0);
 344
 345         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 346         draw(gl, true, tile);
 347         gl.glEnd();
 348
 349         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 350         gl.glColor4f((float)0.5, (float)0.5, (float)0.5, (float)0.8);
 351         //draw(gl, false, goal);
 352         gl.glEnd();
 353
 354
 355         int i = 0;
 356         //gl.glDisable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 357         gl.glColor4f(1,1,1,1);
 358         for(Matrix m : translations) {
 359             //if (v1.z==0 && v1.y==0) continue;
 360             i++;
 361             if (i != 1 /*&& i!=4*/) continue;
 362             Point p = new Point(0, 0, 0).times(m);
 363             Vec v = new Vec(p.x, p.y, p.z);
 364             v = v.times((float)1.04);
 365             gl.glTranslatef(v.x, v.y, v.z);
 366             draw(gl, false, tile);
 367             gl.glTranslatef(-v.x, -v.y, -v.z);
 368         }
 369         //gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 370     }
 371
 372     private synchronized void draw(GL gl, boolean triangles, Mesh mesh) {
 373         float red = 0.0f;
 374         float green = 0.0f;
 375         float blue = 0.0f;
 376         for(Mesh.T t : mesh) {
 377             if (red < 0.15) red = 1.0f;
 378             if (green < 0.15) green = 1.0f;
 379             if (blue < 0.15) blue = 1.0f;
 380             red -= .09f;
 381             green -= .12f;
 382             blue -= .15f;
 383
 384             if (triangles) switch(t.color) {
 385                 case 0: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.25, (float)0.75, (float)0.3); break;
 386                 case 1: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.75, (float)0.25, (float)0.3); break;
 387                 case 2: gl.glColor4f((float)0.75, (float)0.25, (float)0.25, (float)0.3); break;
 388                 case 3: gl.glColor4f((float)0.50, (float)0.50, (float)0.50, (float)0.3); break;
 389             }
 390             //gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 391
 392             if (triangles) {
 393                 gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 394                 t.glVertices(gl);
 395                 gl.glEnd();
 396             } else {
 397                 gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 398                 t.e1().p1.p.glVertex(gl);
 399                 t.e1().p2.p.glVertex(gl);
 400                 t.e2().p1.p.glVertex(gl);
 401                 t.e2().p2.p.glVertex(gl);
 402                 t.e3().p1.p.glVertex(gl);
 403                 t.e3().p2.p.glVertex(gl);
 404                 gl.glEnd();
 405             }
 406
 407             Point centroid = t.centroid();
 408             gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 409             gl.glColor3f(1, 1, 1);
 410             /*
 411             centroid.glVertex(gl);
 412             centroid.plus(t.norm().times(t.diameter())).glVertex(gl);
 413             */
 414
 415             if (mesh==goal)
 416                 for(Mesh.Vert p : new Mesh.Vert[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
 417                     p.p.glVertex(gl);
 418                     //p.plus(p.norm().times(p.score()*10)).glVertex(gl);
 419                     p.partner().p.glVertex(gl);
 420                     //tile.nearest(p).centroid().glVertex(gl);
 421                 }
 422
 423             gl.glEnd();
 424
 425         }
 426     }
 427
 428     public static void main(String[] s) throws Exception {
 429         StlFile stlf = new StlFile();
 430         stlf.load("simplefish.stl");
 431         Main main = new Main(stlf);
 432         Frame f = new Frame();
 433         GLCapabilities glcaps = new GLCapabilities();
 434         GLCanvas glcanvas = new GLCanvas();
 435         glcanvas.addGLEventListener(main);
 436         f.add(glcanvas, BorderLayout.CENTER);
 437         f.pack();
 438         f.show();
 439         f.setSize(900, 900);
 440         f.doLayout();
 441
 442         glcanvas.addMouseListener(main);
 443         glcanvas.addMouseMotionListener(main);
 444         glcanvas.addMouseWheelListener(main);
 445         glcanvas.addKeyListener(main);
 446
 447         main.anneal(glcanvas);
 448     }
 449     public static int verts = 0;
 450     public void anneal(GLCanvas glcanvas) throws Exception {
 451         int verts = 0;
 452         while(true) {
 453             //Thread.sleep(10);
 454             for(int i=0; i<1; i++) {
 455                 glcanvas.repaint();
 456                 //tile.ts.get(Math.abs(random.nextInt()) % tile.ts.size()).e1().p1
 457                 for(Mesh.T t : tile)
 458                     for(Mesh.Vert p : new Mesh.Vert[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
 459                         rand(10,p);
 460                     }
 461                 goal.rescore();
 462                 tile.rescore();
 463             }
 464             breakit();
 465        }
 466
 467     }
 468
 469 }