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 // TO DO:
  12 // - real anneal
  13 // - solve self-intersection problem
  14 // - get a better test model?
  15
  16 // FIXME: re-orient goal (how?)
  17
  18 public class Main extends MeshViewer {
  19
  20     public static int verts = 0;
  21
  22     public static final Random random = new Random();
  23
  24     /** magnification factor */
  25     private static final float MAG = 1;
  26
  27     public Main(StlFile stlf, Frame f) {
  28         super(f);
  29
  30         for(int i=0; i<stlf.coordArray.length; i+=3) {
  31             Point p0 = new Point(stlf.coordArray[i+0].x * MAG, stlf.coordArray[i+0].y * MAG, stlf.coordArray[i+0].z * MAG);
  32             Point p1 = new Point(stlf.coordArray[i+1].x * MAG, stlf.coordArray[i+1].y * MAG, stlf.coordArray[i+1].z * MAG);
  33             Point p2 = new Point(stlf.coordArray[i+2].x * MAG, stlf.coordArray[i+2].y * MAG, stlf.coordArray[i+2].z * MAG);
  34             Vec n  = new Vec(stlf.normArray[i/3].x * MAG, stlf.normArray[i/3].y  * MAG, stlf.normArray[i/3].z * MAG);
  35             Mesh.T t  = goal.newT(p0, p1, p2, n, 0);
  36         }
  37
  38         // rotate to align major axis -- this probably needs to be done by a human.
  39         goal.transform(new Matrix(new Vec(0, 0, 1), (float)(Math.PI/2)));
  40
  41         float goal_width  = goal.diagonal().dot(new Vec(1, 0, 0));
  42         float goal_height = goal.diagonal().dot(new Vec(0, 1, 0));
  43         float goal_depth  = goal.diagonal().dot(new Vec(0, 0, 1));
  44
  45         /*
  46         float width  = (float)0.6;
  47         float height = (float)0.08;
  48         float depth  = (float)0.3;
  49         */
  50         float width  = (float)0.6;
  51         float depth  = (float)0.08;
  52         float height = (float)0.3;
  53
  54         float rshift = width/2;
  55         float lshift = -(width/2);
  56
  57         translations = new Matrix[] {
  58
  59             new Matrix(new Vec(lshift,  depth,    0)),
  60             new Matrix(new Vec(rshift,  depth,    0)),
  61             new Matrix(new Vec(lshift, -depth,    0)),
  62             new Matrix(new Vec(rshift, -depth,    0)),
  63             new Matrix(new Vec(lshift,       0,  height)),
  64             new Matrix(new Vec(rshift,       0,  height)),
  65             new Matrix(new Vec(lshift,       0, -height)),
  66             new Matrix(new Vec(rshift,       0, -height)),
  67
  68             new Matrix(new Vec( width,           0,    0)),
  69             new Matrix(new Vec(-width,           0,    0)),
  70
  71             new Matrix(new Vec(     0,           0,    height)),
  72             new Matrix(new Vec(     0,           0,   -height)),
  73         };
  74
  75
  76         Point ltf = new Point(lshift,  (depth/2),  (height/2));
  77         Point mtf = new Point( 0.0,        (depth/2),  (height/2));
  78         Point rtf = new Point(rshift,  (depth/2),  (height/2));
  79         Point ltn = new Point(lshift,  (depth/2), -(height/2));
  80         Point mtn = new Point( 0.0,        (depth/2), -(height/2));
  81         Point rtn = new Point(rshift,  (depth/2), -(height/2));
  82         Point lbf = new Point(lshift, -(depth/2),  (height/2));
  83         Point mbf = new Point( 0.0,       -(depth/2),  (height/2));
  84         Point rbf = new Point(rshift, -(depth/2),  (height/2));
  85         Point lbn = new Point(lshift, -(depth/2), -(height/2));
  86         Point mbn = new Point( 0.0,       -(depth/2), -(height/2));
  87         Point rbn = new Point(rshift, -(depth/2), -(height/2));
  88
  89         Point[] points = new Point[] {
  90             ltf,
  91             mtf,
  92             rtf,
  93             ltn,
  94             mtn,
  95             rtn,
  96             lbf,
  97             mbf,
  98             rbf,
  99             lbn,
 100             mbn,
 101             rbn
 102         };
 103
 104
 105         // top
 106         tile.newT(ltf, mtf, mtn, null, 1);
 107         tile.newT(mtn, ltn, ltf, null, 1);
 108         tile.newT(mtf, rtf, rtn, null, 1);
 109         tile.newT(rtn, mtn, mtf, null, 1);
 110
 111         // bottom (swap normals)
 112         tile.newT(mbf, lbf, mbn, null, 2);
 113         tile.newT(lbn, mbn, lbf, null, 2);
 114         tile.newT(rbf, mbf, rbn, null, 2);
 115         tile.newT(mbn, rbn, mbf, null, 2);
 116
 117         // left
 118         tile.newT(ltf, ltn, lbn, null, 3);
 119         tile.newT(lbn, lbf, ltf, null, 3);
 120
 121         // right (swap normals)
 122         tile.newT(rtn, rtf, rbn, null, 4);
 123         tile.newT(rbf, rbn, rtf, null, 4);
 124
 125         // front
 126         tile.newT(ltn, mtn, mbn, null, 5);
 127         tile.newT(ltn, mbn, lbn, null, 5);
 128         tile.newT(mtn, rtn, rbn, null, 5);
 129         tile.newT(mtn, rbn, mbn, null, 5);
 130
 131         // back
 132         tile.newT(mtf, ltf, mbf, null, 6);
 133         tile.newT(mbf, ltf, lbf, null, 6);
 134         tile.newT(rtf, mtf, rbf, null, 6);
 135         tile.newT(rbf, mtf, mbf, null, 6);
 136
 137         for(Matrix m : translations) {
 138             for(Mesh.T t1 : tile) {
 139                 for(Mesh.T t2 : tile) {
 140                     if (t1==t2) continue;
 141
 142                     if ((t1.v1().p.times(m).minus(t2.v1().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 143                         (t1.v2().p.times(m).minus(t2.v3().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 144                         (t1.v3().p.times(m).minus(t2.v2().p).mag() < Mesh.EPSILON)) {
 145                         t1.e1().bindEdge(t2.e3());
 146                         t1.e2().bindEdge(t2.e2());
 147                         t1.e3().bindEdge(t2.e1());
 148                     }
 149                     if ((t1.v2().p.times(m).minus(t2.v1().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 150                         (t1.v3().p.times(m).minus(t2.v3().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 151                         (t1.v1().p.times(m).minus(t2.v2().p).mag() < Mesh.EPSILON)) {
 152                         t1.e2().bindEdge(t2.e3());
 153                         t1.e3().bindEdge(t2.e2());
 154                         t1.e1().bindEdge(t2.e1());
 155                     }
 156                     if ((t1.v3().p.times(m).minus(t2.v1().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 157                         (t1.v1().p.times(m).minus(t2.v3().p).mag() < Mesh.EPSILON) &&
 158                         (t1.v2().p.times(m).minus(t2.v2().p).mag() < Mesh.EPSILON)) {
 159                         t1.e3().bindEdge(t2.e3());
 160                         t1.e1().bindEdge(t2.e2());
 161                         t1.e2().bindEdge(t2.e1());
 162                     }
 163                 }
 164             }
 165         }
 166
 167         //xMesh.Vert mid = lbf.getE(mbn).shatter();
 168
 169         // rescale to match volume
 170         float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
 171         goal.transform(new Matrix(factor));
 172
 173         // translate to match centroid
 174         goal.transform(new Matrix(tile.centroid().minus(goal.centroid())));
 175
 176         //tx.e2.shatter();
 177         //tx.e3.shatter();
 178
 179
 180         tile.rebindPoints();
 181
 182         //mid.move(new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 183         //ltn.move(new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 184
 185         //mtf.move(new Vec(0, (float)-0.05, (float)0.05));
 186
 187
 188         System.out.println("tile volume: " + tile.volume());
 189         System.out.println("goal volume: " + goal.volume());
 190
 191         tile.score_against = goal;
 192         goal.score_against = tile;
 193     }
 194
 195     public synchronized void breakit() {
 196         if (verts > 800) return;
 197         //while(verts < 800) {
 198         PriorityQueue<Mesh.E> es = new PriorityQueue<Mesh.E>();
 199         for(Mesh.E e : tile.edges()) es.add(e);
 200         for(int i=0; i<40; i++) {
 201             Mesh.E e = es.poll();
 202             verts++;
 203             //System.out.println("shatter " + e);
 204             e.shatter();
 205             tile.rebindPoints();
 206         }
 207         //}
 208     }
 209
 210     public synchronized void rand(double temperature, Mesh.Vert p) {
 211         double tile_score = tile.score();
 212         double goal_score = goal.score();
 213         p.reComputeError();
 214
 215
 216         Vec v = new Vec((random.nextFloat() - (float)0.5) / 1000,
 217                         (random.nextFloat() - (float)0.5) / 1000,
 218                         (random.nextFloat() - (float)0.5) / 1000);
 219         /*
 220         Matrix inv = p.errorQuadric();
 221         Vec v = new Vec(inv.d, inv.h, inv.l).norm().times(1/(float)1000);
 222         */
 223         boolean good = p.move(v);
 224         double new_tile_score = tile.score();
 225         double new_goal_score = goal.score();
 226         double tile_delta = new_tile_score - tile_score;
 227         double goal_delta = 0;//new_goal_score - goal_score;
 228         double delta = tile_delta + goal_delta;
 229         //double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / temperature);
 230         //boolean doSwap = Math.random() < swapProbability;
 231         boolean doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
 232         if (doSwap) {
 233             tile_score = new_tile_score;
 234             goal_score = new_goal_score;
 235             //System.out.println("score: " + tile_score + " / " + goal_score);
 236         } else {
 237             p.move(v.times(-1));
 238         }
 239     }
 240
 241     public void anneal() throws Exception {
 242         int verts = 0;
 243         while(true) {
 244             HashSet<Mesh.Vert> hs = new HashSet<Mesh.Vert>();
 245             for(Mesh.Vert p : tile.vertices()) hs.add(p);
 246             for(int i=0; i<10; i++) {
 247                 repaint();
 248                 for(Mesh.Vert v : hs) rand(10,v);
 249             }
 250             tile.rebuildPointSet();
 251             repaint();
 252             breakit();
 253             repaint();
 254             goal.unApplyQuadricToNeighborAll();
 255             repaint();
 256             tile.recomputeAllFundamentalQuadrics();
 257             repaint();
 258             goal.applyQuadricToNeighborAll();
 259        }
 260     }
 261
 262     public static void main(String[] s) throws Exception {
 263         StlFile stlf = new StlFile();
 264         stlf.load("simplefish.stl");
 265         Frame f = new Frame();
 266         Main main = new Main(stlf, f);
 267         main.anneal();
 268     }
 269
 270 }