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         //xMesh.Vert mid = lbf.getE(mbn).shatter();
 213
 214         // rescale to match volume
 215         float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
 216         goal.transform(new Matrix(factor));
 217
 218         // translate to match centroid
 219         goal.transform(new Matrix(tile.centroid().minus(goal.centroid())));
 220
 221         //tx.e2.shatter();
 222         //tx.e3.shatter();
 223
 224
 225         tile.bind();
 226
 227         //mid.move(new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 228         //ltn.move(new Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 229
 230         //mtf.move(new Vec(0, (float)-0.05, (float)0.05));
 231
 232
 233         System.out.println("tile volume: " + tile.volume());
 234         System.out.println("goal volume: " + goal.volume());
 235
 236         tile.score_against = goal;
 237         goal.score_against = tile;
 238     }
 239         Random random = new Random();
 240
 241     public synchronized void breakit() {
 242         if (verts > 400) return;
 243         //double min = (tile.avgedge/tile.numedges)*(1+(4/(double)verts));
 244         //if (verts>0 && tile.es.peek().length() < min) return;
 245         PriorityQueue<Mesh.E> es = new PriorityQueue<Mesh.E>();
 246         for(Mesh.E e : tile.edges()) es.add(e);
 247         for(int i=0; i<10; i++) {
 248             Mesh.E e = es.poll();
 249             verts++;
 250             System.out.println("shatter " + e);
 251             e.shatter();
 252             tile.unbind();
 253             tile.bind();
 254         }
 255     }
 256
 257     public synchronized void rand(double temperature, Mesh.Vert p) {
 258         double tile_score = tile.score();
 259         double goal_score = goal.score();
 260         p.rescore();
 261
 262         /*
 263         //if (p.watch==null) return;
 264         float r1 = Math.abs(random.nextFloat());
 265         r1 = r1 - (float)Math.floor(r1);
 266         r1 = r1 * (float)0.01;
 267         r1 = r1 - (float)0.005;
 268         public Vert partner() { return quadric==null ? this : quadric; }
 269         public Point quadric() { return quadric_count==0 ? partner().p :
 270                 new Point(quadric_x/quadric_count, quadric_y/quadric_count, quadric_z/quadric_count); }
 271
 272         Vec v = p.nearest_vert_in_other_mesh().minus(p.p).norm().times(r1);
 273         */
 274         //v = p.norm().times(v.dot(p.norm()));
 275
 276         Vec v = new Vec((random.nextFloat() - (float)0.5) / 1000,
 277                         (random.nextFloat() - (float)0.5) / 1000,
 278                         (random.nextFloat() - (float)0.5) / 1000);
 279         /*
 280         Matrix inv = p.errorQuadric();
 281         Vec v = new Vec(inv.d, inv.h, inv.l).norm().times(1/(float)1000);
 282         */
 283         boolean aspect = false;//(Math.abs(random.nextInt()) % 100) <= 2;
 284         Matrix old_tile_aspect = null;//goal.aspect;
 285         boolean good = true;
 286         if (aspect) {
 287             /*
 288             v = v.times(10);
 289             tile.aspect = new Matrix(tile.aspect.a / (v.x+1), tile.aspect.f / (v.y+1), tile.aspect.k / (v.z+1));
 290             tile.invaspect = new Matrix(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 291             goal.rescore();
 292             tile.rescore();
 293             */
 294         } else {
 295             good = p.move(v);
 296         }
 297         double new_tile_score = tile.score();
 298         double new_goal_score = goal.score();
 299         double tile_delta = new_tile_score - tile_score;
 300         double goal_delta = 0;//new_goal_score - goal_score;
 301         double delta = tile_delta + goal_delta;
 302         double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / temperature);
 303         //boolean doSwap = Math.random() < swapProbability;
 304         boolean doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
 305         //boolean doSwap = true;
 306         //System.out.println(doSwap);
 307         if (doSwap) {
 308             tile_score = new_tile_score;
 309             goal_score = new_goal_score;
 310             System.out.println("score: " + tile_score + " / " + goal_score);
 311             if (aspect) System.out.println("aspect " + v);
 312         } else {
 313             if (aspect) {
 314                 //tile.aspect = old_tile_aspect;
 315                 //tile.invaspect = new Matrix(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 316                 goal.rescore();
 317                 tile.rescore();
 318             } else {
 319                 p.move(v.times(-1));
 320             }
 321         }
 322     }
 323
 324     /**
 325      * Take care of initialization here.
 326      */
 327     public void init(GLAutoDrawable gld) {
 328         GL gl = gld.getGL();
 329         gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
 330         gl.glViewport(0, 0, 500, 300);
 331         gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 332         gl.glClearDepth(1.0);
 333         gl.glDepthFunc(GL.GL_LEQUAL);
 334         gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION);
 335         gl.glLoadIdentity();
 336         gl.glMatrixMode(GL.GL_MODELVIEW);
 337         display(gld);
 338     }
 339
 340     public void reshape(GLAutoDrawable drawable, int x, int y, int width, int height) { }
 341     public void displayChanged(GLAutoDrawable drawable, boolean modeChanged, boolean deviceChanged) { }
 342     public synchronized void display(GLAutoDrawable drawable) {
 343         GL gl = drawable.getGL();
 344         GLU glu = new GLU();
 345         gl.glClear(GL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 346         gl.glPointSize(5.0f);
 347         gl.glLoadIdentity();
 348         glu.gluPerspective(50-tz, ((float)drawable.getWidth())/drawable.getHeight(), 0.5, 10);
 349         glu.gluLookAt(0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
 350         gl.glTranslatef(tx/(float)20, ty/(float)20, 0);
 351         gl.glRotatef(anglex/3, 0, 1, 0);
 352         gl.glRotatef(angley/3, 1, 0, 0);
 353
 354         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 355         draw(gl, true, tile);
 356         gl.glEnd();
 357
 358         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 359         gl.glColor4f((float)0.5, (float)0.5, (float)0.5, (float)0.8);
 360         //draw(gl, false, goal);
 361         gl.glEnd();
 362
 363
 364         int i = 0;
 365         //gl.glDisable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 366         gl.glColor4f(1,1,1,1);
 367         for(Matrix m : translations) {
 368             //if (v1.z==0 && v1.y==0) continue;
 369             i++;
 370             if (i != 1 /*&& i!=4*/) continue;
 371             Point p = new Point(0, 0, 0).times(m);
 372             Vec v = new Vec(p.x, p.y, p.z);
 373             v = v.times((float)1.04);
 374             gl.glTranslatef(v.x, v.y, v.z);
 375             draw(gl, false, tile);
 376             gl.glTranslatef(-v.x, -v.y, -v.z);
 377         }
 378         //gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 379     }
 380
 381     private synchronized void draw(GL gl, boolean triangles, Mesh mesh) {
 382         float red = 0.0f;
 383         float green = 0.0f;
 384         float blue = 0.0f;
 385         for(Mesh.T t : mesh) {
 386             if (red < 0.15) red = 1.0f;
 387             if (green < 0.15) green = 1.0f;
 388             if (blue < 0.15) blue = 1.0f;
 389             red -= .09f;
 390             green -= .12f;
 391             blue -= .15f;
 392
 393             if (triangles) switch(t.color) {
 394                 case 0: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.25, (float)0.75, (float)0.3); break;
 395                 case 1: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.75, (float)0.25, (float)0.3); break;
 396                 case 2: gl.glColor4f((float)0.75, (float)0.25, (float)0.25, (float)0.3); break;
 397                 case 3: gl.glColor4f((float)0.50, (float)0.50, (float)0.50, (float)0.3); break;
 398             }
 399             //gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 400
 401             if (triangles) {
 402                 gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 403                 t.glVertices(gl);
 404                 gl.glEnd();
 405             } else {
 406                 gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 407                 t.e1().p1.p.glVertex(gl);
 408                 t.e1().p2.p.glVertex(gl);
 409                 t.e2().p1.p.glVertex(gl);
 410                 t.e2().p2.p.glVertex(gl);
 411                 t.e3().p1.p.glVertex(gl);
 412                 t.e3().p2.p.glVertex(gl);
 413                 gl.glEnd();
 414             }
 415
 416             Point centroid = t.centroid();
 417             gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 418             gl.glColor3f(1, 1, 1);
 419             /*
 420             centroid.glVertex(gl);
 421             centroid.plus(t.norm().times(t.diameter())).glVertex(gl);
 422             */
 423
 424             if (mesh==goal)
 425                 for(Mesh.Vert p : new Mesh.Vert[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
 426                     p.p.glVertex(gl);
 427                     //p.plus(p.norm().times(p.score()*10)).glVertex(gl);
 428                     //p.partner().p.glVertex(gl);
 429                     //tile.nearest(p).centroid().glVertex(gl);
 430                 }
 431
 432             gl.glEnd();
 433
 434         }
 435     }
 436
 437     public static void main(String[] s) throws Exception {
 438         StlFile stlf = new StlFile();
 439         stlf.load("simplefish.stl");
 440         Main main = new Main(stlf);
 441         Frame f = new Frame();
 442         GLCapabilities glcaps = new GLCapabilities();
 443         GLCanvas glcanvas = new GLCanvas();
 444         glcanvas.addGLEventListener(main);
 445         f.add(glcanvas, BorderLayout.CENTER);
 446         f.pack();
 447         f.show();
 448         f.setSize(900, 900);
 449         f.doLayout();
 450
 451         glcanvas.addMouseListener(main);
 452         glcanvas.addMouseMotionListener(main);
 453         glcanvas.addMouseWheelListener(main);
 454         glcanvas.addKeyListener(main);
 455
 456         main.anneal(glcanvas);
 457     }
 458     public static int verts = 0;
 459     public void anneal(GLCanvas glcanvas) throws Exception {
 460         int verts = 0;
 461         while(true) {
 462             //Thread.sleep(10);
 463             for(int i=0; i<1; i++) {
 464                 glcanvas.repaint();
 465                 //tile.ts.get(Math.abs(random.nextInt()) % tile.ts.size()).e1().p1
 466                 for(Mesh.T t : tile)
 467                     for(Mesh.Vert p : new Mesh.Vert[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
 468                         rand(10,p);
 469                     }
 470                 goal.unscore();
 471                 tile.unscore();
 472                 goal.fundamental();
 473                 tile.fundamental();
 474                 goal.rescore();
 475                 tile.rescore();
 476             }
 477             breakit();
 478        }
 479
 480     }
 481
 482 }