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 static edu.berkeley.qfat.Geom.*;
   9
  10 // FIXME: recenter goal to have centroid coincident with tile
  11 // FIXME: re-orient goal (how?)
  12 //        fish case: ensure that spinal axis of fish is the x-axis of the tile
  13
  14 public class Main implements GLEventListener, MouseListener, MouseMotionListener, KeyListener, MouseWheelListener {
  15
  16     boolean alt = false;
  17     boolean shift = false;
  18     boolean control = false;
  19
  20     public void mouseWheelMoved(MouseWheelEvent e) {
  21         tz -= e.getWheelRotation();
  22     }
  23
  24     public void keyTyped(KeyEvent e)  { }
  25     public void keyPressed(KeyEvent e)  {
  26         switch(e.getKeyCode()) {
  27             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = true; break;
  28             case KeyEvent.VK_ALT: alt = true; break;
  29             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = true; break;
  30         }
  31     }
  32     public void keyReleased(KeyEvent e) {
  33         switch(e.getKeyCode()) {
  34             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = false; break;
  35             case KeyEvent.VK_ALT: alt = false; break;
  36             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = false; break;
  37         }
  38     }
  39
  40     public void mouseClicked(MouseEvent e) { }
  41     public void mouseEntered(MouseEvent e) { }
  42     public void mouseExited(MouseEvent e) { }
  43     public void mousePressed(MouseEvent e) { }
  44     public void mouseReleased(MouseEvent e) { }
  45
  46     int mousex;
  47     int mousey;
  48     public void mouseMoved(MouseEvent e) {
  49         mousex = e.getX();
  50         mousey = e.getY();
  51     }
  52
  53     float tx = 0;
  54     float ty = 0;
  55     float tz = 0;
  56     float anglex = 0;
  57     float angley = 0;
  58     public void mouseDragged(MouseEvent e) {
  59         if (shift) {
  60             tx += (mousex - e.getX())/(float)20;
  61             ty += (mousey - e.getY())/(float)20;
  62         } else {
  63             anglex -= mousex - e.getX();
  64             angley += mousey - e.getY();
  65         }
  66         mousex = e.getX();
  67         mousey = e.getY();
  68     }
  69
  70     private Geom tile = new Geom();
  71     private Geom goal = new Geom();
  72
  73     /** magnification factor */
  74     private static final float MAG = 1;
  75
  76     Geom.M[] translations;
  77     Geom.Vert[] points;
  78
  79     public Main(StlFile stlf) {
  80
  81         for(int i=0; i<stlf.coordArray.length; i+=3) {
  82             Geom.Vert p0 = goal.register(new Geom.Point(stlf.coordArray[i+0].x * MAG, stlf.coordArray[i+0].y * MAG, stlf.coordArray[i+0].z * MAG));
  83             Geom.Vert p1 = goal.register(new Geom.Point(stlf.coordArray[i+1].x * MAG, stlf.coordArray[i+1].y * MAG, stlf.coordArray[i+1].z * MAG));
  84             Geom.Vert p2 = goal.register(new Geom.Point(stlf.coordArray[i+2].x * MAG, stlf.coordArray[i+2].y * MAG, stlf.coordArray[i+2].z * MAG));
  85             Geom.Vec n  = new Geom.Vec(stlf.normArray[i/3].x * MAG, stlf.normArray[i/3].y  * MAG, stlf.normArray[i/3].z * MAG);
  86             Geom.T t  = goal.newT(p0, p1, p2, n);
  87         }
  88
  89         // rotate to align major axis -- this probably needs to be done by a human.
  90         goal.transform(new Geom.M(new Geom.Vec(0, 0, 1), (float)(Math.PI/2)));
  91
  92
  93         float goal_width  = goal.diagonal().dot(new Geom.Vec(1, 0, 0));
  94         float goal_height = goal.diagonal().dot(new Geom.Vec(0, 1, 0));
  95         float goal_depth  = goal.diagonal().dot(new Geom.Vec(0, 0, 1));
  96
  97         float width  = (float)0.6;
  98         float height = (float)0.08;
  99         float depth  = (float)0.3;
 100         translations = new Geom.M[] {
 101
 102             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2),  height,    0)),
 103             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2),  height,    0)),
 104             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2), -height,    0)),
 105             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2), -height,    0)),
 106             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2),       0,  depth)),
 107             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2),       0,  depth)),
 108             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2),       0, -depth)),
 109             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2),       0, -depth)),
 110
 111             new Geom.M(new Geom.Vec( width,           0,    0)),
 112             new Geom.M(new Geom.Vec(-width,           0,    0)),
 113             /*
 114             new Geom.M(new Geom.Vec(     0,           0,    depth)),
 115             new Geom.M(new Geom.Vec(     0,           0,   -depth)),
 116             */
 117         };
 118
 119
 120         Geom.Vert ltf = tile.register(new Geom.Point(-(width/2),  (height/2),  (depth/2)));
 121         Geom.Vert mtf = tile.register(new Geom.Point( 0.0,        (height/2),  (depth/2)));
 122         Geom.Vert rtf = tile.register(new Geom.Point( (width/2),  (height/2),  (depth/2)));
 123         Geom.Vert ltn = tile.register(new Geom.Point(-(width/2),  (height/2), -(depth/2)));
 124         Geom.Vert mtn = tile.register(new Geom.Point( 0.0,        (height/2), -(depth/2)));
 125         Geom.Vert rtn = tile.register(new Geom.Point( (width/2),  (height/2), -(depth/2)));
 126         Geom.Vert lbf = tile.register(new Geom.Point(-(width/2), -(height/2),  (depth/2)));
 127         Geom.Vert mbf = tile.register(new Geom.Point( 0.0,       -(height/2),  (depth/2)));
 128         Geom.Vert rbf = tile.register(new Geom.Point( (width/2), -(height/2),  (depth/2)));
 129         Geom.Vert lbn = tile.register(new Geom.Point(-(width/2), -(height/2), -(depth/2)));
 130         Geom.Vert mbn = tile.register(new Geom.Point( 0.0,       -(height/2), -(depth/2)));
 131         Geom.Vert rbn = tile.register(new Geom.Point( (width/2), -(height/2), -(depth/2)));
 132
 133         points = new Geom.Vert[] {
 134             ltf,
 135             mtf,
 136             rtf,
 137             ltn,
 138             mtn,
 139             rtn,
 140             lbf,
 141             mbf,
 142             rbf,
 143             lbn,
 144             mbn,
 145             rbn
 146         };
 147
 148
 149         // top
 150         tile.newT(ltf, mtf, mtn);
 151         tile.newT(mtn, ltn, ltf);
 152         tile.newT(mtf, rtf, rtn);
 153         tile.newT(rtn, mtn, mtf);
 154
 155         // bottom (swap normals)
 156         tile.newT(mbf, lbf, mbn);
 157         tile.newT(lbn, mbn, lbf);
 158         tile.newT(rbf, mbf, rbn);
 159         tile.newT(mbn, rbn, mbf);
 160
 161         // left
 162         tile.newT(ltf, ltn, lbn);
 163         tile.newT(lbn, lbf, ltf);
 164
 165         // right (swap normals)
 166         tile.newT(rtn, rtf, rbn);
 167         tile.newT(rbf, rbn, rtf);
 168
 169         // front
 170         tile.newT(ltn, mtn, mbn);
 171         tile.newT(ltn, mbn, lbn);
 172         tile.newT(mtn, rtn, rbn);
 173         tile.newT(mtn, rbn, mbn);
 174
 175         // back
 176         tile.newT(mtf, ltf, mbf);
 177         tile.newT(mbf, ltf, lbf);
 178         tile.newT(rtf, mtf, rbf);
 179         tile.newT(rbf, mtf, mbf);
 180
 181         for(Geom.M m : translations) {
 182             for(Geom.T t1 : tile) {
 183                 for(Geom.T t2 : tile) {
 184                     if (t1==t2) continue;
 185
 186                     if ((t1.p1().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 187                         (t1.p2().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 188                         (t1.p3().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 189                         t1.e1().bind(t2.e3().pair);
 190                         t1.e2().bind(t2.e2().pair);
 191                         t1.e3().bind(t2.e1().pair);
 192                     }
 193                     if ((t1.p2().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 194                         (t1.p3().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 195                         (t1.p1().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 196                         t1.e2().bind(t2.e3().pair);
 197                         t1.e3().bind(t2.e2().pair);
 198                         t1.e1().bind(t2.e1().pair);
 199                     }
 200                     if ((t1.p3().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 201                         (t1.p1().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 202                         (t1.p2().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 203                         t1.e3().bind(t2.e3().pair);
 204                         t1.e1().bind(t2.e2().pair);
 205                         t1.e2().bind(t2.e1().pair);
 206                     }
 207                 }
 208             }
 209         }
 210
 211         //xGeom.Vert mid = lbf.getE(mbn).shatter();
 212
 213         // rescale to match volume
 214         float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
 215         goal.transform(new Geom.M(factor));
 216
 217         // translate to match centroid
 218         goal.transform(new Geom.M(tile.centroid().minus(goal.centroid())));
 219
 220         //tx.e2.shatter();
 221         //tx.e3.shatter();
 222
 223
 224         tile.bind();
 225
 226         //mid.move(new Geom.Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 227         //ltn.move(new Geom.Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 228
 229         //mtf.move(new Geom.Vec(0, (float)-0.05, (float)0.05));
 230
 231
 232         System.out.println("tile volume: " + tile.volume());
 233         System.out.println("goal volume: " + goal.volume());
 234
 235         tile.score_against = goal;
 236         goal.score_against = tile;
 237     }
 238         Random random = new Random();
 239
 240     public synchronized void breakit() {
 241         if (verts > 300) return;
 242         //double min = (tile.avgedge/tile.numedges)*(1+(4/(double)verts));
 243         //if (verts>0 && tile.es.peek().length() < min) return;
 244         PriorityQueue<Geom.E> es = new PriorityQueue<Geom.E>();
 245         for(Geom.E e : tile.es) es.add(e);
 246         for(int i=0; i<10; i++) {
 247             Geom.E e = es.poll();
 248             verts++;
 249             System.out.println("shatter " + e);
 250             e.shatter();
 251             tile.unbind();
 252             tile.bind();
 253         }
 254     }
 255
 256     public synchronized void rand(double temperature, Geom.Vert p) {
 257         double tile_score = tile.score();
 258         double goal_score = goal.score();
 259
 260         p.rescore();
 261         //if (p.watch==null) return;
 262         float r1 = Math.abs(random.nextFloat());
 263         r1 = r1 - (float)Math.floor(r1);
 264         r1 = r1 * (float)0.01;
 265         r1 = r1 - (float)0.005;
 266         Geom.Vec v = p.watchback().p.minus(p.p).norm().times(r1);
 267
 268         //v = p.norm().times(v.dot(p.norm()));
 269
 270         boolean aspect = false;//(Math.abs(random.nextInt()) % 100) <= 2;
 271         Geom.M old_tile_aspect = null;//goal.aspect;
 272         boolean good = true;
 273         if (aspect) {
 274             /*
 275             v = v.times(10);
 276             tile.aspect = new Geom.M(tile.aspect.a / (v.x+1), tile.aspect.f / (v.y+1), tile.aspect.k / (v.z+1));
 277             tile.invaspect = new Geom.M(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 278             goal.rescore();
 279             tile.rescore();
 280             */
 281         } else {
 282             good = p.move(v);
 283         }
 284         double new_tile_score = tile.score();
 285         double new_goal_score = goal.score();
 286         double tile_delta = new_tile_score - tile_score;
 287         double goal_delta = new_goal_score - goal_score;
 288         double delta = tile_delta + goal_delta;
 289         double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / temperature);
 290         //boolean doSwap = Math.random() < swapProbability;
 291         boolean doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
 292         if (doSwap) {
 293             tile_score = new_tile_score;
 294             goal_score = new_goal_score;
 295             //System.out.println("score: " + tile_score + " / " + goal_score);
 296             if (aspect) System.out.println("aspect " + v);
 297         } else {
 298             if (aspect) {
 299                 //tile.aspect = old_tile_aspect;
 300                 //tile.invaspect = new Geom.M(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 301                 goal.rescore();
 302                 tile.rescore();
 303             } else {
 304                 p.move(v.times(-1));
 305             }
 306         }
 307     }
 308
 309     /**
 310      * Take care of initialization here.
 311      */
 312     public void init(GLAutoDrawable gld) {
 313         GL gl = gld.getGL();
 314         gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
 315         gl.glViewport(0, 0, 500, 300);
 316         gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 317         gl.glClearDepth(1.0);
 318         gl.glDepthFunc(GL.GL_LEQUAL);
 319         gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION);
 320         gl.glLoadIdentity();
 321         gl.glMatrixMode(GL.GL_MODELVIEW);
 322         display(gld);
 323     }
 324
 325     public void reshape(GLAutoDrawable drawable, int x, int y, int width, int height) { }
 326     public void displayChanged(GLAutoDrawable drawable, boolean modeChanged, boolean deviceChanged) { }
 327     public synchronized void display(GLAutoDrawable drawable) {
 328         GL gl = drawable.getGL();
 329         GLU glu = new GLU();
 330         gl.glClear(GL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 331         gl.glPointSize(5.0f);
 332         gl.glLoadIdentity();
 333         glu.gluPerspective(50-tz, ((float)drawable.getWidth())/drawable.getHeight(), 0.5, 10);
 334         glu.gluLookAt(0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
 335         gl.glTranslatef(tx/(float)20, ty/(float)20, 0);
 336         gl.glRotatef(anglex/3, 0, 1, 0);
 337         gl.glRotatef(angley/3, 1, 0, 0);
 338
 339         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 340         draw(gl, true, tile);
 341         gl.glEnd();
 342
 343         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 344         gl.glColor4f((float)0.5, (float)0.5, (float)0.5, (float)0.8);
 345         //draw(gl, false, goal);
 346         gl.glEnd();
 347
 348
 349         int i = 0;
 350         //gl.glDisable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 351         gl.glColor4f(1,1,1,1);
 352         for(Geom.M m : translations) {
 353             //if (v1.z==0 && v1.y==0) continue;
 354             i++;
 355             if (i != 1 /*&& i!=4*/) continue;
 356             Geom.Point p = new Geom.Point(0, 0, 0).times(m);
 357             Geom.Vec v = new Geom.Vec(p.x, p.y, p.z);
 358             v = v.times((float)1.04);
 359             gl.glTranslatef(v.x, v.y, v.z);
 360             draw(gl, false, tile);
 361             gl.glTranslatef(-v.x, -v.y, -v.z);
 362         }
 363         //gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 364     }
 365
 366     private synchronized void draw(GL gl, boolean triangles, Geom mesh) {
 367         float red = 0.0f;
 368         float green = 0.0f;
 369         float blue = 0.0f;
 370         for(Geom.T t : mesh) {
 371             if (red < 0.15) red = 1.0f;
 372             if (green < 0.15) green = 1.0f;
 373             if (blue < 0.15) blue = 1.0f;
 374             red -= .09f;
 375             green -= .12f;
 376             blue -= .15f;
 377
 378             if (triangles) switch(t.color) {
 379                 case 0: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.25, (float)0.75, (float)0.3); break;
 380                 case 1: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.75, (float)0.25, (float)0.3); break;
 381                 case 2: gl.glColor4f((float)0.75, (float)0.25, (float)0.25, (float)0.3); break;
 382                 case 3: gl.glColor4f((float)0.50, (float)0.50, (float)0.50, (float)0.3); break;
 383             }
 384             //gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 385
 386             if (triangles) {
 387                 gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 388                 t.glVertices(gl);
 389                 gl.glEnd();
 390             } else {
 391                 gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 392                 t.e1().p1.p.glVertex(gl);
 393                 t.e1().p2.p.glVertex(gl);
 394                 t.e2().p1.p.glVertex(gl);
 395                 t.e2().p2.p.glVertex(gl);
 396                 t.e3().p1.p.glVertex(gl);
 397                 t.e3().p2.p.glVertex(gl);
 398                 gl.glEnd();
 399             }
 400
 401             Geom.Point centroid = t.centroid();
 402             gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 403             gl.glColor3f(1, 1, 1);
 404             /*
 405             centroid.glVertex(gl);
 406             centroid.plus(t.norm().times(t.diameter())).glVertex(gl);
 407             */
 408
 409             if (mesh==goal)
 410                 for(Geom.Vert p : new Geom.Vert[] { t.p1(), t.p2(), t.p3() }) {
 411                     p.p.glVertex(gl);
 412                     //p.plus(p.norm().times(p.score()*10)).glVertex(gl);
 413                     p.partner().p.glVertex(gl);
 414                     //tile.nearest(p).centroid().glVertex(gl);
 415                 }
 416
 417             gl.glEnd();
 418
 419         }
 420     }
 421
 422     public static void main(String[] s) throws Exception {
 423         StlFile stlf = new StlFile();
 424         stlf.load("simplefish.stl");
 425         Main main = new Main(stlf);
 426         Frame f = new Frame();
 427         GLCapabilities glcaps = new GLCapabilities();
 428         GLCanvas glcanvas = new GLCanvas();
 429         glcanvas.addGLEventListener(main);
 430         f.add(glcanvas, BorderLayout.CENTER);
 431         f.pack();
 432         f.show();
 433         f.setSize(900, 900);
 434         f.doLayout();
 435
 436         glcanvas.addMouseListener(main);
 437         glcanvas.addMouseMotionListener(main);
 438         glcanvas.addMouseWheelListener(main);
 439         glcanvas.addKeyListener(main);
 440
 441         main.anneal(glcanvas);
 442     }
 443     public static int verts = 0;
 444     public void anneal(GLCanvas glcanvas) throws Exception {
 445         int verts = 0;
 446         while(true) {
 447             //Thread.sleep(10);
 448             for(int i=0; i<1; i++) {
 449                 glcanvas.repaint();
 450                 //tile.ts.get(Math.abs(random.nextInt()) % tile.ts.size()).e1().p1
 451                 for(Geom.T t : tile)
 452                     for(Geom.Vert p : new Geom.Vert[] { t.p1(), t.p2(), t.p3() }) {
 453                         rand(10,p);
 454                     }
 455                 goal.rescore();
 456                 tile.rescore();
 457             }
 458             breakit();
 459        }
 460
 461     }
 462
 463 }