src/edu/berkeley/qfat/Mesh.java

   1 package edu.berkeley.qfat;
   2 import java.awt.*;
   3 import java.util.*;
   4 import java.awt.event.*;
   5 import javax.swing.*;
   6 import javax.media.opengl.*;
   7 import javax.media.opengl.glu.*;
   8 import edu.berkeley.qfat.geom.*;
   9 import edu.berkeley.qfat.geom.HasBindingGroup;
  10 import edu.wlu.cs.levy.CG.KDTree;
  11 import edu.berkeley.qfat.geom.Point;
  12 import com.infomatiq.jsi.IntProcedure;
  13
  14 // EDGES RUN COUNTER-CLOCKWISE
  15
  16 public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
  17
  18     public static final float EPSILON = (float)0.0001;
  19     public static final Random random = new Random();
  20
  21     private RTree<T>         triangles = new RTree<T>();
  22     private PointSet<Vertex> vertices  = new PointSet<Vertex>();
  23
  24     public boolean option_wireframe    = false;
  25     public boolean option_errorNormals = false;
  26     public boolean option_selectable   = true;
  27
  28     public void render(GL gl, Matrix m) {
  29         if (option_wireframe) {
  30             gl.glDisable(GL.GL_LIGHTING);
  31             gl.glBegin(GL.GL_LINES);
  32             gl.glColor3f(1, 1, 1);
  33             for (T t : this) {
  34                 m.times(t.e1().p1.goodp).glVertex(gl);
  35                 m.times(t.e1().p2.goodp).glVertex(gl);
  36                 m.times(t.e2().p1.goodp).glVertex(gl);
  37                 m.times(t.e2().p2.goodp).glVertex(gl);
  38                 m.times(t.e3().p1.goodp).glVertex(gl);
  39                 m.times(t.e3().p2.goodp).glVertex(gl);
  40             }
  41             gl.glEnd();
  42             gl.glEnable(GL.GL_LIGHTING);
  43             return;
  44         }
  45         for(T t : this) {
  46             gl.glColor4f((float)(0.25+(0.05*t.color)),
  47                          (float)(0.25+(0.05*t.color)),
  48                          (float)(0.75+(0.05*t.color)),
  49                          (float)0.3);
  50             /*
  51             if (t.red) {
  52             gl.glColor4f((float)(0.75+(0.05*t.color)),
  53                          (float)(0.25+(0.05*t.color)),
  54                          (float)(0.25+(0.05*t.color)),
  55                          (float)0.3);
  56             }
  57             */
  58             t.glTriangle(gl, m);
  59         }
  60         if (option_errorNormals)
  61             for(T t : this)
  62                 for(Mesh.Vertex p : new Mesh.Vertex[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
  63                     if (p.ok) {
  64                         gl.glBegin(GL.GL_LINES);
  65                         gl.glColor3f(1, 1, 1);
  66                         p.p.glVertex(gl);
  67                         p.p.plus(p.norm().times((float)p.error()*10)).glVertex(gl);
  68                         gl.glEnd();
  69                     }
  70                 }
  71     }
  72
  73     public boolean immutableVertices;
  74     public Mesh    error_against      = null;
  75     public double  error              = 0;
  76
  77     public Mesh(boolean immutableVertices) { this.immutableVertices = immutableVertices; }
  78
  79     public void makeVerticesImmutable() { this.immutableVertices = true; }
  80     public float error() { return (float)error; }
  81
  82     public int size() { return vertices.size(); }
  83     public Iterable<Vertex> vertices() { return vertices; }
  84     public Iterator<T> iterator() { return triangles.iterator(); }
  85
  86     public void rebindPoints() {
  87         // unbind all points
  88         for(Mesh.T t : this) {
  89             t.v1().unbind();
  90             t.v2().unbind();
  91             t.v3().unbind();
  92         }
  93         // ask edges to re-implement their bindings
  94         for(Mesh.T t : this) {
  95             t.e1().dobind();
  96             t.e2().dobind();
  97             t.e3().dobind();
  98         }
  99         System.out.println("rebound!");
 100     }
 101
 102     public void transform(Matrix m) {
 103         ArrayList<Vertex> set = new ArrayList<Vertex>();
 104         for(Vertex v : vertices) set.add(v);
 105         for(Vertex v : set) v.transform(m.times(v.p), true, null);
 106         for(Vertex v : set) v.goodp = v.p;
 107     }
 108
 109     public void rebuild() { /*vertices.rebuild();*/ }
 110     public Vec diagonal() { return vertices.diagonal(); }
 111     public Point centroid() { return vertices.centroid(); }
 112     public Vertex nearest(Point p) { return vertices.nearest(p); }
 113
 114     /** compute the volume of the mesh */
 115     public float volume() {
 116         double total = 0;
 117         for(T t : this) {
 118             double area = t.area();
 119             Vec origin_to_centroid = new Vec(new Point(0, 0, 0), t.centroid());
 120             boolean facingAway = t.norm().dot(origin_to_centroid) > 0;
 121             double height = Math.abs(t.norm().dot(origin_to_centroid));
 122             total += ((facingAway ? 1 : -1) * area * height) / 3.0;
 123         }
 124         return (float)total;
 125     }
 126
 127
 128     public void subdivide() {
 129         for (Vertex v : vertices()) v.original = true;
 130         HashSet<E> edges = new HashSet<E>();
 131         HashSet<E> flip = new HashSet<E>();
 132         HashSet<T> tris = new HashSet<T>();
 133         int count = 0;
 134         for (T t : this) {
 135             tris.add(t);
 136             edges.add(t.e1());
 137             edges.add(t.e2());
 138             edges.add(t.e3());
 139             count++;
 140         }
 141         System.out.println("triangles="+count);
 142         count = 0;
 143         for(E e : edges) {
 144             if (e.destroyed || e.shattered) continue;
 145             e.shatter().edge = true;
 146             for(E ex : (Iterable<E>)e.getBoundPeers()) {
 147                 Vertex m = nearest(ex.midpoint());
 148                 m.edge = true;
 149                 E e3 = ex.p1.getE(m).next;
 150                 if (e3.p2.original)
 151                     flip.add(e3);
 152             }
 153         }
 154
 155         int i=0;
 156
 157         for(E e : flip) {
 158             e.flip();
 159             System.out.println("flip!");
 160             i++;
 161             //if (i>2) break;
 162         }
 163
 164         System.out.println("count="+count);
 165
 166         /*
 167         tris.clear();
 168         for (T t : this) if (t.v1().edge && t.v2().edge && t.v3().edge) tris.add(t);
 169         for (T t : tris)
 170             t.shatter();
 171         */
 172
 173         /*
 174         for(Vertex v : verts) {
 175             if (!v.face) continue;
 176             v.move(v.recenter().minus(v.getPoint()), false);
 177         }
 178         */
 179         /*
 180         Queue<T> q = new LinkedList<T>();
 181         OUTER: while(true) {
 182             for (T t : this) {
 183                 if (t.old) { t.shatter(); continue OUTER; }
 184             }
 185             break;
 186         }
 187         */
 188
 189         rebindPoints();
 190         HashSet<Vertex> verts = new HashSet<Vertex>();
 191         for(Vertex v : vertices()) verts.add(v);
 192         for (Vertex v : verts)
 193             v.clearWish();
 194         for (Vertex v : verts) {
 195             if (v.edge) {
 196                 for(E e = v.e; e!=null; e=e.pair.next==v.e?null:e.pair.next) {
 197                     if (e.p2.original) {
 198                         v.wish(e.p2);
 199                         v.wish(e.p2);
 200                         v.wish(e.p2);
 201                         v.wish(e.p2);
 202                     }
 203                 }
 204                 for(E e = v.e; e!=null; e=e.pair.next==v.e?null:e.pair.next) {
 205                     for(E e2 = e.p2.e; e2!=null; e2=e2.pair.next==e.p2.e?null:e2.pair.next) {
 206                         if (e2.p2.original) {
 207                             v.wish(e.p2);
 208                         }
 209                     }
 210                 }
 211             }
 212         }
 213         for (Vertex v : verts)
 214             v.grantWish();
 215
 216     }
 217
 218     // Vertexices //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 219
 220     /** a vertex in the mesh */
 221     public final class Vertex extends HasQuadric implements Visitor {
 222         public Point p, goodp;
 223         public Point oldp;
 224         E e;                // some edge *leaving* this point
 225
 226         public boolean original = false;
 227         public boolean edge = false;
 228         public boolean face = false;
 229
 230         private int wishes = 0;
 231         private Point wish = Point.ZERO;
 232         public void clearWish() { wishes = 0; wish = Point.ZERO; }
 233         public void wish(HasPoint hp) {
 234             Point p = hp.getPoint();
 235             wishes++;
 236             wish = new Point(wish.x+p.x, wish.y+p.y, wish.z+p.z);
 237         }
 238         public void grantWish() {
 239             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers()) {
 240                 if (v==this) continue;
 241                 Point p = this.getBindingMatrix(v).times(v.wish.minus(Point.ZERO).div(v.wishes).plus(Point.ZERO));
 242                 wish = p.minus(Point.ZERO).times(v.wishes).plus(wish);
 243                 wishes += v.wishes;
 244                 v.clearWish();
 245             }
 246             if (wishes==0) return;
 247             Vec d = wish.minus(Point.ZERO).div(wishes).plus(Point.ZERO).minus(getPoint());
 248             move(d, false);
 249             clearWish();
 250         }
 251
 252         private boolean illegal = false;
 253
 254         public boolean visible = false;
 255
 256         public Point getPoint() { return p; }
 257         public float error() { return olderror; }
 258
 259         private Vertex(Point p) {
 260             this.p = p;
 261             this.goodp = p;
 262             this.oldp = p;
 263             if (vertices.get(p) != null) throw new Error();
 264             vertices.add(this);
 265         }
 266
 267         public void reinsert() {
 268             vertices.remove(this);
 269             vertices.add(this);
 270             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) e.t.reinsert();
 271         }
 272
 273         // the average of all adjacent points
 274         public Point recenter() {
 275             int count = 0;
 276             Vec vec = Vec.ZERO;
 277             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 278                 vec = vec.plus(e.getOther(this).getPoint().minus(Point.ZERO));
 279                 count++;
 280             }
 281             return Point.ZERO.plus(vec.div(count));
 282         }
 283
 284         public float olderror = 0;
 285         public void setError(float nerror) {
 286             error -= olderror;
 287             olderror = nerror;
 288             error += olderror;
 289         }
 290
 291         /*
 292         public Vertex hack(GL gl, Point mouse) {
 293             double dist = Double.MAX_VALUE;
 294             Vertex cur = null;
 295             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 296                 Vertex v = e.getOther(this);
 297                 double dist2 = v.getPoint().glProject(gl).distance(mouse);
 298                 if ((cur==null || dist2 < dist) && v.visible) {
 299                     dist = dist2;
 300                     cur = v;
 301                 }
 302             }
 303             return cur;
 304         }
 305         */
 306
 307         public float averageTriangleArea() {
 308             int count = 0;
 309             float ret = 0;
 310             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 311                 ret += e.t.area();
 312                 count++;
 313             }
 314             return ret/count;
 315         }
 316         public float averageEdgeLength() {
 317             int count = 0;
 318             float ret = 0;
 319             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 320                 ret += e.length();
 321                 count++;
 322             }
 323             return ret/count;
 324         }
 325
 326         public Matrix _recomputeFundamentalQuadric() {
 327             Matrix m = Matrix.ZERO;
 328             int count = 0;
 329             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 330                 m = m.plus(e.t.norm().fundamentalQuadric(e.t.centroid()));
 331                 count++;
 332             }
 333             if (count > 0) {
 334                 m = m.plus(norm().fundamentalQuadric(this.p).times(count));
 335                 count *= 2;
 336             }
 337             return m.times(1/(float)count);
 338         }
 339
 340         public HasQuadric nearest() { return error_against==null ? null : error_against.vertices.nearest(p, this); }
 341         public void computeError() {
 342             if (error_against==null) return;
 343             if (nearest_in_other_mesh == null && nearest()==null) return;
 344             float nerror =
 345                 nearest_in_other_mesh != null
 346                 ? nearest_in_other_mesh.fundamentalQuadric().preAndPostMultiply(p)
 347                 : nearest().fundamentalQuadric().preAndPostMultiply(p);
 348             if (quadric_count != 0)
 349                 nerror = (nerror + quadric.preAndPostMultiply(p))/(quadric_count+1);
 350
 351             if (!immutableVertices && quadric_count == 0) {
 352                 //nerror = Math.max(nerror, 0.4f);
 353                 //nerror *= 2;
 354             }
 355             //System.out.println(nerror);
 356             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 357                 double ang = e.dihedralAngle();
 358                 if (ang > Math.PI) throw new Error();
 359                 if (ang < -Math.PI) throw new Error();
 360                 float minangle = (float)(Math.PI * 0.8);
 361                 //nerror += ((ang / Math.PI)*(ang/Math.PI)) * e.length() * 0.05;
 362
 363                 nerror += (1-e.t.quality())*0.0001;
 364                 if (ang > minangle) nerror += (ang - minangle);
 365
 366                 //System.out.println(((ang / Math.PI)*(ang/Math.PI)) * 0.000001);
 367                 /*
 368                 if (e.t.aspect() < 0.2) {
 369                     nerror += (0.2-e.t.aspect()) * 10;
 370                 }
 371                 */
 372             }
 373             if (!immutableVertices) {
 374                 Vertex n = (Vertex)nearest();
 375                 float d = norm().dot(n.norm());
 376                 if (d > 1 || d < -1) throw new Error();
 377                 if (d >= 0) {
 378                     nerror *= (2.0f - d);
 379                 } else {
 380                     nerror += 0.0003 * (2.0f + d);
 381                     nerror *= (2.0f + d);
 382                 }
 383             }
 384
 385             setError(nerror);
 386         }
 387
 388         public boolean move(Vec vv, boolean ignoreProblems) {
 389
 390             boolean good = true;
 391
 392             //     t1' = M * t1
 393             //     t2' = t2.getMatrix(t1) * t1'
 394             //     t2' = t2.getMatrix(t1) * M * t1
 395             //     t1 =     t1.getMatrix(t2) * t2
 396             // M * t1 = M * t1.getMatrix(t2) * t2
 397
 398             if (bindingGroup!=null && this != bindingGroup.getMaster()) {
 399                 Matrix m2 = getBindingMatrix(bindingGroup.getMaster());
 400                 Vec v2 = m2.times(vv.plus(getPoint())).minus(m2.times(getPoint()));
 401                 return ((Vertex)bindingGroup.getMaster()).move(v2, ignoreProblems);
 402             }
 403
 404             Point op = this.p;
 405             Point pp = vv.plus(getPoint());
 406             if (bindingGroup != null) {
 407                 /*
 408                 for(int i=0; i<20 ; i++) {
 409                     Point p2 = getConstraint().times(pp);
 410                     pp = pp.midpoint(p2);
 411                     //System.out.println(m.minus(m2));
 412                 }
 413             */
 414                 //pp = getConstraint().times(pp);
 415             }
 416             //pp = pp.minus(op).norm().times(vv.mag()).plus(op);
 417             ok = false;
 418             Point pt = pp;
 419             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers()) {
 420                 Point pt2 = v.getBindingMatrix(this).times(pt);
 421                 /*
 422                 if (Math.abs( v.p.minus(pt2).mag() / pt.minus(op).mag() ) > 5)
 423                     throw new Error(v.p+" "+pt2+"\n"+op+" "+pt+"\n"+v.getBindingMatrix(this));
 424                 if (Math.abs( v.p.minus(pt2).mag() / pt.minus(op).mag() ) < 1/5) throw new Error();
 425                 */
 426                 good &= v.transform(pt2, ignoreProblems, v.getBindingMatrix(this));
 427             }
 428
 429             if (!good && !ignoreProblems) {
 430                 for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers())
 431                     v.transform(v.oldp, true, null);
 432             }
 433
 434             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers())
 435                 v.recomputeFundamentalQuadricIfNeighborChanged();
 436             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers())
 437                 v.reComputeErrorAround();
 438             ok = true;
 439             return good;
 440         }
 441         public boolean ok = true;
 442
 443         /** does NOT update bound pairs! */
 444         private boolean transform(Point newp, boolean ignoreProblems, Matrix yes) {
 445             this.oldp = this.p;
 446             if (immutableVertices) throw new Error();
 447
 448             unApplyQuadricToNeighbor();
 449
 450             boolean illegalbefore = illegal;
 451             illegal = false;
 452             /*
 453             if (this.p.minus(newp).mag() > 0.1 && !ignoreProblems) {
 454                 try {
 455                     throw new Exception(""+this.p.minus(newp).mag()+" "+ignoreProblems+" "+yes);
 456                 } catch(Exception e) {
 457                     e.printStackTrace();
 458                 }
 459                 illegal = true;
 460             }
 461             */
 462
 463             this.p = newp;
 464             reinsert();
 465             applyQuadricToNeighbor();
 466
 467             if (!ignoreProblems) {
 468                 checkLegality();
 469             }
 470             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 471                 e.p2.quadricStale = true;
 472             return !illegal || (illegalbefore && illegal);
 473         }
 474
 475         public void checkLegality() {
 476             /*
 477             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 478                 if (Math.abs(e.dihedralAngle()) > (Math.PI * 0.9) ||
 479                     Math.abs(e.next.dihedralAngle()) > (Math.PI * 0.9)) illegal = true;
 480                 if (e.t.aspect() < 0.2) illegal = true;
 481             }
 482             */
 483             if (!illegal) triangles.range(oldp, this.p, (Visitor<T>)this);
 484         }
 485
 486         public void reComputeErrorAround() {
 487             reComputeError();
 488             if (nearest_in_other_mesh != null)
 489                 nearest_in_other_mesh.reComputeError();
 490             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 491                 e.p2.reComputeError();
 492         }
 493
 494         public boolean visit(Object o) {
 495             if (o instanceof Vertex)
 496                 return ((Vertex)o).e != null && ((Vertex)o).norm().dot(Vertex.this.norm()) >= 0;
 497             T t = (T)o;
 498             if (illegal) return false;
 499             for(E e = Vertex.this.e; e!=null; e=e.pair.next==Vertex.this.e?null:e.pair.next) {
 500                 if (!t.has(e.p1) && !t.has(e.p2) && e.intersects(t)) { illegal = true; }
 501                 if (e.t != null) {
 502                     if (!e.t.has(t.e1().p1) && !e.t.has(t.e1().p2) && t.e1().intersects(e.t)) { illegal = true; }
 503                     if (!e.t.has(t.e2().p1) && !e.t.has(t.e2().p2) && t.e2().intersects(e.t)) { illegal = true; }
 504                     if (!e.t.has(t.e3().p1) && !e.t.has(t.e3().p2) && t.e3().intersects(e.t)) { illegal = true; }
 505                 }
 506             }
 507             return !illegal;
 508         }
 509
 510         public E getEdge() { return e; }
 511         public E getFreeIncident() {
 512             E ret = getFreeIncident(e, e);
 513             if (ret != null) return ret;
 514             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 515                 System.out.println(e + " " + e.t);
 516             throw new Error("unable to find free incident to " + this);
 517         }
 518
 519         public E getFreeIncident(E start, E before) {
 520             for(E e = start; e!=null; e=e.pair.next==before?null:e.pair.next)
 521                 if (e.pair.p2 == this && e.pair.t == null && e.pair.next.t == null)
 522                     return e.pair;
 523             return null;
 524         }
 525
 526         public E getE(Point p2) {
 527             Vertex v = vertices.get(p2);
 528             if (v==null) return null;
 529             return getE(v);
 530         }
 531         public E getE(Vertex p2) {
 532             if (this.e!=null && this!=this.e.p1 && this!=this.e.p2) throw new RuntimeException();
 533             int i=0;
 534             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 535                 if (e.p1 == this && e.p2 == p2) return e;
 536                 i++;
 537                 e.sanity();
 538                 if (e.destroyed) throw new RuntimeException("fark " + i + " " + e.prev + " " + (e.prev.next==e) + " " + e.prev.destroyed);
 539             }
 540             return null;
 541         }
 542
 543         private void glNormal(GL gl) {
 544             Vec norm = norm();
 545             gl.glNormal3f(norm.x, norm.y, norm.z);
 546         }
 547         public Vec norm() {
 548             Vec norm = new Vec(0, 0, 0);
 549             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 550                 if (e.t != null)
 551                     norm = norm.plus(e.t.norm().times((float)e.prev.angle()));
 552             return norm.norm();
 553         }
 554
 555         public void bindTo(Vertex p) { bindTo(Matrix.ONE, p); }
 556     }
 557
 558
 559     /** [UNIQUE] an edge */
 560     public final class E extends HasBindingGroup implements Comparable<E> {
 561
 562         public void sanity() {
 563             if (destroyed) return;
 564             if (pair!=null && (pair.p1!=p2 || pair.p2!=p1)) throw new RuntimeException();
 565             if (next!=null && next.p1!=p2) throw new RuntimeException();
 566             if (prev!=null && prev.p2!=p1) throw new RuntimeException();
 567         }
 568
 569         public final Vertex p1, p2;
 570         T t;     // triangle to our "left"
 571         E prev;  // previous half-edge
 572         E next;  // next half-edge
 573         E pair;  // partner half-edge
 574         boolean shattered = false;
 575
 576         public boolean intersects(T t) { return t.intersects(p1.p, p2.p); }
 577
 578         public Segment getSegment() { return new Segment(p1.getPoint(), p2.getPoint()); }
 579
 580         public void flip() {
 581             // FIXME: coplanarity check needed
 582             if (destroyed) return;
 583             for (E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 584                 if (!e.pair.isBoundTo(pair)) throw new RuntimeException("cannot flip!");
 585             }
 586             Vertex v1 = t.getOtherVertex(this);
 587             Vertex v2 = pair.t.getOtherVertex(pair);
 588             destroy();
 589             pair.destroy();
 590             T t1 = newT(v1, v2, p2);
 591             T t2 = newT(v2, v1, p1);
 592             t1.e1().sanity();
 593             t1.e2().sanity();
 594             t1.e3().sanity();
 595             t2.e1().sanity();
 596             t2.e2().sanity();
 597             t2.e3().sanity();
 598
 599             for (E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 600                 if (e==this) continue;
 601                 if (e.destroyed) continue;
 602                 Vertex v1e = e.t.getOtherVertex(e);
 603                 Vertex v2e = e.pair.t.getOtherVertex(e.pair);
 604                 e.destroy();
 605                 e.pair.destroy();
 606                 if (v1e.getE(v2e)!=null) throw new RuntimeException();
 607                 newT(v1e, v2e, e.p2).red = true;
 608                 newT(v2e, v1e, e.p1).red = true;
 609                 v2e.getE(v1e).bindTo(e.getBindingMatrix(this), v1.getE(v2));
 610                 v1e.getE(v2e).bindTo(e.pair.getBindingMatrix(this.pair), v2.getE(v1));
 611             }
 612
 613         }
 614
 615         public void bindingGroupChanged(edu.berkeley.qfat.geom.BindingGroup newBindingGroup_) {
 616
 617             edu.berkeley.qfat.geom.BindingGroup<E> newBindingGroup =
 618                 (edu.berkeley.qfat.geom.BindingGroup<E>)newBindingGroup_;
 619             if (newBindingGroup==null) return;
 620             if (this==newBindingGroup.getMaster()) return;
 621             HashSet<E> nbg = new HashSet<E>();
 622             for(E eother : (Iterable<E>)newBindingGroup) nbg.add(eother);
 623             for(E eother : nbg) {
 624                 if (next==null || prev==null) continue;
 625                 if (eother.next==null || eother.prev==null) continue;
 626
 627                 if (next.isBoundTo(eother.pair.prev.pair) && !prev.isBoundTo(eother.pair.next.pair))
 628                     prev.bindTo(next.getBindingMatrix(eother.pair.prev.pair), eother.pair.next.pair);
 629                 if (!next.isBoundTo(eother.pair.prev.pair) && prev.isBoundTo(eother.pair.next.pair))
 630                     next.bindTo(prev.getBindingMatrix(eother.pair.next.pair), eother.pair.prev.pair);
 631
 632                 /*
 633                 if (next.isBoundTo(eother.prev) && !prev.isBoundTo(eother.next))
 634                     prev.bindTo(next.getBindingMatrix(eother.prev), eother.next);
 635                 if (!next.isBoundTo(eother.prev) && prev.isBoundTo(eother.next))
 636                     next.bindTo(prev.getBindingMatrix(eother.next), eother.prev);
 637                 */
 638                 if (next.isBoundTo(eother.next) && !prev.isBoundTo(eother.prev))
 639                     prev.bindTo(next.getBindingMatrix(eother.next), eother.prev);
 640                 if (!next.isBoundTo(eother.next) && prev.isBoundTo(eother.prev))
 641                     next.bindTo(prev.getBindingMatrix(eother.prev), eother.next);
 642             }
 643
 644         }
 645
 646         public float stretchRatio() {
 647             Vertex nearest = error_against.nearest(midpoint());
 648             float nearest_distance = midpoint().distance(nearest.p);
 649             float other_distance =
 650                 (p1.p.distance(error_against.nearest(p1.p).p)+
 651                  p2.p.distance(error_against.nearest(p2.p).p))/2;
 652             return nearest_distance/other_distance;
 653         }
 654         public float comparator() {
 655             return length();
 656         }
 657         public int compareTo(E e) {
 658             return e.comparator() > comparator() ? 1 : -1;
 659         }
 660         public void bindEdge(E e, Matrix m) {
 661             _bindEdge(e, m);
 662             pair._bindEdge(e.pair, m);
 663         }
 664         public void _bindEdge(E e, Matrix m) {
 665             e = e.pair;
 666             /*
 667             //assumes edges are identical length at binding time
 668             Vec reflectionPlaneNormal = e.p2.p.minus(e.p1.p).norm();
 669             float a = reflectionPlaneNormal.x;
 670             float b = reflectionPlaneNormal.y;
 671             float c = reflectionPlaneNormal.z;
 672             Matrix reflectionMatrix =
 673                 new Matrix( 1-2*a*a,  -2*a*b,  -2*a*c, 0,
 674                             -2*a*b,  1-2*b*b,  -2*b*c, 0,
 675                             -2*a*c,   -2*b*c, 1-2*c*c, 0,
 676                             0,       0,       0,       1);
 677             m = m.times(Matrix.translate(e.midpoint().minus(Point.ORIGIN))
 678                         .times(reflectionMatrix)
 679                         .times(Matrix.translate(Point.ORIGIN.minus(e.midpoint()))));
 680             System.out.println(reflectionPlaneNormal);
 681             System.out.println("  " + p1.p + " " + m.times(e.p1.p));
 682             System.out.println("  " + p2.p + " " + m.times(e.p2.p));
 683             */
 684             /*
 685             if (m.times(e.p1.p).minus(p1.p).mag() > EPSILON) throw new Error();
 686             if (m.times(e.p2.p).minus(p2.p).mag() > EPSILON) throw new Error();
 687             */
 688             this.bindTo(m, e);
 689         }
 690
 691         public void dobind() {
 692             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 693                 if (e==this) continue;
 694                 p1.bindTo(getBindingMatrix(e), e.p1);
 695                 p2.bindTo(getBindingMatrix(e), e.p2);
 696                 e.p1.setConstraint(getConstraint());
 697                 e.p2.setConstraint(getConstraint());
 698             }
 699         }
 700
 701         public Vertex shatter() {
 702             if (shattered || destroyed) return nearest(midpoint());
 703             shattered = true;
 704             E first = null;
 705             E firste = null;
 706             E firstx = null;
 707             E firstq = null;
 708             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 709                 E enext = e.next;
 710                 E eprev = e.prev;
 711                 E pnext = e.pair.next;
 712                 E pprev = e.pair.prev;
 713                 Point mid = e.midpoint();
 714                 Vertex r = e.next.p2;
 715                 Vertex l = e.pair.next.p2;
 716                 if (!e.destroyed) {
 717                     e.destroy();
 718                     e.pair.destroy();
 719                     newT(r.p, e.p1.p, mid,    null, 0);
 720                     newT(r.p, mid,    e.p2.p, null, 0);
 721                     newT(l.p, mid,    e.p1.p, null, 0);
 722                     newT(l.p, e.p2.p, mid,    null, 0);
 723                 }
 724             }
 725             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 726                 Point mid = e.midpoint();
 727                 if (first==null) {
 728                     first = e.p1.getE(mid);
 729                     firste = e;
 730                     firstx = e.pair;
 731                     firstq = e.p2.getE(mid).pair;
 732                     continue;
 733                 }
 734                 e.p1.getE(mid).          bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first);
 735                 e.p1.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first.pair);
 736                 e.p2.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq);
 737                 e.p2.getE(mid).pair.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq.pair);
 738             }
 739             /*
 740             first.setConstraint(firste.getConstraint());
 741             firstq.setConstraint(firste.getConstraint());
 742             */
 743             return nearest(midpoint());
 744         }
 745
 746         public boolean destroyed = false;
 747         public void destroy() {
 748             if (destroyed) return;
 749             destroyed = true;
 750             pair.destroyed = true;
 751
 752             if (t != null) t.destroy();
 753             t = null;
 754
 755             if (pair.t != null) pair.t.destroy();
 756             pair.t = null;
 757
 758             if (next.t != null) next.t.destroy();
 759             if (prev.t != null) prev.t.destroy();
 760             next.t = null;
 761             prev.t = null;
 762
 763             if (pair.next.t != null) pair.next.t.destroy();
 764             if (pair.prev.t != null) pair.next.t.destroy();
 765             pair.next.t = null;
 766             pair.prev.t = null;
 767
 768             pair.prev.next = next;
 769             next.prev = pair.prev;
 770             prev.next = pair.next;
 771             pair.next.prev = prev;
 772
 773             if (p1.e == this) p1.e = pair.next;
 774             if (pair.p1.e == pair) pair.p1.e = next;
 775
 776             if (p2.e == this) throw new RuntimeException();
 777             if (pair.p2.e == pair) throw new RuntimeException();
 778
 779             /*
 780             next = pair;
 781             prev = pair;
 782             pair.next = this;
 783             pair.prev = this;
 784             */
 785
 786             /*
 787             pair.prev = null;
 788             pair.next = null;
 789             next = null;
 790             prev = null;
 791             */
 792
 793             /*
 794             sanity();
 795             next.sanity();
 796             prev.sanity();
 797             pair.sanity();
 798             */
 799         }
 800
 801         private void sync() {
 802             this.prev.next = this;
 803             this.next.prev = this;
 804             this.pair.pair = this;
 805             if (this.next.p1 != p2) throw new Error();
 806             if (this.prev.p2 != p1) throw new Error();
 807             if (this.p1.e == null) this.p1.e = this;
 808             if (!added) added = true;
 809         }
 810         private boolean added = false;
 811
 812         public T makeT(int colorclass) { return t==null ? (t = new T(this, colorclass)) : t; }
 813
 814         public double dihedralAngle() {
 815             Vec v1 = t.norm().times(-1);
 816             Vec v2 = pair.t.norm().times(-1);
 817             double prod = v1.norm().dot(v2.norm());
 818             prod = Math.min(1,prod);
 819             prod = Math.max(-1,prod);
 820             double ret = Math.acos(prod);
 821             if (Double.isNaN(ret)) throw new Error("nan! " + prod);
 822             return ret;
 823         }
 824
 825         /** angle between this half-edge and the next */
 826         public double angle() {
 827             Vec v1 = next.p2.p.minus(p2.p);
 828             Vec v2 = this.p1.p.minus(p2.p);
 829             return Math.acos(v1.norm().dot(v2.norm()));
 830         }
 831
 832         public Vertex getOther(Vertex v) {
 833             if (this.p1 == v) return p2;
 834             if (this.p2 == v) return p1;
 835             throw new Error();
 836         }
 837
 838         public void makeAdjacent(E e) {
 839             if (this.next == e) return;
 840             if (p2 != e.p1) throw new Error("cannot make adjacent -- no shared vertex: " + this + " " + e);
 841             if (t != null || e.t != null) throw new Error("cannot make adjacent -- edges not both free " + t + " " + e.t);
 842
 843             E freeIncident = p2.getFreeIncident(e, this);
 844
 845             e.prev.next = freeIncident.next;
 846             freeIncident.next.prev = e.prev;
 847
 848             freeIncident.next = this.next;
 849             this.next.prev = freeIncident;
 850
 851             this.next = e;
 852             e.prev = this;
 853
 854             sync();
 855             freeIncident.sync();
 856         }
 857
 858         /** creates an isolated edge out in the middle of space */
 859         public E(Point p1, Point p2) {
 860             if (vertices.get(p1) != null) throw new Error();
 861             if (vertices.get(p2) != null) throw new Error();
 862             this.p1 = new Vertex(p1);
 863             this.p2 = new Vertex(p2);
 864             this.prev = this.next = this.pair = new E(this, this, this);
 865             this.p1.e = this;
 866             this.p2.e = this.pair;
 867             sync();
 868         }
 869
 870         /** adds a new half-edge from prev.p2 to p2 */
 871         public E(E prev, Point p) {
 872             Vertex p2;
 873             p2 = vertices.get(p);
 874             if (p2 == null) p2 = new Vertex(p);
 875             this.p1 = prev.p2;
 876             this.p2 = p2;
 877             this.prev = prev;
 878             if (prev.destroyed) throw new RuntimeException();
 879             if (p2.getE(p1) != null) throw new Error();
 880             if (p2.e==null) {
 881                 this.next = this.pair = new E(this, this, prev.next);
 882             } else {
 883                 E q = p2.getFreeIncident();
 884                 this.next = q.next;
 885                 this.next.prev = this;
 886                 E z = prev.next;
 887                 this.prev.next = this;
 888                 this.pair = new E(q, this, z);
 889             }
 890             if (p2.e==null) p2.e = this.pair;
 891             sync();
 892         }
 893
 894         /** adds a new half-edge to the mesh with a given predecessor, successor, and pair */
 895         public E(E prev, E pair, E next) {
 896             this.p1 = prev.p2;
 897             this.p2 = next.p1;
 898             if (prev.destroyed) throw new RuntimeException();
 899             this.prev = prev;
 900             this.next = next;
 901             this.pair = pair;
 902             sync();
 903         }
 904         public Point midpoint() { return new Point((p1.p.x+p2.p.x)/2, (p1.p.y+p2.p.y)/2, (p1.p.z+p2.p.z)/2); }
 905         public boolean has(Vertex v) { return v==p1 || v==p2; }
 906         public float length() { return p1.p.minus(p2.p).mag(); }
 907         public String toString() { return p1+"->"+p2; }
 908
 909     }
 910
 911     public E makeE(Point p1, Point p2) {
 912         Vertex v1 = vertices.get(p1);
 913         Vertex v2 = vertices.get(p2);
 914         if (v1 != null && v2 != null) {
 915             E e = v1.getE(v2);
 916             if (e != null) return e;
 917             e = v2.getE(v1);
 918             if (e != null) return e;
 919         }
 920         if (v1 != null) return new E(v1.getFreeIncident(), p2);
 921         if (v2 != null) return new E(v2.getFreeIncident(), p1).pair;
 922         return new E(p1, p2);
 923     }
 924     public boolean coalesce = false;
 925     private static float round(float f) {
 926         return Math.round(f*1000)/1000f;
 927     }
 928     public T newT(HasPoint p1, HasPoint p2, HasPoint p3) {
 929         return newT(p1.getPoint(), p2.getPoint(), p3.getPoint(), null, 0);
 930     }
 931     public T newT(Point p1, Point p2, Point p3, Vec norm, int colorclass) {
 932         if (coalesce) {
 933
 934             for(Vertex v : vertices) { if (p1.distance(v.p) < EPSILON) { p1 = v.p; break; } }
 935             for(Vertex v : vertices) { if (p2.distance(v.p) < EPSILON) { p2 = v.p; break; } }
 936             for(Vertex v : vertices) { if (p3.distance(v.p) < EPSILON) { p3 = v.p; break; } }
 937             /*
 938             p1 = new Point(round(p1.x), round(p1.y), round(p1.z));
 939             p2 = new Point(round(p2.x), round(p2.y), round(p2.z));
 940             p3 = new Point(round(p3.x), round(p3.y), round(p3.z));
 941             */
 942         }
 943         if (norm != null) {
 944             Vec norm2 = p3.minus(p1).cross(p2.minus(p1));
 945             float dot = norm.dot(norm2);
 946             //if (Math.abs(dot) < EPointSILON) throw new Error("dot products within evertsilon of each other: "+norm+" "+norm2);
 947             if (dot < 0) { Point p = p1; p1=p2; p2 = p; }
 948         }
 949         E e12 = makeE(p1, p2);
 950         E e23 = makeE(p2, p3);
 951         E e31 = makeE(p3, p1);
 952         while(e12.next != e23 || e23.next != e31 || e31.next != e12) {
 953             e12.makeAdjacent(e23);
 954             e23.makeAdjacent(e31);
 955             e31.makeAdjacent(e12);
 956         }
 957         T ret = e12.makeT(colorclass);
 958         if (e12.t == null) throw new Error();
 959         if (e23.t == null) throw new Error();
 960         if (e31.t == null) throw new Error();
 961         return ret;
 962     }
 963
 964     private int max_serial = 0;
 965     /** [UNIQUE] a triangle (face) */
 966     public final class T extends Triangle {
 967         public final E e1;
 968         public final int color;
 969         public final int colorclass;
 970
 971         public boolean red = false;
 972         public boolean old = false;
 973
 974         public final int serial = max_serial++;
 975         public boolean occluded;
 976
 977         public Point shatter() {
 978             if (destroyed) return null;
 979             E e = e1();
 980
 981             HashSet<E> forward = new HashSet<E>();
 982             HashSet<E> backward = new HashSet<E>();
 983             HashSet<E> both = new HashSet<E>();
 984
 985             for(E eb : (Iterable<E>)e.getBoundPeers()) {
 986                 if (eb==e) continue;
 987                 if (eb.next.isBoundTo(e.next) && eb.prev.isBoundTo(e.prev)) {
 988                     forward.add(eb);
 989                     both.add(eb);
 990                 }
 991                 if (eb.pair.next.pair.isBoundTo(e.prev) && eb.pair.prev.pair.isBoundTo(e.next)) {
 992                     backward.add(eb.pair);
 993                     both.add(eb.pair);
 994                 }
 995             }
 996
 997             Vertex v1 = e.t.v1();
 998             Vertex v2 = e.t.v2();
 999             Vertex v3 = e.t.v3();
1000             Point c = e.t.centroid();
1001             E e_next = e.next;
1002             E e_prev = e.prev;
1003             e.t.destroy();
1004             newT(v1, v2, c);
1005             newT(c,  v2, v3);
1006             newT(v3, v1, c);
1007
1008             // FIXME: forward too
1009             for(E ex : backward) {
1010                 Vertex v1x = ex.t.v1();
1011                 Vertex v2x = ex.t.v2();
1012                 Vertex v3x = ex.t.v3();
1013                 Point cx = ex.t.centroid();
1014                 E ex_next = ex.next;
1015                 E ex_prev = ex.prev;
1016                 ex.t.destroy();
1017                 newT(v1x, v2x, cx);
1018                 newT(cx,  v2x, v3x);
1019                 newT(v3x, v1x, cx);
1020
1021                 // FIXME: i have no idea if this is right
1022                 e.next.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.prev);
1023                 e.prev.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.next);
1024                 e.next.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.prev.pair);
1025                 e.prev.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.next.pair);
1026
1027                 e_next.next.bindTo(e_next.getBindingMatrix(ex_prev.pair), ex_prev.prev.pair);
1028                 e_next.prev.bindTo(e_next.getBindingMatrix(ex_prev.pair), ex_prev.next.pair);
1029
1030                 e_prev.next.bindTo(e_prev.getBindingMatrix(ex_next.pair), ex_next.prev.pair);
1031                 e_prev.prev.bindTo(e_prev.getBindingMatrix(ex_next.pair), ex_next.next.pair);
1032             }
1033
1034             /*
1035
1036             E first = null;
1037             E firste = null;
1038             E firstx = null;
1039             E firstq = null;
1040             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
1041                 E enext = e.next;
1042                 E eprev = e.prev;
1043                 E pnext = e.pair.next;
1044                 E pprev = e.pair.prev;
1045                 Point mid = e.midpoint();
1046                 Vertex r = e.next.p2;
1047                 Vertex l = e.pair.next.p2;
1048                 if (!e.destroyed) {
1049                     e.destroy();
1050                     e.pair.destroy();
1051                     newT(r.p, e.p1.p, mid,    null, 0);
1052                     newT(r.p, mid,    e.p2.p, null, 0);
1053                     newT(l.p, mid,    e.p1.p, null, 0);
1054                     newT(l.p, e.p2.p, mid,    null, 0);
1055                 }
1056             }
1057             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
1058                 Point mid = e.midpoint();
1059                 if (first==null) {
1060                     first = e.p1.getE(mid);
1061                     firste = e;
1062                     firstx = e.pair;
1063                     firstq = e.p2.getE(mid).pair;
1064                     continue;
1065                 }
1066                 e.p1.getE(mid).          bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first);
1067                 e.p1.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first.pair);
1068                 e.p2.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq);
1069                 e.p2.getE(mid).pair.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq.pair);
1070             }
1071             */
1072             /*
1073             first.setConstraint(firste.getConstraint());
1074             firstq.setConstraint(firste.getConstraint());
1075             */
1076             return null;
1077         }
1078
1079
1080         T(E e1, int colorclass) {
1081             this.e1 = e1;
1082             E e2 = e1.next;
1083             E e3 = e2.next;
1084             if (e1==e2 || e1==e3) throw new Error();
1085             if (e3.next!=e1) throw new Error();
1086             if (e1.t!=null || e2.t!=null || e3.t!=null) throw new Error("non-manifold surface or disagreeing normals");
1087             e1.t = this;
1088             e1.next.t = this;
1089             e1.next.next.t = this;
1090
1091             // FIXME: check for sealed/watertight surface once construction is complete (and infer normal(s)?)
1092
1093             int color = Math.abs(random.nextInt());
1094             while(true) {
1095                 color = color % 4;
1096                 if (e1().pair.t != null && color == e1().pair.t.color) { color++; continue; }
1097                 if (e2().pair.t != null && color == e2().pair.t.color) { color++; continue; }
1098                 if (e3().pair.t != null && color == e3().pair.t.color) { color++; continue; }
1099                 break;
1100             }
1101             this.color = color;
1102             this.colorclass = colorclass;
1103             triangles.add(this);
1104         }
1105         public E e1() { return e1; }
1106         public E e2() { return e1.next; }
1107         public E e3() { return e1.prev; }
1108         public Vertex v1() { return e1.p1; }
1109         public Vertex v2() { return e1.p2; }
1110         public Vertex v3() { return e1.next.p2; }
1111         public Point p1() { return e1.p1.p; }
1112         public Point p2() { return e1.p2.p; }
1113         public Point p3() { return e1.next.p2.p; }
1114         public boolean hasE(E e) { return e1==e || e1.next==e || e1.prev==e; }
1115         public boolean has(Vertex v) { return v1()==v || v2()==v || v3()==v; }
1116
1117         public Vertex getOtherVertex(E e) {
1118             if (!hasE(e)) throw new RuntimeException();
1119             if (!e.has(v1())) return v1();
1120             if (!e.has(v2())) return v2();
1121             if (!e.has(v3())) return v3();
1122             throw new RuntimeException();
1123         }
1124
1125         public void removeFromRTree() { triangles.remove(this); }
1126         public void addToRTree() { triangles.insert(this); }
1127         public void destroy() {
1128             if (e1 != null) {
1129                 e1.t = null;
1130                 e1.next.t = null;
1131                 e1.prev.t = null;
1132             }
1133             triangles.remove(this);
1134             destroyed = true;
1135         }
1136         public void reinsert() { triangles.remove(this); triangles.add(this); }
1137
1138         private boolean destroyed = false;
1139         public boolean destroyed() { return destroyed; }
1140
1141         public boolean shouldBeDrawn() {
1142
1143             if (e1().bindingGroupSize() <= 1) return false;
1144             if (e2().bindingGroupSize() <= 1) return false;
1145             if (e3().bindingGroupSize() <= 1) return false;
1146
1147             return true;
1148         }
1149
1150         public void glTriangle(GL gl, Matrix m) {
1151             gl.glPushName(serial);
1152             gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
1153             glVertices(gl, m);
1154             gl.glEnd();
1155             gl.glPopName();
1156         }
1157
1158         /** issue gl.glVertex() for each of the triangle's points */
1159         public void glVertices(GL gl, Matrix m) {
1160             if (!shouldBeDrawn()) return;
1161             super.glVertices(gl, m);
1162         }
1163     }
1164 }