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         }
 162
 163         System.out.println("count="+count);
 164
 165         rebindPoints();
 166         HashSet<Vertex> verts = new HashSet<Vertex>();
 167         for(Vertex v : vertices()) verts.add(v);
 168         for (Vertex v : verts)
 169             v.clearWish();
 170         for (Vertex v : verts) {
 171             if (v.edge) {
 172                 for(E e = v.e; e!=null; e=e.pair.next==v.e?null:e.pair.next) {
 173                     if (e.p2.original) {
 174                         v.wish(e.p2);
 175                         v.wish(e.p2);
 176                         v.wish(e.p2);
 177                         v.wish(e.p2);
 178                     }
 179                 }
 180                 for(E e = v.e; e!=null; e=e.pair.next==v.e?null:e.pair.next) {
 181                     for(E e2 = e.p2.e; e2!=null; e2=e2.pair.next==e.p2.e?null:e2.pair.next) {
 182                         if (e2.p2.original) {
 183                             v.wish(e.p2);
 184                         }
 185                     }
 186                 }
 187             }
 188         }
 189         for (Vertex v : verts)
 190             v.grantWish();
 191         System.out.println("-------------------------------------------------------------------");
 192         /*
 193         for (Vertex v : verts) {
 194             if (v.original) {
 195                 int n=0;
 196                 for(E e = v.e; e!=null; e=e.pair.next==v.e?null:e.pair.next) {
 197                     n++;
 198                     v.wish(e.midpoint());
 199                     v.wish(e.midpoint());
 200                     v.wish(e.next.pair.t.centroid());
 201                 }
 202                 v.avgWish();
 203                 v.wishes = 3;
 204                 for(int j=0; j<n-3; j++)
 205                     v.wish(v.getPoint());
 206             }
 207         }
 208         for (Vertex v : verts)
 209             v.avgWish();
 210         for (Vertex v : verts)
 211             v.grantWish();
 212         */
 213     }
 214
 215     // Vertexices //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 216
 217     /** a vertex in the mesh */
 218     public final class Vertex extends HasQuadric implements Visitor {
 219         public Point p, goodp;
 220         public Point oldp;
 221         E e;                // some edge *leaving* this point
 222
 223         public boolean original = false;
 224         public boolean edge = false;
 225         public boolean face = false;
 226
 227         private int wishes = 0;
 228         private Point wish = Point.ZERO;
 229         public void clearWish() { wishes = 0; wish = Point.ZERO; }
 230         public void wish(HasPoint hp) {
 231             Point p = hp.getPoint();
 232             wishes++;
 233             wish = new Point(wish.x+p.x, wish.y+p.y, wish.z+p.z);
 234         }
 235         public void grantWish() {
 236             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers()) {
 237                 if (v==this) continue;
 238                 if (v.wishes==0) continue;
 239                 Point p = this.getBindingMatrix(v).times(v.wish.minus(Point.ZERO).div(v.wishes).plus(Point.ZERO));
 240                 wish = p.minus(Point.ZERO).times(v.wishes).plus(wish);
 241                 wishes += v.wishes;
 242                 v.clearWish();
 243             }
 244             if (wishes==0) return;
 245             Vec d = wish.minus(Point.ZERO).div(wishes).plus(Point.ZERO).minus(getPoint());
 246             move(d, false);
 247             clearWish();
 248         }
 249         public void avgWish() {
 250             if (wishes==0) return;
 251             wish = wish.minus(Point.ZERO).div(wishes).plus(Point.ZERO);
 252             wishes = 1;
 253         }
 254
 255         private boolean illegal = false;
 256
 257         public boolean visible = false;
 258
 259         public Point getPoint() { return p; }
 260         public float error() { return olderror; }
 261
 262         private Vertex(Point p) {
 263             this.p = p;
 264             this.goodp = p;
 265             this.oldp = p;
 266             if (vertices.get(p) != null) throw new Error();
 267             vertices.add(this);
 268         }
 269
 270         public void reinsert() {
 271             vertices.remove(this);
 272             vertices.add(this);
 273             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) e.t.reinsert();
 274         }
 275
 276         // the average of all adjacent points
 277         public Point recenter() {
 278             int count = 0;
 279             Vec vec = Vec.ZERO;
 280             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 281                 vec = vec.plus(e.getOther(this).getPoint().minus(Point.ZERO));
 282                 count++;
 283             }
 284             return Point.ZERO.plus(vec.div(count));
 285         }
 286
 287         public float olderror = 0;
 288         public void setError(float nerror) {
 289             error -= olderror;
 290             olderror = nerror;
 291             error += olderror;
 292         }
 293
 294         /*
 295         public Vertex hack(GL gl, Point mouse) {
 296             double dist = Double.MAX_VALUE;
 297             Vertex cur = null;
 298             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 299                 Vertex v = e.getOther(this);
 300                 double dist2 = v.getPoint().glProject(gl).distance(mouse);
 301                 if ((cur==null || dist2 < dist) && v.visible) {
 302                     dist = dist2;
 303                     cur = v;
 304                 }
 305             }
 306             return cur;
 307         }
 308         */
 309
 310         public float averageTriangleArea() {
 311             int count = 0;
 312             float ret = 0;
 313             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 314                 ret += e.t.area();
 315                 count++;
 316             }
 317             return ret/count;
 318         }
 319         public float averageEdgeLength() {
 320             int count = 0;
 321             float ret = 0;
 322             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 323                 ret += e.length();
 324                 count++;
 325             }
 326             return ret/count;
 327         }
 328
 329         public Matrix _recomputeFundamentalQuadric() {
 330             Matrix m = Matrix.ZERO;
 331             int count = 0;
 332             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 333                 m = m.plus(e.t.norm().fundamentalQuadric(e.t.centroid()));
 334                 count++;
 335             }
 336             if (count > 0) {
 337                 m = m.plus(norm().fundamentalQuadric(this.p).times(count));
 338                 count *= 2;
 339             }
 340             return m.times(1/(float)count);
 341         }
 342
 343         public HasQuadric nearest() { return error_against==null ? null : error_against.vertices.nearest(p, this); }
 344         public void computeError() {
 345             if (error_against==null) return;
 346             if (nearest_in_other_mesh == null && nearest()==null) return;
 347             float nerror =
 348                 nearest_in_other_mesh != null
 349                 ? nearest_in_other_mesh.fundamentalQuadric().preAndPostMultiply(p)
 350                 : nearest().fundamentalQuadric().preAndPostMultiply(p);
 351             if (quadric_count != 0)
 352                 nerror = (nerror + quadric.preAndPostMultiply(p))/(quadric_count+1);
 353
 354             if (!immutableVertices && quadric_count == 0) {
 355                 //nerror = Math.max(nerror, 0.4f);
 356                 //nerror *= 2;
 357             }
 358             //System.out.println(nerror);
 359             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 360                 double ang = e.dihedralAngle();
 361                 if (ang > Math.PI) throw new Error();
 362                 if (ang < -Math.PI) throw new Error();
 363                 float minangle = (float)(Math.PI * 0.8);
 364                 //nerror += ((ang / Math.PI)*(ang/Math.PI)) * e.length() * 0.05;
 365
 366                 nerror += (1-e.t.quality())*0.0001;
 367                 if (ang > minangle) nerror += (ang - minangle);
 368
 369                 //System.out.println(((ang / Math.PI)*(ang/Math.PI)) * 0.000001);
 370                 /*
 371                 if (e.t.aspect() < 0.2) {
 372                     nerror += (0.2-e.t.aspect()) * 10;
 373                 }
 374                 */
 375             }
 376             if (!immutableVertices) {
 377                 Vertex n = (Vertex)nearest();
 378                 float d = norm().dot(n.norm());
 379                 if (d > 1 || d < -1) throw new Error();
 380                 if (d >= 0) {
 381                     nerror *= (2.0f - d);
 382                 } else {
 383                     nerror += 0.0003 * (2.0f + d);
 384                     nerror *= (2.0f + d);
 385                 }
 386             }
 387
 388             setError(nerror);
 389         }
 390
 391         public boolean move(Vec vv, boolean ignoreProblems) {
 392
 393             boolean good = true;
 394
 395             //     t1' = M * t1
 396             //     t2' = t2.getMatrix(t1) * t1'
 397             //     t2' = t2.getMatrix(t1) * M * t1
 398             //     t1 =     t1.getMatrix(t2) * t2
 399             // M * t1 = M * t1.getMatrix(t2) * t2
 400
 401             if (bindingGroup!=null && this != bindingGroup.getMaster()) {
 402                 Matrix m2 = getBindingMatrix(bindingGroup.getMaster());
 403                 Vec v2 = m2.times(vv.plus(getPoint())).minus(m2.times(getPoint()));
 404                 return ((Vertex)bindingGroup.getMaster()).move(v2, ignoreProblems);
 405             }
 406
 407             Point op = this.p;
 408             Point pp = vv.plus(getPoint());
 409             if (bindingGroup != null) {
 410                 /*
 411                 for(int i=0; i<20 ; i++) {
 412                     Point v2 = getConstraint().times(pp);
 413                     pp = pp.midpoint(v2);
 414                     //System.out.println(m.minus(m2));
 415                 }
 416             */
 417                 //pp = getConstraint().times(pp);
 418             }
 419             //pp = pp.minus(op).norm().times(vv.mag()).plus(op);
 420             ok = false;
 421             Point pt = pp;
 422             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers()) {
 423                 Point pt2 = v.getBindingMatrix(this).times(pt);
 424                 /*
 425                 if (Math.abs( v.p.minus(pt2).mag() / pt.minus(op).mag() ) > 5)
 426                     throw new Error(v.p+" "+pt2+"\n"+op+" "+pt+"\n"+v.getBindingMatrix(this));
 427                 if (Math.abs( v.p.minus(pt2).mag() / pt.minus(op).mag() ) < 1/5) throw new Error();
 428                 */
 429                 good &= v.transform(pt2, ignoreProblems, v.getBindingMatrix(this));
 430             }
 431
 432             if (!good && !ignoreProblems) {
 433                 for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers())
 434                     v.transform(v.oldp, true, null);
 435             }
 436
 437             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers())
 438                 v.recomputeFundamentalQuadricIfNeighborChanged();
 439             for(Vertex v : (Iterable<Vertex>)getBoundPeers())
 440                 v.reComputeErrorAround();
 441             ok = true;
 442             return good;
 443         }
 444         public boolean ok = true;
 445
 446         /** does NOT update bound pairs! */
 447         private boolean transform(Point newp, boolean ignoreProblems, Matrix yes) {
 448             this.oldp = this.p;
 449             if (immutableVertices) throw new Error();
 450
 451             unApplyQuadricToNeighbor();
 452
 453             boolean illegalbefore = illegal;
 454             illegal = false;
 455             /*
 456             if (this.p.minus(newp).mag() > 0.1 && !ignoreProblems) {
 457                 try {
 458                     throw new Exception(""+this.p.minus(newp).mag()+" "+ignoreProblems+" "+yes);
 459                 } catch(Exception e) {
 460                     e.printStackTrace();
 461                 }
 462                 illegal = true;
 463             }
 464             */
 465
 466             this.p = newp;
 467             reinsert();
 468             applyQuadricToNeighbor();
 469
 470             if (!ignoreProblems) {
 471                 checkLegality();
 472             }
 473             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 474                 e.p2.quadricStale = true;
 475             return !illegal || (illegalbefore && illegal);
 476         }
 477
 478         public void checkLegality() {
 479             /*
 480             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 481                 if (Math.abs(e.dihedralAngle()) > (Math.PI * 0.9) ||
 482                     Math.abs(e.next.dihedralAngle()) > (Math.PI * 0.9)) illegal = true;
 483                 if (e.t.aspect() < 0.2) illegal = true;
 484             }
 485             */
 486             if (!illegal) triangles.range(oldp, this.p, (Visitor<T>)this);
 487         }
 488
 489         public void reComputeErrorAround() {
 490             reComputeError();
 491             if (nearest_in_other_mesh != null)
 492                 nearest_in_other_mesh.reComputeError();
 493             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 494                 e.p2.reComputeError();
 495         }
 496
 497         public boolean visit(Object o) {
 498             if (o instanceof Vertex)
 499                 return ((Vertex)o).e != null && ((Vertex)o).norm().dot(Vertex.this.norm()) >= 0;
 500             T t = (T)o;
 501             if (illegal) return false;
 502             for(E e = Vertex.this.e; e!=null; e=e.pair.next==Vertex.this.e?null:e.pair.next) {
 503                 if (!t.has(e.p1) && !t.has(e.p2) && e.intersects(t)) { illegal = true; }
 504                 if (e.t != null) {
 505                     if (!e.t.has(t.e1().p1) && !e.t.has(t.e1().p2) && t.e1().intersects(e.t)) { illegal = true; }
 506                     if (!e.t.has(t.e2().p1) && !e.t.has(t.e2().p2) && t.e2().intersects(e.t)) { illegal = true; }
 507                     if (!e.t.has(t.e3().p1) && !e.t.has(t.e3().p2) && t.e3().intersects(e.t)) { illegal = true; }
 508                 }
 509             }
 510             return !illegal;
 511         }
 512
 513         public E getEdge() { return e; }
 514         public E getFreeIncident() {
 515             E ret = getFreeIncident(e, e);
 516             if (ret != null) return ret;
 517             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 518                 System.out.println(e + " " + e.t);
 519             throw new Error("unable to find free incident to " + this);
 520         }
 521
 522         public E getFreeIncident(E start, E before) {
 523             for(E e = start; e!=null; e=e.pair.next==before?null:e.pair.next)
 524                 if (e.pair.p2 == this && e.pair.t == null && e.pair.next.t == null)
 525                     return e.pair;
 526             return null;
 527         }
 528
 529         public E getE(Point p2) {
 530             Vertex v = vertices.get(p2);
 531             if (v==null) return null;
 532             return getE(v);
 533         }
 534         public E getE(Vertex p2) {
 535             if (this.e!=null && this!=this.e.p1 && this!=this.e.p2) throw new RuntimeException();
 536             int i=0;
 537             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next) {
 538                 if (e.p1 == this && e.p2 == p2) return e;
 539                 i++;
 540                 e.sanity();
 541                 if (e.destroyed) throw new RuntimeException("fark " + i + " " + e.prev + " " + (e.prev.next==e) + " " + e.prev.destroyed);
 542             }
 543             return null;
 544         }
 545
 546         private void glNormal(GL gl) {
 547             Vec norm = norm();
 548             gl.glNormal3f(norm.x, norm.y, norm.z);
 549         }
 550         public Vec norm() {
 551             Vec norm = new Vec(0, 0, 0);
 552             for(E e = this.e; e!=null; e=e.pair.next==this.e?null:e.pair.next)
 553                 if (e.t != null)
 554                     norm = norm.plus(e.t.norm().times((float)e.prev.angle()));
 555             return norm.norm();
 556         }
 557
 558         public void bindTo(Vertex p) { bindTo(Matrix.ONE, p); }
 559     }
 560
 561
 562     /** [UNIQUE] an edge */
 563     public final class E extends HasBindingGroup implements Comparable<E> {
 564
 565         public void sanity() {
 566             if (destroyed) return;
 567             if (pair!=null && (pair.p1!=p2 || pair.p2!=p1)) throw new RuntimeException();
 568             if (next!=null && next.p1!=p2) throw new RuntimeException();
 569             if (prev!=null && prev.p2!=p1) throw new RuntimeException();
 570         }
 571
 572         public final Vertex p1, p2;
 573         T t;     // triangle to our "left"
 574         E prev;  // previous half-edge
 575         E next;  // next half-edge
 576         E pair;  // partner half-edge
 577         boolean shattered = false;
 578
 579         public boolean intersects(T t) { return t.intersects(p1.p, p2.p); }
 580
 581         public Segment getSegment() { return new Segment(p1.getPoint(), p2.getPoint()); }
 582
 583         public void flip() {
 584             // FIXME: coplanarity check needed
 585             if (destroyed) return;
 586             for (E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 587                 if (!e.pair.isBoundTo(pair)) throw new RuntimeException("cannot flip!");
 588             }
 589             Vertex v1 = t.getOtherVertex(this);
 590             Vertex v2 = pair.t.getOtherVertex(pair);
 591             destroy();
 592             pair.destroy();
 593             T t1 = newT(v1, v2, p2);
 594             T t2 = newT(v2, v1, p1);
 595             t1.e1().sanity();
 596             t1.e2().sanity();
 597             t1.e3().sanity();
 598             t2.e1().sanity();
 599             t2.e2().sanity();
 600             t2.e3().sanity();
 601
 602             for (E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 603                 if (e==this) continue;
 604                 if (e.destroyed) continue;
 605                 Vertex v1e = e.t.getOtherVertex(e);
 606                 Vertex v2e = e.pair.t.getOtherVertex(e.pair);
 607                 e.destroy();
 608                 e.pair.destroy();
 609                 if (v1e.getE(v2e)!=null) throw new RuntimeException();
 610                 newT(v1e, v2e, e.p2).red = true;
 611                 newT(v2e, v1e, e.p1).red = true;
 612                 v2e.getE(v1e).bindTo(e.getBindingMatrix(this), v1.getE(v2));
 613                 v1e.getE(v2e).bindTo(e.pair.getBindingMatrix(this.pair), v2.getE(v1));
 614             }
 615
 616         }
 617
 618         public void bindingGroupChanged(edu.berkeley.qfat.geom.BindingGroup newBindingGroup_) {
 619
 620             edu.berkeley.qfat.geom.BindingGroup<E> newBindingGroup =
 621                 (edu.berkeley.qfat.geom.BindingGroup<E>)newBindingGroup_;
 622             if (newBindingGroup==null) return;
 623             if (this==newBindingGroup.getMaster()) return;
 624             HashSet<E> nbg = new HashSet<E>();
 625             for(E eother : (Iterable<E>)newBindingGroup) nbg.add(eother);
 626             for(E eother : nbg) {
 627                 if (next==null || prev==null) continue;
 628                 if (eother.next==null || eother.prev==null) continue;
 629
 630                 if (next.isBoundTo(eother.pair.prev.pair) && !prev.isBoundTo(eother.pair.next.pair))
 631                     prev.bindTo(next.getBindingMatrix(eother.pair.prev.pair), eother.pair.next.pair);
 632                 if (!next.isBoundTo(eother.pair.prev.pair) && prev.isBoundTo(eother.pair.next.pair))
 633                     next.bindTo(prev.getBindingMatrix(eother.pair.next.pair), eother.pair.prev.pair);
 634
 635                 /*
 636                 if (next.isBoundTo(eother.prev) && !prev.isBoundTo(eother.next))
 637                     prev.bindTo(next.getBindingMatrix(eother.prev), eother.next);
 638                 if (!next.isBoundTo(eother.prev) && prev.isBoundTo(eother.next))
 639                     next.bindTo(prev.getBindingMatrix(eother.next), eother.prev);
 640                 */
 641                 if (next.isBoundTo(eother.next) && !prev.isBoundTo(eother.prev))
 642                     prev.bindTo(next.getBindingMatrix(eother.next), eother.prev);
 643                 if (!next.isBoundTo(eother.next) && prev.isBoundTo(eother.prev))
 644                     next.bindTo(prev.getBindingMatrix(eother.prev), eother.next);
 645             }
 646
 647         }
 648
 649         public float stretchRatio() {
 650             Vertex nearest = error_against.nearest(midpoint());
 651             float nearest_distance = midpoint().distance(nearest.p);
 652             float other_distance =
 653                 (p1.p.distance(error_against.nearest(p1.p).p)+
 654                  p2.p.distance(error_against.nearest(p2.p).p))/2;
 655             return nearest_distance/other_distance;
 656         }
 657         public float comparator() {
 658             return length();
 659         }
 660         public int compareTo(E e) {
 661             return e.comparator() > comparator() ? 1 : -1;
 662         }
 663         public void bindEdge(E e, Matrix m) {
 664             _bindEdge(e, m);
 665             pair._bindEdge(e.pair, m);
 666         }
 667         public void _bindEdge(E e, Matrix m) {
 668             e = e.pair;
 669             /*
 670             //assumes edges are identical length at binding time
 671             Vec reflectionPlaneNormal = e.p2.p.minus(e.p1.p).norm();
 672             float a = reflectionPlaneNormal.x;
 673             float b = reflectionPlaneNormal.y;
 674             float c = reflectionPlaneNormal.z;
 675             Matrix reflectionMatrix =
 676                 new Matrix( 1-2*a*a,  -2*a*b,  -2*a*c, 0,
 677                             -2*a*b,  1-2*b*b,  -2*b*c, 0,
 678                             -2*a*c,   -2*b*c, 1-2*c*c, 0,
 679                             0,       0,       0,       1);
 680             m = m.times(Matrix.translate(e.midpoint().minus(Point.ORIGIN))
 681                         .times(reflectionMatrix)
 682                         .times(Matrix.translate(Point.ORIGIN.minus(e.midpoint()))));
 683             System.out.println(reflectionPlaneNormal);
 684             System.out.println("  " + p1.p + " " + m.times(e.p1.p));
 685             System.out.println("  " + p2.p + " " + m.times(e.p2.p));
 686             */
 687             /*
 688             if (m.times(e.p1.p).minus(p1.p).mag() > EPSILON) throw new Error();
 689             if (m.times(e.p2.p).minus(p2.p).mag() > EPSILON) throw new Error();
 690             */
 691             this.bindTo(m, e);
 692         }
 693
 694         public void dobind() {
 695             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 696                 if (e==this) continue;
 697                 p1.bindTo(getBindingMatrix(e), e.p1);
 698                 p2.bindTo(getBindingMatrix(e), e.p2);
 699                 e.p1.setConstraint(getConstraint());
 700                 e.p2.setConstraint(getConstraint());
 701             }
 702         }
 703
 704         public Vertex shatter() {
 705             if (shattered || destroyed) return nearest(midpoint());
 706             shattered = true;
 707             E first = null;
 708             E firste = null;
 709             E firstx = null;
 710             E firstq = null;
 711             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 712                 E enext = e.next;
 713                 E eprev = e.prev;
 714                 E pnext = e.pair.next;
 715                 E pprev = e.pair.prev;
 716                 Point mid = e.midpoint();
 717                 Vertex r = e.next.p2;
 718                 Vertex l = e.pair.next.p2;
 719                 if (!e.destroyed) {
 720                     e.destroy();
 721                     e.pair.destroy();
 722                     newT(r.p, e.p1.p, mid,    null, 0);
 723                     newT(r.p, mid,    e.p2.p, null, 0);
 724                     newT(l.p, mid,    e.p1.p, null, 0);
 725                     newT(l.p, e.p2.p, mid,    null, 0);
 726                 }
 727             }
 728             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
 729                 Point mid = e.midpoint();
 730                 if (first==null) {
 731                     first = e.p1.getE(mid);
 732                     firste = e;
 733                     firstx = e.pair;
 734                     firstq = e.p2.getE(mid).pair;
 735                     continue;
 736                 }
 737                 e.p1.getE(mid).          bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first);
 738                 e.p1.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first.pair);
 739                 e.p2.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq);
 740                 e.p2.getE(mid).pair.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq.pair);
 741             }
 742             /*
 743             first.setConstraint(firste.getConstraint());
 744             firstq.setConstraint(firste.getConstraint());
 745             */
 746             return nearest(midpoint());
 747         }
 748
 749         public boolean destroyed = false;
 750         public void destroy() {
 751             if (destroyed) return;
 752             destroyed = true;
 753             pair.destroyed = true;
 754
 755             if (t != null) t.destroy();
 756             t = null;
 757
 758             if (pair.t != null) pair.t.destroy();
 759             pair.t = null;
 760
 761             if (next.t != null) next.t.destroy();
 762             if (prev.t != null) prev.t.destroy();
 763             next.t = null;
 764             prev.t = null;
 765
 766             if (pair.next.t != null) pair.next.t.destroy();
 767             if (pair.prev.t != null) pair.next.t.destroy();
 768             pair.next.t = null;
 769             pair.prev.t = null;
 770
 771             pair.prev.next = next;
 772             next.prev = pair.prev;
 773             prev.next = pair.next;
 774             pair.next.prev = prev;
 775
 776             if (p1.e == this) p1.e = pair.next;
 777             if (pair.p1.e == pair) pair.p1.e = next;
 778
 779             if (p2.e == this) throw new RuntimeException();
 780             if (pair.p2.e == pair) throw new RuntimeException();
 781
 782             /*
 783             next = pair;
 784             prev = pair;
 785             pair.next = this;
 786             pair.prev = this;
 787             */
 788
 789             /*
 790             pair.prev = null;
 791             pair.next = null;
 792             next = null;
 793             prev = null;
 794             */
 795
 796             /*
 797             sanity();
 798             next.sanity();
 799             prev.sanity();
 800             pair.sanity();
 801             */
 802         }
 803
 804         private void sync() {
 805             this.prev.next = this;
 806             this.next.prev = this;
 807             this.pair.pair = this;
 808             if (this.next.p1 != p2) throw new Error();
 809             if (this.prev.p2 != p1) throw new Error();
 810             if (this.p1.e == null) this.p1.e = this;
 811             if (!added) added = true;
 812         }
 813         private boolean added = false;
 814
 815         public T makeT(int colorclass) { return t==null ? (t = new T(this, colorclass)) : t; }
 816
 817         public double dihedralAngle() {
 818             Vec v1 = t.norm().times(-1);
 819             Vec v2 = pair.t.norm().times(-1);
 820             double prod = v1.norm().dot(v2.norm());
 821             prod = Math.min(1,prod);
 822             prod = Math.max(-1,prod);
 823             double ret = Math.acos(prod);
 824             if (Double.isNaN(ret)) throw new Error("nan! " + prod);
 825             return ret;
 826         }
 827
 828         /** angle between this half-edge and the next */
 829         public double angle() {
 830             Vec v1 = next.p2.p.minus(p2.p);
 831             Vec v2 = this.p1.p.minus(p2.p);
 832             return Math.acos(v1.norm().dot(v2.norm()));
 833         }
 834
 835         public Vertex getOther(Vertex v) {
 836             if (this.p1 == v) return p2;
 837             if (this.p2 == v) return p1;
 838             throw new Error();
 839         }
 840
 841         public void makeAdjacent(E e) {
 842             if (this.next == e) return;
 843             if (p2 != e.p1) throw new Error("cannot make adjacent -- no shared vertex: " + this + " " + e);
 844             if (t != null || e.t != null) throw new Error("cannot make adjacent -- edges not both free " + t + " " + e.t);
 845
 846             E freeIncident = p2.getFreeIncident(e, this);
 847
 848             e.prev.next = freeIncident.next;
 849             freeIncident.next.prev = e.prev;
 850
 851             freeIncident.next = this.next;
 852             this.next.prev = freeIncident;
 853
 854             this.next = e;
 855             e.prev = this;
 856
 857             sync();
 858             freeIncident.sync();
 859         }
 860
 861         /** creates an isolated edge out in the middle of space */
 862         public E(Point p1, Point p2) {
 863             if (vertices.get(p1) != null) throw new Error();
 864             if (vertices.get(p2) != null) throw new Error();
 865             this.p1 = new Vertex(p1);
 866             this.p2 = new Vertex(p2);
 867             this.prev = this.next = this.pair = new E(this, this, this);
 868             this.p1.e = this;
 869             this.p2.e = this.pair;
 870             sync();
 871         }
 872
 873         /** adds a new half-edge from prev.p2 to p2 */
 874         public E(E prev, Point p) {
 875             Vertex p2;
 876             p2 = vertices.get(p);
 877             if (p2 == null) p2 = new Vertex(p);
 878             this.p1 = prev.p2;
 879             this.p2 = p2;
 880             this.prev = prev;
 881             if (prev.destroyed) throw new RuntimeException();
 882             if (p2.getE(p1) != null) throw new Error();
 883             if (p2.e==null) {
 884                 this.next = this.pair = new E(this, this, prev.next);
 885             } else {
 886                 E q = p2.getFreeIncident();
 887                 this.next = q.next;
 888                 this.next.prev = this;
 889                 E z = prev.next;
 890                 this.prev.next = this;
 891                 this.pair = new E(q, this, z);
 892             }
 893             if (p2.e==null) p2.e = this.pair;
 894             sync();
 895         }
 896
 897         /** adds a new half-edge to the mesh with a given predecessor, successor, and pair */
 898         public E(E prev, E pair, E next) {
 899             this.p1 = prev.p2;
 900             this.p2 = next.p1;
 901             if (prev.destroyed) throw new RuntimeException();
 902             this.prev = prev;
 903             this.next = next;
 904             this.pair = pair;
 905             sync();
 906         }
 907         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); }
 908         public boolean has(Vertex v) { return v==p1 || v==p2; }
 909         public float length() { return p1.p.minus(p2.p).mag(); }
 910         public String toString() { return p1+"->"+p2; }
 911
 912     }
 913
 914     public E makeE(Point p1, Point p2) {
 915         Vertex v1 = vertices.get(p1);
 916         Vertex v2 = vertices.get(p2);
 917         if (v1 != null && v2 != null) {
 918             E e = v1.getE(v2);
 919             if (e != null) return e;
 920             e = v2.getE(v1);
 921             if (e != null) return e;
 922         }
 923         if (v1 != null) return new E(v1.getFreeIncident(), p2);
 924         if (v2 != null) return new E(v2.getFreeIncident(), p1).pair;
 925         return new E(p1, p2);
 926     }
 927     public boolean coalesce = false;
 928     private static float round(float f) {
 929         return Math.round(f*1000)/1000f;
 930     }
 931     public T newT(HasPoint p1, HasPoint p2, HasPoint p3) {
 932         return newT(p1.getPoint(), p2.getPoint(), p3.getPoint(), null, 0);
 933     }
 934     public T newT(Point p1, Point p2, Point p3, Vec norm, int colorclass) {
 935         if (coalesce) {
 936
 937             for(Vertex v : vertices) { if (p1.distance(v.p) < EPSILON) { p1 = v.p; break; } }
 938             for(Vertex v : vertices) { if (p2.distance(v.p) < EPSILON) { p2 = v.p; break; } }
 939             for(Vertex v : vertices) { if (p3.distance(v.p) < EPSILON) { p3 = v.p; break; } }
 940             /*
 941             p1 = new Point(round(p1.x), round(p1.y), round(p1.z));
 942             p2 = new Point(round(p2.x), round(p2.y), round(p2.z));
 943             p3 = new Point(round(p3.x), round(p3.y), round(p3.z));
 944             */
 945         }
 946         if (norm != null) {
 947             Vec norm2 = p3.minus(p1).cross(p2.minus(p1));
 948             float dot = norm.dot(norm2);
 949             //if (Math.abs(dot) < EPointSILON) throw new Error("dot products within evertsilon of each other: "+norm+" "+norm2);
 950             if (dot < 0) { Point p = p1; p1=p2; p2 = p; }
 951         }
 952         E e12 = makeE(p1, p2);
 953         E e23 = makeE(p2, p3);
 954         E e31 = makeE(p3, p1);
 955         while(e12.next != e23 || e23.next != e31 || e31.next != e12) {
 956             e12.makeAdjacent(e23);
 957             e23.makeAdjacent(e31);
 958             e31.makeAdjacent(e12);
 959         }
 960         T ret = e12.makeT(colorclass);
 961         if (e12.t == null) throw new Error();
 962         if (e23.t == null) throw new Error();
 963         if (e31.t == null) throw new Error();
 964         return ret;
 965     }
 966
 967     private int max_serial = 0;
 968     /** [UNIQUE] a triangle (face) */
 969     public final class T extends Triangle {
 970         public final E e1;
 971         public final int color;
 972         public final int colorclass;
 973
 974         public boolean red = false;
 975         public boolean old = false;
 976
 977         public final int serial = max_serial++;
 978         public boolean occluded;
 979
 980         public Point shatter() {
 981             if (destroyed) return null;
 982             E e = e1();
 983
 984             HashSet<E> forward = new HashSet<E>();
 985             HashSet<E> backward = new HashSet<E>();
 986             HashSet<E> both = new HashSet<E>();
 987
 988             for(E eb : (Iterable<E>)e.getBoundPeers()) {
 989                 if (eb==e) continue;
 990                 if (eb.next.isBoundTo(e.next) && eb.prev.isBoundTo(e.prev)) {
 991                     forward.add(eb);
 992                     both.add(eb);
 993                 }
 994                 if (eb.pair.next.pair.isBoundTo(e.prev) && eb.pair.prev.pair.isBoundTo(e.next)) {
 995                     backward.add(eb.pair);
 996                     both.add(eb.pair);
 997                 }
 998             }
 999
1000             Vertex v1 = e.t.v1();
1001             Vertex v2 = e.t.v2();
1002             Vertex v3 = e.t.v3();
1003             Point c = e.t.centroid();
1004             E e_next = e.next;
1005             E e_prev = e.prev;
1006             e.t.destroy();
1007             newT(v1, v2, c);
1008             newT(c,  v2, v3);
1009             newT(v3, v1, c);
1010
1011             // FIXME: forward too
1012             for(E ex : backward) {
1013                 Vertex v1x = ex.t.v1();
1014                 Vertex v2x = ex.t.v2();
1015                 Vertex v3x = ex.t.v3();
1016                 Point cx = ex.t.centroid();
1017                 E ex_next = ex.next;
1018                 E ex_prev = ex.prev;
1019                 ex.t.destroy();
1020                 newT(v1x, v2x, cx);
1021                 newT(cx,  v2x, v3x);
1022                 newT(v3x, v1x, cx);
1023
1024                 // FIXME: i have no idea if this is right
1025                 e.next.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.prev);
1026                 e.prev.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.next);
1027                 e.next.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.prev.pair);
1028                 e.prev.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(ex.pair), ex.next.pair);
1029
1030                 e_next.next.bindTo(e_next.getBindingMatrix(ex_prev.pair), ex_prev.prev.pair);
1031                 e_next.prev.bindTo(e_next.getBindingMatrix(ex_prev.pair), ex_prev.next.pair);
1032
1033                 e_prev.next.bindTo(e_prev.getBindingMatrix(ex_next.pair), ex_next.prev.pair);
1034                 e_prev.prev.bindTo(e_prev.getBindingMatrix(ex_next.pair), ex_next.next.pair);
1035             }
1036
1037             /*
1038
1039             E first = null;
1040             E firste = null;
1041             E firstx = null;
1042             E firstq = null;
1043             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
1044                 E enext = e.next;
1045                 E eprev = e.prev;
1046                 E pnext = e.pair.next;
1047                 E pprev = e.pair.prev;
1048                 Point mid = e.midpoint();
1049                 Vertex r = e.next.p2;
1050                 Vertex l = e.pair.next.p2;
1051                 if (!e.destroyed) {
1052                     e.destroy();
1053                     e.pair.destroy();
1054                     newT(r.p, e.p1.p, mid,    null, 0);
1055                     newT(r.p, mid,    e.p2.p, null, 0);
1056                     newT(l.p, mid,    e.p1.p, null, 0);
1057                     newT(l.p, e.p2.p, mid,    null, 0);
1058                 }
1059             }
1060             for(E e : (Iterable<E>)getBoundPeers()) {
1061                 Point mid = e.midpoint();
1062                 if (first==null) {
1063                     first = e.p1.getE(mid);
1064                     firste = e;
1065                     firstx = e.pair;
1066                     firstq = e.p2.getE(mid).pair;
1067                     continue;
1068                 }
1069                 e.p1.getE(mid).          bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first);
1070                 e.p1.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), first.pair);
1071                 e.p2.getE(mid).pair.     bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq);
1072                 e.p2.getE(mid).pair.pair.bindTo(e.getBindingMatrix(firste), firstq.pair);
1073             }
1074             */
1075             /*
1076             first.setConstraint(firste.getConstraint());
1077             firstq.setConstraint(firste.getConstraint());
1078             */
1079             return null;
1080         }
1081
1082
1083         T(E e1, int colorclass) {
1084             this.e1 = e1;
1085             E e2 = e1.next;
1086             E e3 = e2.next;
1087             if (e1==e2 || e1==e3) throw new Error();
1088             if (e3.next!=e1) throw new Error();
1089             if (e1.t!=null || e2.t!=null || e3.t!=null) throw new Error("non-manifold surface or disagreeing normals");
1090             e1.t = this;
1091             e1.next.t = this;
1092             e1.next.next.t = this;
1093
1094             // FIXME: check for sealed/watertight surface once construction is complete (and infer normal(s)?)
1095
1096             int color = Math.abs(random.nextInt());
1097             while(true) {
1098                 color = color % 4;
1099                 if (e1().pair.t != null && color == e1().pair.t.color) { color++; continue; }
1100                 if (e2().pair.t != null && color == e2().pair.t.color) { color++; continue; }
1101                 if (e3().pair.t != null && color == e3().pair.t.color) { color++; continue; }
1102                 break;
1103             }
1104             this.color = color;
1105             this.colorclass = colorclass;
1106             triangles.add(this);
1107         }
1108         public E e1() { return e1; }
1109         public E e2() { return e1.next; }
1110         public E e3() { return e1.prev; }
1111         public Vertex v1() { return e1.p1; }
1112         public Vertex v2() { return e1.p2; }
1113         public Vertex v3() { return e1.next.p2; }
1114         public Point p1() { return e1.p1.p; }
1115         public Point p2() { return e1.p2.p; }
1116         public Point p3() { return e1.next.p2.p; }
1117         public boolean hasE(E e) { return e1==e || e1.next==e || e1.prev==e; }
1118         public boolean has(Vertex v) { return v1()==v || v2()==v || v3()==v; }
1119
1120         public Vertex getOtherVertex(E e) {
1121             if (!hasE(e)) throw new RuntimeException();
1122             if (!e.has(v1())) return v1();
1123             if (!e.has(v2())) return v2();
1124             if (!e.has(v3())) return v3();
1125             throw new RuntimeException();
1126         }
1127
1128         public void removeFromRTree() { triangles.remove(this); }
1129         public void addToRTree() { triangles.insert(this); }
1130         public void destroy() {
1131             if (e1 != null) {
1132                 e1.t = null;
1133                 e1.next.t = null;
1134                 e1.prev.t = null;
1135             }
1136             triangles.remove(this);
1137             destroyed = true;
1138         }
1139         public void reinsert() { triangles.remove(this); triangles.add(this); }
1140
1141         private boolean destroyed = false;
1142         public boolean destroyed() { return destroyed; }
1143
1144         public boolean shouldBeDrawn() {
1145
1146             if (e1().bindingGroupSize() <= 1) return false;
1147             if (e2().bindingGroupSize() <= 1) return false;
1148             if (e3().bindingGroupSize() <= 1) return false;
1149
1150             return true;
1151         }
1152
1153         public void glTriangle(GL gl, Matrix m) {
1154             gl.glPushName(serial);
1155             gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
1156             glVertices(gl, m);
1157             gl.glEnd();
1158             gl.glPopName();
1159         }
1160
1161         /** issue gl.glVertex() for each of the triangle's points */
1162         public void glVertices(GL gl, Matrix m) {
1163             if (!shouldBeDrawn()) return;
1164             super.glVertices(gl, m);
1165         }
1166     }
1167 }