checkpoint autogen tile
[anneal.git] / src / edu / berkeley / qfat / Main.java
index 14e6bcd..5d86d71 100644 (file)
@@ -7,6 +7,7 @@ import javax.media.opengl.glu.*;
 import java.util.*;
 import edu.berkeley.qfat.geom.*;
 import edu.berkeley.qfat.geom.Point;
+import edu.berkeley.qfat.geom.Polygon;
 
 // TO DO:
 // - real anneal
@@ -40,6 +41,11 @@ import edu.berkeley.qfat.geom.Point;
 
 */
 
+/*
+
+
+ */
+
 
 // FIXME: re-orient goal (how?)
 
@@ -51,7 +57,43 @@ public class Main extends MeshViewer {
     
     /** magnification factor */
     private static final float MAG = 1;
-    public static final float MATCHING_EPSILON = 0.01f;
+    public static final float MATCHING_EPSILON = 0.0001f;
+
+    public void generateTile(Matrix[] matrices, Mesh mesh) {
+        HashSet<HalfSpace> halfSpaces = new HashSet<HalfSpace>();
+        HashSet<Polygon> polygons = new HashSet<Polygon>();
+        for(Matrix m : matrices) {
+            Vec v = m.getTranslationalComponent();
+            if (v.mag() < 0.0001) continue;
+            v = v.times(0.5f);
+            Point p = Point.ORIGIN.plus(v);
+            HalfSpace hs = new HalfSpace(p, Point.ORIGIN.minus(p).norm());
+            halfSpaces.add(hs);
+            polygons.add(new Polygon(hs));
+        }
+        for(Polygon p : polygons) {
+            System.out.println(p.plane.norm + " " + p.plane.dvalue);
+            for(HalfSpace hs : halfSpaces) {
+                if (p.plane==hs) continue;
+                p = p.intersect(hs);
+            }
+            p.tesselate(mesh);
+        }
+    }
+
+    private void quad(Mesh mesh, Matrix m, Point p1_, Point p2_, Point p3_, Point p4_) {
+        Point p1 = m.times(p1_);
+        Point p2 = m.times(p2_);
+        Point p3 = m.times(p3_);
+        Point p4 = m.times(p4_);
+        Point c  = new Point((p1.x+p2.x+p3.x+p4.x)/4,
+                             (p1.y+p2.y+p3.y+p4.y)/4,
+                             (p1.z+p2.z+p3.z+p4.z)/4);
+        mesh.newT(p1, p2, c, null, 0);
+        mesh.newT(p2, p3, c, null, 0);
+        mesh.newT(p3, p4, c, null, 0);
+        mesh.newT(p4, p1, c, null, 0);
+    }
 
     public Main(StlFile stlf, Frame f) {
         super(f);
@@ -65,7 +107,8 @@ public class Main extends MeshViewer {
         }
 
         // rotate to align major axis -- this probably needs to be done by a human.
-        goal.transform(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)(Math.PI/2)));
+        //goal.transform(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)(Math.PI/2)));
+        goal.transform(Matrix.rotate(new Vec(0, 1, 0), (float)(Math.PI/2)));
 
         float goal_width  = goal.diagonal().dot(new Vec(1, 0, 0));
         float goal_height = goal.diagonal().dot(new Vec(0, 1, 0));
@@ -76,6 +119,7 @@ public class Main extends MeshViewer {
           float height = (float)0.08;
           float depth  = (float)0.3;
         */
+        
         float width  = (float)0.7;
         float depth  = (float)0.08;
         float height = (float)0.4;
@@ -87,24 +131,56 @@ public class Main extends MeshViewer {
         float halfup = 0;
 
         translations = new Matrix[] {
-            /*
-            Matrix.translate(new Vec(lshift,  depth,    halfup)),
-            Matrix.translate(new Vec(rshift,  depth,    halfup)),
-            Matrix.translate(new Vec(lshift, -depth,    halfup)),
-            Matrix.translate(new Vec(rshift, -depth,    halfup)),
-            */
+
+            //Matrix.translate(new Vec(lshift,  depth,    0)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift,  depth,    0)),
+            //Matrix.translate(new Vec(lshift, -depth,    0)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift, -depth,    0)),
 
             //Matrix.translate(new Vec(0,  depth,    0)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
             //Matrix.translate(new Vec(0, -depth,    0)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
+            //Matrix.translate(new Vec(0,   0,    height)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
+            //Matrix.translate(new Vec(0,   0,   -height)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
 
-            Matrix.translate(new Vec(0,   0,    height)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
-            Matrix.translate(new Vec(0,   0,   -height)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
-            /*
             Matrix.translate(new Vec(0,  depth, 0)),
             Matrix.translate(new Vec(0, -depth, 0)),
             Matrix.translate(new Vec(0,      0,  height)),
             Matrix.translate(new Vec(0,      0, -height)),
-            */
+
+            //Matrix.translate(new Vec(lshift,        depth,  height/2)),
+            //Matrix.translate(new Vec(lshift,        depth, -height/2)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift,       -depth,  height/2)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift,       -depth, -height/2)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift,       0,  height)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift,       0, -height)),
+
+            Matrix.translate(new Vec( width,           0,    0)),
+            Matrix.translate(new Vec(-width,           0,    0)),
+
+        };
+
+        generateTile(translations, tile);
+
+        /*
+        translations = new Matrix[] {
+
+            //Matrix.translate(new Vec(lshift,  depth,    halfup)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift,  depth,    halfup)),
+            //Matrix.translate(new Vec(lshift, -depth,    halfup)),
+            //Matrix.translate(new Vec(rshift, -depth,    halfup)),
+
+
+            //Matrix.translate(new Vec(0,  depth,    0)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
+            //Matrix.translate(new Vec(0, -depth,    0)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
+
+            Matrix.translate(new Vec(0,   0,    height)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
+            Matrix.translate(new Vec(0,   0,   -height)).times(Matrix.rotate(new Vec(0, 0, 1), (float)Math.PI)),
+
+            //Matrix.translate(new Vec(0,  depth, 0)),
+            //Matrix.translate(new Vec(0, -depth, 0)),
+            //Matrix.translate(new Vec(0,      0,  height)),
+            //Matrix.translate(new Vec(0,      0, -height)),
+
             //Matrix.translate(new Vec(lshift,        depth,  height/2)),
             //Matrix.translate(new Vec(lshift,        depth, -height/2)),
             //Matrix.translate(new Vec(rshift,       -depth,  height/2)),
@@ -227,12 +303,132 @@ public class Main extends MeshViewer {
             if (e.p1.p.x == e.p2.p.x && e.p1.p.z == e.p2.p.z) continue;
             e.shatter();
         }
+        */
+
+        /*
+         height = 4;
+         width  = 4;
+         depth  = 1;
+
+        Matrix mm = Matrix.scale(0.1f);
+        // top
+        quad(tile, mm, 
+             new Point( 2,  2,  0),
+             new Point( 1,  1, -1),
+             new Point(-1,  1, -1),
+             new Point(-2,  2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point(-2,  2,  0),
+             new Point(-1,  1,  1),
+             new Point( 1,  1,  1),
+             new Point( 2,  2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point( 1,  1, -1),
+             new Point( 1,  1,  1),
+             new Point(-1,  1,  1),
+             new Point(-1,  1, -1));
+
+        // bottom
+        quad(tile, mm, 
+             new Point(-2, -2,  0),
+             new Point(-1, -1, -1),
+             new Point( 1, -1, -1),
+             new Point( 2, -2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point( 2, -2,  0),
+             new Point( 1, -1,  1),
+             new Point(-1, -1,  1),
+             new Point(-2, -2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point(-1, -1, -1),
+             new Point(-1, -1,  1),
+             new Point( 1, -1,  1),
+             new Point( 1, -1, -1));
+
+        // left
+        quad(tile, mm, 
+             new Point( 2, -2,  0),
+             new Point( 1, -1, -1),
+             new Point( 1,  1, -1),
+             new Point( 2,  2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point( 2,  2,  0),
+             new Point( 1,  1,  1),
+             new Point( 1, -1,  1),
+             new Point( 2, -2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point( 1, -1, -1),
+             new Point( 1, -1,  1),
+             new Point( 1,  1,  1),
+             new Point( 1,  1, -1));
+
+        // bottom
+        quad(tile, mm, 
+             new Point(-2,  2,  0),
+             new Point(-1,  1, -1),
+             new Point(-1, -1, -1),
+             new Point(-2, -2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point(-2, -2,  0),
+             new Point(-1, -1,  1),
+             new Point(-1,  1,  1),
+             new Point(-2,  2,  0));
+        quad(tile, mm, 
+             new Point(-1,  1, -1),
+             new Point(-1,  1,  1),
+             new Point(-1, -1,  1),
+             new Point(-1, -1, -1));
+
+        float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
+        goal.transform(Matrix.scale(factor/2.4f));
 
-        for(Matrix m : translations) {
+        /*        
+        translations = new Matrix[] {
+
+            Matrix.translate(new Vec(0, 0.2f,0))
+            .times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)( 1*Math.PI/2))),
+
+            Matrix.translate(new Vec(0,-0.2f,0))
+            .times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)(-1*Math.PI/2))),
+
+            //Matrix.translate(new Vec( 0.2f,0,0))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(1,0,0), (float)( 1*Math.PI/2))),
+            //Matrix.translate(new Vec(-0.2f,0,0))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(1,0,0), (float)(-1*Math.PI/2))),
+
+            //Matrix.translate(new Vec( 0.2f, 0,0))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,0,1), (float)( 1*Math.PI/2)))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)( 3*Math.PI/2))),
+
+            //Matrix.translate(new Vec(-0.2f, 0,0))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,0,1), (float)( 3*Math.PI/2)))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)( 3*Math.PI/2))),
+            
+            //Matrix.rotate(new Vec(0,0,1), (float)( 0*Math.PI/2))
+            //.times(Matrix.translate(new Vec(0, -0.2f, 0)))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)( 1*Math.PI/2))),
+            //Matrix.rotate(new Vec(0,0,1), (float)( 1*Math.PI/2))
+            //.times(Matrix.translate(new Vec(0, -0.2f, 0)))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)( 1*Math.PI/2))),
+
+            //Matrix.rotate(new Vec(0,0,1), (float)( 0*Math.PI/2))
+            //.times(Matrix.translate(new Vec(0, -0.2f, 0)))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)( 1*Math.PI/2))),
+            //Matrix.rotate(new Vec(0,0,1), (float)( 0*Math.PI/2))
+            //.times(Matrix.translate(new Vec(0, -0.2f, 0)))
+            //.times(Matrix.rotate(new Vec(0,1,0), (float)( 1*Math.PI/2))),
+
+            Matrix.ONE,
+        };
+        */
+            
+        for(Matrix m1 : translations) {
+        for(Matrix m2 : translations) {
             for(Mesh.T t1 : tile) {
                 for(Mesh.T t2 : tile) {
                     if (t1==t2) continue;
 
+                    Matrix m = m1.inverse().times(m2);
                     if ((t1.v1().p.times(m).minus(t2.v1().p).mag() < MATCHING_EPSILON) &&
                         (t1.v2().p.times(m).minus(t2.v3().p).mag() < MATCHING_EPSILON) &&
                         (t1.v3().p.times(m).minus(t2.v2().p).mag() < MATCHING_EPSILON)) {
@@ -258,12 +454,13 @@ public class Main extends MeshViewer {
                 }
             }
         }
+        }
 
         //xMesh.Vertex mid = lbf.getE(mbn).shatter();
 
         // rescale to match volume
-        float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
-        goal.transform(Matrix.scale(factor));
+
+
 
         // translate to match centroid
         goal.transform(Matrix.translate(tile.centroid().minus(goal.centroid())));
@@ -299,12 +496,11 @@ public class Main extends MeshViewer {
             Thread.yield();
             repaint();
         }
-        for(int i=0; i<Math.min(oldverts,200); i++) {
+        for(int i=0; i<Math.min(oldverts,50); i++) {
             Mesh.E e = es.poll();
             verts++;
             //System.out.println("shatter " + e);
             //e.shatter(e.midpoint(), null, null, true, true);
-            
             e.shatter();
             Thread.yield();
             repaint();
@@ -312,30 +508,37 @@ public class Main extends MeshViewer {
         tile.rebindPoints();
     }
 
-    public synchronized void rand(float temp, Mesh.Vertex p) {
+    public synchronized void rand(double temp, Mesh.Vertex p) {
 
         p.reComputeErrorAround();
         double tile_error = tile.error();
         double goal_error = goal.error();
 
-        float max = p.averageEdgeLength()/10;
+        //float max = p.averageEdgeLength()/10;
+        float max = 0.01f;
+
         Vec v = new Vec(random.nextFloat(), random.nextFloat(), random.nextFloat());
         v = v.norm().times((random.nextFloat() - 0.5f) * max);
         //System.out.println(max + " " + p.averageEdgeLength() + " " + v.mag());
         Matrix m = Matrix.translate(v);
 
+        //System.out.println(v.mag() + " " + max);
         boolean good = p.move(m, false);
-        if (!good) { /*misses++;*/ return; }
+        //if (!good) { /*misses++;*/ return; }
 
         double new_tile_error = tile.error();
         double new_goal_error = goal.error();
         double tile_delta = (new_tile_error - tile_error) / tile_error;
         double goal_delta = (new_goal_error - goal_error) / goal_error;
         double delta = tile_delta + goal_delta;
-        double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / (((double)temp)/1000000));
+        double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / temp);
+        //System.out.println(swapProbability);
         boolean doSwap = good && (Math.random() < swapProbability);
         //boolean doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
         //boolean doSwap = good && (tile_delta + goal_delta <= 0);
+
+        //if (temp < 0.000001) doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
+
         if (doSwap) {
             tile_error = new_tile_error;
             goal_error = new_goal_error;
@@ -351,9 +554,9 @@ public class Main extends MeshViewer {
     float hits = 0;
     float misses = 0;
     public void anneal() throws Exception {
-        float hightemp = 1;
-        float temp = hightemp;
-        float last = 10;
+        double hightemp = 1;
+        double temp = hightemp;
+        double last = 10;
         boolean seek_upward = false;
         double acceptance = 1;
         while(true) {
@@ -361,7 +564,7 @@ public class Main extends MeshViewer {
                 double ratio = (hits+misses==0) ? 1 : (hits / (hits+misses));
                 hits = 0;
                 misses = 0;
-                float gamma = 1;
+                double gamma = 1;
                 acceptance = (ratio+acceptance)/2;
                 accepts = (int)(Math.ceil(ratio*100));
                 temps = (int)(Math.ceil(temp*1000));
@@ -372,22 +575,25 @@ public class Main extends MeshViewer {
                         breakit();
                     }
                     seek_upward = true;
-                } else if (acceptance > 0.96) gamma = 0.4f;
-                else if (acceptance > 0.9)    gamma = 0.5f;
-                else if (acceptance > 0.8)    gamma = 0.65f;
-                else if (acceptance > 0.6)    gamma = 0.7f;
-                else if (acceptance > 0.3)    gamma = 0.8f;
+                } else if (acceptance > 0.96) gamma = 0.1f;
+                else if (acceptance > 0.9)    gamma = 0.2f;
+                else if (acceptance > 0.8)    gamma = 0.3f;
+                else if (acceptance > 0.6)    gamma = 0.4f;
+                else if (acceptance > 0.3)    gamma = 0.6f;
                 else if (acceptance > 0.15)   gamma = 0.9f;
-                else if (acceptance > 0.05)   gamma = 0.95f;
+                else if (acceptance > 0.05)   gamma = 0.94f;
                 else if (acceptance > 0.01)   gamma = 0.98f;
                 else { /*breaks++;*/ }
 
+                /*
                 if (seek_upward) {
                     if (acceptance > 0.2) seek_upward = false;
                     else gamma = 2-gamma;
                 }
+                */
 
-                temp = temp * gamma;
+                if (anneal)
+                    temp = temp * gamma;
 
 
                 HashSet<Mesh.Vertex> hs = new HashSet<Mesh.Vertex>();
@@ -396,7 +602,7 @@ public class Main extends MeshViewer {
 
                 int count = 0;
                 long then = System.currentTimeMillis();
-                for(int i=0; i<40; i++) {
+                for(int i=0; i<400; i++) {
                     if (anneal) {
                         count++;
                         Mesh.Vertex v = pts[Math.abs(random.nextInt()) % pts.length];
@@ -407,6 +613,8 @@ public class Main extends MeshViewer {
                     Thread.yield();
                     repaint();
                 }
+
+                /*
                 PriorityQueue<Mesh.E> es = new PriorityQueue<Mesh.E>();
                 for(Mesh.T t : tile) {
                     float max = 5;
@@ -416,25 +624,26 @@ public class Main extends MeshViewer {
                         if (t.aspect() < 0.1 && e.length()>e.next.length() && e.length()>e.prev.length()) es.add(e);
                     }
                 }
-                /*
                 for(int i=0; i<5; i++) {
                     Mesh.E e = es.poll();
                     if (e==null) break;
                     e.shatter();
                 }
-                */
+
+
                 tile.rebindPoints();
+                */
+
 
                 System.out.println("temp="+temp + " ratio="+(Math.ceil(acceptance*100)) + " " +
                                    "points_per_second=" +
                                    (count*1000)/((double)(System.currentTimeMillis()-then)));
-
                 for(Mesh.Vertex p : goal.vertices()) p.recomputeFundamentalQuadricIfNeighborChanged();
 
                 synchronized(safeTriangles) {
                     safeTriangles.clear();
                     for(Mesh.T t : tile) 
-                        if (t.shouldBeDrawn())
+                        //if (t.shouldBeDrawn())
                             safeTriangles.add(t);
                 }
             }
@@ -444,7 +653,8 @@ public class Main extends MeshViewer {
 
     public static void main(String[] s) throws Exception {
         StlFile stlf = new StlFile();
-        stlf.load("fish.stl");
+        stlf.load("torus.stl");
+        //stlf.load("fish.stl");
         //stlf.load("monkey.stl");
         Frame f = new Frame();
         Main main = new Main(stlf, f);