checkpoint
[anneal.git] / src / edu / berkeley / qfat / Mesh.java
index 725e647..ff9819d 100644 (file)
@@ -14,21 +14,22 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
     public static final float EPSILON = (float)0.0001;
     public static final Random random = new Random();
 
-    private RTree<T> tris = new RTree<T>();
-    private PointSet<Vert> vertices = new PointSet<Vert>();
+    private RTree<T>         triangles = new RTree<T>();
+    private PointSet<Vertex> vertices  = new PointSet<Vertex>();
 
-    public Mesh score_against = null;
-    public double score = 0;
+    public boolean immutableVertices;
+    public boolean ignorecollision = false;
+    public Mesh    score_against = null;
+    public double  score = 0;
+
+    public Mesh(boolean immutableVertices) { this.immutableVertices = immutableVertices; }
+
+    public void makeVerticesImmutable() { this.immutableVertices = true; }
     public float score() { return (float)score; }
-    public int numedges = 0;
-    public float avgedge = 0;
 
     public int size() { return vertices.size(); }
-    public Iterable<Vert> vertices() { return vertices; }
-
-    public Iterator<T> iterator() {
-        return tris.iterator();
-    }
+    public Iterable<Vertex> vertices() { return vertices; }
+    public Iterator<T> iterator() { return triangles.iterator(); }
 
     public void rebindPoints() {
         // unbind all points
@@ -46,18 +47,18 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
     }
 
     public void unApplyQuadricToNeighborAll() {
-        HashSet<Vert> done = new HashSet<Vert>();
+        HashSet<Vertex> done = new HashSet<Vertex>();
         for(T t : this)
-            for(Vert p : new Vert[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
+            for(Vertex p : new Vertex[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
                 if (done.contains(p)) continue;
                 done.add(p);
                 p.unApplyQuadricToNeighbor();
             }
     }
     public void recomputeAllFundamentalQuadrics() {
-        HashSet<Vert> done = new HashSet<Vert>();
+        HashSet<Vertex> done = new HashSet<Vertex>();
         for(T t : this)
-            for(Vert p : new Vert[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
+            for(Vertex p : new Vertex[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
                 if (done.contains(p)) continue;
                 done.add(p);
                 p.recomputeFundamentalQuadric();
@@ -66,9 +67,9 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
     public float applyQuadricToNeighborAll() {
         int num = 0;
         double dist = 0;
-        HashSet<Vert> done = new HashSet<Vert>();
+        HashSet<Vertex> done = new HashSet<Vertex>();
         for(T t : this)
-            for(Vert p : new Vert[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
+            for(Vertex p : new Vertex[] { t.v1(), t.v2(), t.v3() }) {
                 if (done.contains(p)) continue;
                 done.add(p);
                 p.applyQuadricToNeighbor();
@@ -78,12 +79,17 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
     }
 
     public void transform(Matrix m) {
-        ArrayList<Vert> set = new ArrayList<Vert>();
-        for (Vert v : vertices)
-            set.add(v);
-        for(Vert v : set) v.transform(m);
+        ArrayList<Vertex> set = new ArrayList<Vertex>();
+        for(Vertex v : vertices) set.add(v);
+        for(Vertex v : set) v.transform(m);
     }
 
+    public void rebuild() { /*vertices.rebuild();*/ }
+    public Vec diagonal() { return vertices.diagonal(); }
+    public Point centroid() { return vertices.centroid(); }
+    public Vertex nearest(Point p) { return vertices.nearest(p); }
+
+    /** compute the volume of the mesh */
     public float volume() {
         double total = 0;
         for(T t : this) {
@@ -96,24 +102,23 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
         return (float)total;
     }
 
-    public void rebuild() { /*vertices.rebuild();*/ }
-    public Vec diagonal() { return vertices.diagonal(); }
-    public Point centroid() { return vertices.centroid(); }
-    public Vert nearest(Point p) { return vertices.nearest(p); }
 
-    public final class Vert extends HasPoint {
+    // Vertexices //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+
+    /** a vertex in the mesh */
+    public final class Vertex extends HasPoint implements Visitor<T> {
         public String toString() { return p.toString(); }
         public Point p;
         E e;                // some edge *leaving* this point
 
         /** the nearest vertex in the "score_against" mesh */
-        Vert   nearest_in_other_mesh;
+        Vertex   nearest_in_other_mesh;
         /** the number of vertices in the other mesh for which this is the nearest_in_other_mesh */
         int    quadric_count;
         /** the total error quadric (contributions from all vertices in other mesh for which this is nearest) */
         Matrix quadric = Matrix.ZERO;
 
-        Vert bound_to = this;
+        Vertex bound_to = this;
         Matrix binding = Matrix.ONE;
         float oldscore = 0;
         boolean quadricStale = false;
@@ -128,7 +133,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             return fundamentalQuadric;
         }
 
-        private Vert(Point p) {
+        private Vertex(Point p) {
             this.p = p;
             if (vertices.get(p) != null) throw new Error();
             vertices.add(this);
@@ -140,7 +145,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
         }
 
         public void recomputeFundamentalQuadric() {
-            //if (!quadricStale && fundamentalQuadric != null) return;
+            if (!quadricStale && fundamentalQuadric != null) return;
             quadricStale = false;
             unApplyQuadricToNeighbor();
             Matrix m = Matrix.ZERO;
@@ -171,7 +176,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
         public void applyQuadricToNeighbor() {
             if (score_against == null) return;
 
-            Vert new_nearest = score_against.nearest(p);
+            Vertex new_nearest = score_against.nearest(p);
             if (nearest_in_other_mesh != null && new_nearest == nearest_in_other_mesh) return;
 
             if (nearest_in_other_mesh != null) unApplyQuadricToNeighbor();
@@ -210,11 +215,10 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
         }
         public void computeError() {
             if (quadric_count == 0) {
-                if (!tilemesh) {
-                }
-                else if (nearest_in_other_mesh == null) {
+                if (immutableVertices) {
+                } else if (nearest_in_other_mesh == null) {
                     if (score_against != null) {
-                        Vert ne = score_against.nearest(p);
+                        Vertex ne = score_against.nearest(p);
                         oldscore = ne.fundamentalQuadric().preAndPostMultiply(p) * 100 * 10;
                     } else {
                         oldscore = 0;
@@ -272,6 +276,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
 
         /** does NOT update bound pairs! */
         public boolean transform(Matrix m) {
+            if (immutableVertices) throw new Error();
             unApplyQuadricToNeighbor();
             Point oldp = this.p;
             try {
@@ -308,52 +313,32 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
                 e = e.pair.next;
             } while(e != this.e);
 
+            if (!ignorecollision && good) triangles.range(new Segment(oldp, this.p), this);
 
-            if (!ignorecollision && good) {
-
-                tris.range(new Segment(oldp, this.p),
-                            new Visitor<T>() {
-                                public void visit(T t) {
-                                    if (!good) return;
-                                    E e = Vert.this.e;
-                                    do {
-                                        if (!t.has(e.p1) && !t.has(e.p2) && e.intersects(t)) { good = false; }
-                                        if (e.t != null) {
-                                            if (!e.t.has(t.e1().p1) && !e.t.has(t.e1().p2) && t.e1().intersects(e.t)) { good = false; }
-                                            if (!e.t.has(t.e2().p1) && !e.t.has(t.e2().p2) && t.e2().intersects(e.t)) { good = false; }
-                                            if (!e.t.has(t.e3().p1) && !e.t.has(t.e3().p2) && t.e3().intersects(e.t)) { good = false; }
-                                        }
-                                        e = e.pair.next;
-                                    } while(e != Vert.this.e);
-                                }
-                            });
-
-                /*
-                for(T t : Mesh.this) {
-                    if (!good) break;
-                    e = this.e;
-                    do {
-                        if (!t.has(e.p1) && !t.has(e.p2) && e.intersects(t)) { good = false; break; }
-                        if (e.t != null) {
-                            if (!e.t.has(t.e1().p1) && !e.t.has(t.e1().p2) && t.e1().intersects(e.t)) { good = false; break; }
-                            if (!e.t.has(t.e2().p1) && !e.t.has(t.e2().p2) && t.e2().intersects(e.t)) { good = false; break; }
-                            if (!e.t.has(t.e3().p1) && !e.t.has(t.e3().p2) && t.e3().intersects(e.t)) { good = false; break; }
-                        }
-                        e = e.pair.next;
-                    } while(e != this.e);
-                }
-                */
-            }
 
 
             reComputeErrorAround();
             return good;
         }
+
+    public void visit(T t) {
+        if (!good) return;
+        E e = Vertex.this.e;
+        do {
+            if (!t.has(e.p1) && !t.has(e.p2) && e.intersects(t)) { good = false; }
+            if (e.t != null) {
+                if (!e.t.has(t.e1().p1) && !e.t.has(t.e1().p2) && t.e1().intersects(e.t)) { good = false; }
+                if (!e.t.has(t.e2().p1) && !e.t.has(t.e2().p2) && t.e2().intersects(e.t)) { good = false; }
+                if (!e.t.has(t.e3().p1) && !e.t.has(t.e3().p2) && t.e3().intersects(e.t)) { good = false; }
+            }
+            e = e.pair.next;
+        } while(e != Vertex.this.e);
+    }
         private boolean good;
 
         public boolean move(Vec v) {
             Matrix m = Matrix.translate(v);
-            Vert p = this;
+            Vertex p = this;
             boolean good = true;
             do {
                 good &= p.transform(m);
@@ -387,11 +372,11 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
         }
 
         public E getE(Point p2) {
-            Vert v = vertices.get(p2);
+            Vertex v = vertices.get(p2);
             if (v==null) return null;
             return getE(v);
         }
-        public E getE(Vert p2) {
+        public E getE(Vertex p2) {
             E e = this.e;
             do {
                 if (e==null) return null;
@@ -411,8 +396,8 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             return norm.norm();
         }
 
-        public boolean isBoundTo(Vert p) {
-            Vert px = p;
+        public boolean isBoundTo(Vertex p) {
+            Vertex px = p;
             do {
                 if (px==this) return true;
                 px = px.bound_to;
@@ -420,10 +405,10 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             return false;
         }
         public void unbind() { bound_to = this; binding = Matrix.ONE; }
-        public void bind(Vert p) { bind(p, Matrix.ONE); }
-        public void bind(Vert p, Matrix binding) {
+        public void bind(Vertex p) { bind(p, Matrix.ONE); }
+        public void bind(Vertex p, Matrix binding) {
             if (isBoundTo(p)) return;
-            Vert temp_bound_to = p.bound_to;
+            Vertex temp_bound_to = p.bound_to;
             Matrix temp_binding = p.binding;
             p.bound_to = this.bound_to;
             p.binding = binding.times(this.binding); // FIXME: may have order wrong here
@@ -475,7 +460,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
     /** [UNIQUE] an edge */
     public final class E implements Comparable<E> {
 
-        public final Vert p1, p2;
+        public final Vertex p1, p2;
         T t;     // triangle to our "left"
         E prev;  // previous half-edge
         E next;  // next half-edge
@@ -486,7 +471,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
 
         public boolean intersects(T t) { return t.intersects(p1.p, p2.p); }
         public float comparator() {
-            Vert nearest = score_against.nearest(midpoint());
+            Vertex nearest = score_against.nearest(midpoint());
             //if (t==null) return length();
             /*
             double ang = Math.abs(crossAngle());
@@ -513,7 +498,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             if (shattered || destroyed) return mid;
             shattered = true;
 
-            Vert r = next.p2;
+            Vertex r = next.p2;
             E next = this.next;
             E prev = this.prev;
 
@@ -565,10 +550,6 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             pair.next = prev;
             if (p1.e == this) p1.e = prev.next;
             if (pair.p1.e == pair) pair.p1.e = pair.prev.next;
-            avgedge -= this.length();
-            avgedge -= pair.length();
-            numedges--;
-            numedges--;
         }
 
         private void sync() {
@@ -579,11 +560,7 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             if (this.next.p1 != p2) throw new Error();
             if (this.prev.p2 != p1) throw new Error();
             if (this.p1.e == null) this.p1.e = this;
-            if (!added) {
-                added = true;
-                numedges++;
-                avgedge += length();
-            }
+            if (!added) added = true;
         }
         private boolean added = false;
 
@@ -626,8 +603,8 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
         public E(Point p1, Point p2) {
             if (vertices.get(p1) != null) throw new Error();
             if (vertices.get(p2) != null) throw new Error();
-            this.p1 = new Vert(p1);
-            this.p2 = new Vert(p2);
+            this.p1 = new Vertex(p1);
+            this.p2 = new Vertex(p2);
             this.prev = this.next = this.pair = new E(this, this, this);
             this.p1.e = this;
             this.p2.e = this.pair;
@@ -636,9 +613,9 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
 
         /** adds a new half-edge from prev.p2 to p2 */
         public E(E prev, Point p) {
-            Vert p2;
+            Vertex p2;
             p2 = vertices.get(p);
-            if (p2 == null) p2 = new Vert(p);
+            if (p2 == null) p2 = new Vertex(p);
             this.p1 = prev.p2;
             this.p2 = p2;
             this.prev = prev;
@@ -667,15 +644,15 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             sync();
         }
         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); }
-        public boolean has(Vert v) { return v==p1 || v==p2; }
+        public boolean has(Vertex v) { return v==p1 || v==p2; }
         public float length() { return p1.p.minus(p2.p).mag(); }
         public String toString() { return p1+"->"+p2; }
 
     }
 
     public E makeE(Point p1, Point p2) {
-        Vert v1 = vertices.get(p1);
-        Vert v2 = vertices.get(p2);
+        Vertex v1 = vertices.get(p1);
+        Vertex v2 = vertices.get(p2);
         if (v1 != null && v2 != null) {
             E e = v1.getE(v2);
             if (e != null) return e;
@@ -709,107 +686,16 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
     }
 
 
-    public class FaceIterator implements Iterator<T> {
-        private HashSet<T> visited = new HashSet<T>();
-        private LinkedList<T> next = new LinkedList<T>();
-        public FaceIterator() { }
-        public FaceIterator(Vert v) { next.addFirst(v.e.t); }
-        public boolean hasNext() { return next.peek()!=null; }
-        public void remove() { throw new Error(); }
-        public T next() {
-            T ret = next.removeFirst();
-            if (ret == null) return null;
-            visited.add(ret);
-            T t1 = ret.e1().pair.t;
-            T t2 = ret.e2().pair.t;
-            T t3 = ret.e3().pair.t;
-            if (t1 != null && !visited.contains(t1)) next.addFirst(t1);
-            if (t2 != null && !visited.contains(t2)) next.addFirst(t2);
-            if (t3 != null && !visited.contains(t3)) next.addFirst(t3);
-            return ret;
-        }
-    }
-
     /** [UNIQUE] a triangle (face) */
     public final class T extends Triangle {
         public final E e1;
         public final int color;
         public final int colorclass;
 
-        public boolean intersects(Point p1, Point p2) {
-            double A0=v1().p.x, A1=v1().p.y, A2=v1().p.z;
-            double B0=v2().p.x, B1=v2().p.y, B2=v2().p.z;
-            double C0=v3().p.x, C1=v3().p.y, C2=v3().p.z;
-            double j0=p1.x, j1=p1.y, j2=p1.z;
-            double k0=p2.x, k1=p2.y, k2=p2.z;
-            double J0, J1, J2;
-            double K0, K1, K2;
-            double i0, i1, i2;
-            double a0, a1, a2;
-            double b0, b1, b2;
-            double c0, c1, c2;
-            double in_det;
-            double R00, R01, R02, R03,
-                R10, R11, R12, R13,
-                R20, R21, R22, R23,
-                R30, R31, R32, R33;
-
-
-            /* a = B - A */
-            a0 = B0 - A0; 
-            a1 = B1 - A1; 
-            a2 = B2 - A2;
-            /* b = C - B */
-            b0 = C0 - A0;
-            b1 = C1 - A1;
-            b2 = C2 - A2;
-            /* c = a &times; b */
-            c0 = a1 * b2 - a2 * b1;
-            c1 = a2 * b0 - a0 * b2;
-            c2 = a0 * b1 - a1 * b0;
-            /* M^(-1) = (1/det(M)) * adj(M) */
-            in_det = 1 / (c0 * c0 + c1 * c1 + c2 * c2);
-            R00 = (b1 * c2 - b2 * c1) * in_det;
-            R01 = (b2 * c0 - b0 * c2) * in_det;
-            R02 = (b0 * c1 - b1 * c0) * in_det;
-            R10 = (c1 * a2 - c2 * a1) * in_det;
-            R11 = (c2 * a0 - c0 * a2) * in_det;
-            R12 = (c0 * a1 - c1 * a0) * in_det;
-            R20 = (c0) * in_det;
-            R21 = (c1) * in_det;
-            R22 = (c2) * in_det;
-  
-            /* O = M^(-1) * A */
-            R03 = -(R00 * A0 + R01 * A1 + R02 * A2);
-            R13 = -(R10 * A0 + R11 * A1 + R12 * A2);
-            R23 = -(R20 * A0 + R21 * A1 + R22 * A2);
-            /* fill in last row of 4x4 matrix */
-            R30 = R31 = R32 = 0;
-            R33 = 1;
-  
-            J2 = R20 * j0 + R21 * j1 + R22 * j2 + R23;
-            K2 = R20 * k0 + R21 * k1 + R22 * k2 + R23;
-            if (J2 * K2 >= 0) return false;
-
-            J0 = R00 * j0 + R01 * j1 + R02 * j2 + R03;
-            K0 = R00 * k0 + R01 * k1 + R02 * k2 + R03;
-            i0 = J0 + J2 * ((K0 - J0) / (J2 - K2));
-            if (i0 < 0 || i0 > 1) return false;
-  
-            J1 = R10 * j0 + R11 * j1 + R12 * j2 + R13;
-            K1 = R10 * k0 + R11 * k1 + R12 * k2 + R13;
-            i1 = J1 + J2 * ((K1 - J1) / (J2 - K2));
-            if (i1 < 0 || i1 > 1 || i0 + i1 > 1) return false;
-
-            return true;            
-        }
-
-        public void removeFromRTree() { tris.remove(this); }
-        public void addToRTree() { tris.insert(this); }
-
-        public void destroy() { tris.remove(this); }
+        public void removeFromRTree() { triangles.remove(this); }
+        public void addToRTree() { triangles.insert(this); }
+
+        public void destroy() { triangles.remove(this); }
 
         T(E e1, int colorclass) {
             this.e1 = e1;
@@ -834,34 +720,26 @@ public class Mesh implements Iterable<Mesh.T> {
             }
             this.color = color;
             this.colorclass = colorclass;
-            tris.add(this);
+            triangles.add(this);
         }
         public E e1() { return e1; }
         public E e2() { return e1.next; }
         public E e3() { return e1.prev; }
-        public Vert v1() { return e1.p1; }
-        public Vert v2() { return e1.p2; }
-        public Vert v3() { return e1.next.p2; }
+        public Vertex v1() { return e1.p1; }
+        public Vertex v2() { return e1.p2; }
+        public Vertex v3() { return e1.next.p2; }
         public Point p1() { return e1.p1.p; }
         public Point p2() { return e1.p2.p; }
         public Point p3() { return e1.next.p2.p; }
         public boolean hasE(E e) { return e1==e || e1.next==e || e1.prev==e; }
-        public boolean has(Vert v) { return v1()==v || v2()==v || v3()==v; }
-
-        public void glVertices(GL gl) {
-
-            /*
-            if (e1().bind_to.set.size() == 0) return;
-            if (e2().bind_to.set.size() == 0) return;
-            if (e3().bind_to.set.size() == 0) return;
-            */
+        public boolean has(Vertex v) { return v1()==v || v2()==v || v3()==v; }
 
-            norm().glNormal(gl);
-            p1().glVertex(gl);
-            p2().glVertex(gl);
-            p3().glVertex(gl);
+        public boolean shouldBeDrawn() {
+            if (e1().bind_to.set.size() == 0) return false;
+            if (e2().bind_to.set.size() == 0) return false;
+            if (e3().bind_to.set.size() == 0) return false;
+            return true;
         }
+
     }
-    public boolean tilemesh = false;
-    public boolean ignorecollision = false;
 }