]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blob - lily/beam.cc
Fix #230.
[lilypond.git] / lily / beam.cc
1 /*
2   beam.cc -- implement Beam
3
4   source file of the GNU LilyPond music typesetter
5
6   (c) 1997--2006 Han-Wen Nienhuys <hanwen@xs4all.nl>
7   Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
8 */
9
10 /*
11   TODO:
12
13   - Determine auto knees based on positions if it's set by the user.
14
15   - the code is littered with * and / staff_space calls for
16   #'positions. Consider moving to real-world coordinates?
17
18   Problematic issue is user tweaks (user tweaks are in staff-coordinates.)
19
20   Notes:
21
22   - Stems run to the Y-center of the beam.
23
24   - beam_translation is the offset between Y centers of the beam.
25 */
26
27 #include "beam.hh"
28
29 #include "beaming-pattern.hh"
30 #include "directional-element-interface.hh"
31 #include "main.hh"
32 #include "international.hh"
33 #include "interval-set.hh"
34 #include "item.hh"
35 #include "least-squares.hh"
36 #include "lookup.hh"
37 #include "misc.hh"
38 #include "output-def.hh"
39 #include "pointer-group-interface.hh"
40 #include "spanner.hh"
41 #include "staff-symbol-referencer.hh"
42 #include "stem.hh"
43 #include "warn.hh"
44
45 #if DEBUG_BEAM_SCORING
46 #include "text-interface.hh" // debug output.
47 #include "font-interface.hh" // debug output.
48 #endif
49
50 #include <map>
51
52
53 Beam_stem_segment::Beam_stem_segment ()
54 {
55   max_connect_ = 1000;          // infinity
56   stem_ = 0;
57   width_ = 0.0;
58   stem_x_ = 0.0;
59   rank_ = 0;
60   stem_index_ = 0;
61   dir_ = CENTER;
62 }
63
64 Beam_segment::Beam_segment ()
65 {
66   vertical_count_ = 0;
67 }
68
69 void
70 Beam::add_stem (Grob *me, Grob *s)
71 {
72   if (Stem::get_beam (s))
73     {
74       programming_error ("Stem already has beam");
75       return ;
76     }
77
78   Pointer_group_interface::add_grob (me, ly_symbol2scm ("stems"), s);
79   s->set_object ("beam", me->self_scm ());
80   add_bound_item (dynamic_cast<Spanner *> (me), dynamic_cast<Item *> (s));
81 }
82
83 Real
84 Beam::get_thickness (Grob *me)
85 {
86   return robust_scm2double (me->get_property ("thickness"), 0)
87     * Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
88 }
89
90 /* Return the translation between 2 adjoining beams. */
91 Real
92 Beam::get_beam_translation (Grob *me)
93 {
94   int beam_count = get_beam_count (me);
95   Real staff_space = Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
96   Real line = Staff_symbol_referencer::line_thickness (me);
97   Real thickness = get_thickness (me);
98   Real fract = robust_scm2double (me->get_property ("length-fraction"), 1.0);
99   
100   Real beam_translation = beam_count < 4
101     ? (2 * staff_space + line - thickness) / 2.0
102     : (3 * staff_space + line - thickness) / 3.0;
103
104   return fract * beam_translation;
105 }
106
107 /* Maximum beam_count. */
108 int
109 Beam::get_beam_count (Grob *me)
110 {
111   int m = 0;
112
113   extract_grob_set (me, "stems", stems);
114   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
115     {
116       Grob *stem = stems[i];
117       m = max (m, (Stem::beam_multiplicity (stem).length () + 1));
118     }
119   return m;
120 }
121
122
123 MAKE_SCHEME_CALLBACK (Beam, calc_direction, 1);
124 SCM
125 Beam::calc_direction (SCM smob)
126 {
127   Grob *me = unsmob_grob (smob);
128
129   /* Beams with less than 2 two stems don't make much sense, but could happen
130      when you do
131
132      r8[ c8 r8]
133
134   */
135
136   Direction dir = CENTER;
137
138   int count = visible_stem_count (me);
139   if (count < 2)
140     {
141       extract_grob_set (me, "stems", stems);
142       if (stems.size () == 0)
143         {
144           me->warning (_ ("removing beam with no stems"));
145           me->suicide ();
146
147           return SCM_UNSPECIFIED;
148         }
149       else 
150         {
151           Grob *stem = first_visible_stem (me);
152
153           /*
154             ugh: stems[0] case happens for chord tremolo.
155           */
156           dir = to_dir ((stem ? stem : stems[0])->get_property ("default-direction"));
157         }
158     }
159
160   if (count >= 1)
161     {
162       if (!dir)
163         dir = get_default_dir (me);
164       
165       consider_auto_knees (me);
166     }
167
168   if (dir)
169     {
170       set_stem_directions (me, dir);
171     }
172   
173   return scm_from_int (dir);
174 }
175
176
177
178 /* We want a maximal number of shared beams, but if there is choice, we
179  * take the one that is closest to the end of the stem. This is for
180  * situations like
181  *
182  *        x
183  *       |
184  *       |
185  *   |===|
186  *   |=
187  *   |
188  *  x
189  */
190 int
191 position_with_maximal_common_beams (SCM left_beaming, SCM right_beaming,
192                                     Direction left_dir,
193                                     Direction right_dir)
194 {
195   Slice lslice = int_list_to_slice (scm_cdr (left_beaming));
196
197   int best_count = 0;
198   int best_start = 0;
199   for (int i = lslice[-left_dir];
200        (i - lslice[left_dir]) * left_dir <= 0; i += left_dir)
201     {
202       int count = 0;
203       for (SCM s = scm_car (right_beaming); scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
204         {
205           int k = -right_dir * scm_to_int (scm_car (s)) + i;
206           if (scm_c_memq (scm_from_int (k), left_beaming) != SCM_BOOL_F)
207             count++;
208         }
209
210       if (count >= best_count)
211         {
212           best_count = count;
213           best_start = i;
214         }
215     }
216
217   return best_start;
218 }
219
220 MAKE_SCHEME_CALLBACK(Beam, calc_beaming, 1)
221 SCM
222 Beam::calc_beaming (SCM smob)
223 {
224   Grob *me = unsmob_grob (smob);
225   
226   extract_grob_set (me, "stems", stems);
227
228   Slice last_int;
229   last_int.set_empty ();
230   
231   SCM last_beaming = scm_cons (SCM_EOL, scm_list_1 (scm_from_int (0)));
232   Direction last_dir = CENTER;
233   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
234     {
235       Grob *this_stem = stems[i];
236       SCM this_beaming = this_stem->get_property ("beaming");
237
238       Direction this_dir = get_grob_direction (this_stem);
239       if (scm_is_pair (last_beaming) && scm_is_pair (this_beaming))
240         {
241           int start_point = position_with_maximal_common_beams
242             (last_beaming, this_beaming,
243              last_dir ? last_dir : this_dir,
244              this_dir);
245
246           Direction d = LEFT;
247           Slice new_slice;
248           do
249             {
250               new_slice.set_empty ();
251               SCM s = index_get_cell (this_beaming, d);
252               for (; scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
253                 {
254                   int new_beam_pos
255                     = start_point - this_dir * scm_to_int (scm_car (s));
256
257                   new_slice.add_point (new_beam_pos);
258                   scm_set_car_x (s, scm_from_int (new_beam_pos));
259                 }
260             }
261           while (flip (&d) != LEFT);
262
263           if (!new_slice.is_empty ())
264             last_int = new_slice;
265         }
266       else
267         {
268           SCM s = scm_cdr (this_beaming);
269           for (; scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
270             {
271               int np = -this_dir * scm_to_int (scm_car (s));
272               scm_set_car_x (s, scm_from_int (np));
273               last_int.add_point (np);
274             }
275         }
276       
277       if (scm_ilength (scm_cdr (this_beaming)) > 0)
278         {
279           last_beaming = this_beaming;
280           last_dir = this_dir;
281         }
282     }
283
284   return SCM_EOL;
285 }
286
287 bool
288 operator <(Beam_stem_segment const &a,
289            Beam_stem_segment const &b)
290 {
291   return a.rank_ < b.rank_;
292 }
293
294 typedef map<int, vector<Beam_stem_segment> >  Position_stem_segments_map; 
295
296 vector<Beam_segment>
297 Beam::get_beam_segments (Grob *me_grob, Grob **common)
298 {
299   Spanner *me = dynamic_cast<Spanner*> (me_grob);
300
301   extract_grob_set (me, "stems", stems);
302   Grob *commonx = common_refpoint_of_array (stems, me, X_AXIS);
303
304   commonx = me->get_bound (LEFT)->common_refpoint (commonx, X_AXIS);
305   commonx = me->get_bound (RIGHT)->common_refpoint (commonx, X_AXIS);
306
307   *common = commonx;
308   
309   int gap_count = robust_scm2int (me->get_property ("gap-count"), 0);
310   Real gap_length = robust_scm2double (me->get_property ("gap"), 0.0);
311
312   Position_stem_segments_map stem_segments;
313   Real lt = me->layout ()->get_dimension (ly_symbol2scm ("line-thickness"));
314
315   Slice ranks;
316   
317   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
318     {
319       Grob *stem = stems[i];
320       Real stem_width = robust_scm2double (stem->get_property ("thickness"), 1.0) * lt;
321       Real stem_x = stem->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
322       SCM beaming = stem->get_property ("beaming");
323       Direction d = LEFT;
324       do
325         {
326           for (SCM s = index_get_cell (beaming, d);
327                scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
328             {
329               if (!scm_is_integer (scm_car (s)))
330                 continue;
331
332               int beam_rank = scm_to_int (scm_car (s));
333               ranks.add_point (beam_rank);
334             }
335           
336           for (SCM s = index_get_cell (beaming, d);
337                scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
338             {
339               if (!scm_is_integer (scm_car (s)))
340                 continue;
341           
342               int beam_rank = scm_to_int (scm_car (s));
343               Beam_stem_segment seg;
344               seg.stem_ = stem;
345               seg.stem_x_ = stem_x;
346               seg.rank_ = 2 * i  + (d+1)/2;
347               seg.width_ = stem_width;
348               seg.stem_index_ = i;
349               seg.dir_ = d;
350               seg.max_connect_ = robust_scm2int (stem->get_property ("max-beam-connect"), 1000);
351               
352               Direction stem_dir = get_grob_direction (stem);
353               
354               seg.gapped_
355                 = (stem_dir * beam_rank < (stem_dir * ranks[-stem_dir] + gap_count));
356               stem_segments[beam_rank].push_back (seg);
357             }
358         }
359       while (flip (&d) != LEFT);
360     }
361
362   Drul_array<Real> break_overshoot
363     = robust_scm2drul (me->get_property ("break-overshoot"),
364                        Drul_array<Real> (-0.5, 0.0));
365
366   vector<Beam_segment> segments;
367   for (Position_stem_segments_map::const_iterator i (stem_segments.begin ());
368        i != stem_segments.end (); i++)
369     {
370       vector<Beam_stem_segment> segs = (*i).second;
371       vector_sort (segs, less<Beam_stem_segment> ());
372
373       Beam_segment current;
374
375       int vertical_count =  (*i).first;
376       for (vsize j = 0; j < segs.size (); j++)
377         {
378           /*
379             event_dir == LEFT: left edge of a beamsegment.
380            */
381           Direction event_dir = LEFT;
382           do
383             {
384               bool on_bound = (event_dir == LEFT) ? j == 0 :
385                 j == segs.size() - 1;
386
387               bool inside_stem = (event_dir == LEFT)
388                         ? segs[j].stem_index_ > 0
389                         : segs[j].stem_index_ + 1  < stems.size () ;
390                       
391               bool event = on_bound
392                 || abs (segs[j].rank_ - segs[j+event_dir].rank_) > 1
393                 || (abs (vertical_count) >= segs[j].max_connect_
394                     || abs (vertical_count) >= segs[j + event_dir].max_connect_);
395               
396               if (!event)
397                 continue;
398
399               current.vertical_count_ = vertical_count;
400               current.horizontal_[event_dir] = segs[j].stem_x_;
401               if (segs[j].dir_ == event_dir)
402                 {
403                   if (on_bound
404                       && me->get_bound (event_dir)->break_status_dir ())
405                     {
406                       current.horizontal_[event_dir]
407                         = (me->get_bound (event_dir)->extent (commonx, X_AXIS)[RIGHT]
408                            + event_dir * break_overshoot[event_dir]);
409                     }
410                   else
411                     {
412                       Real notehead_width = 
413                         Stem::duration_log (segs[j].stem_) == 1
414                         ? 1.98
415                         : 1.32; // URG.
416
417
418                       if (inside_stem)
419                         {
420                           Grob *neighbor_stem = stems[segs[j].stem_index_ + event_dir];
421                           Real neighbor_stem_x = neighbor_stem->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
422
423                           notehead_width = min (notehead_width,
424                                                 fabs (neighbor_stem_x - segs[j].stem_x_)/2);
425                         }
426                       current.horizontal_[event_dir] += event_dir * notehead_width;
427                     }
428                 }
429               else
430                 {
431                   current.horizontal_[event_dir] += event_dir * segs[j].width_/2;
432                   if (segs[j].gapped_)
433                     current.horizontal_[event_dir] -= event_dir * gap_length;  
434                 }
435
436               if (event_dir == RIGHT)
437                 {
438                   segments.push_back (current);
439                   current = Beam_segment();
440                 }
441             }
442           while (flip (&event_dir) != LEFT);
443         }
444       
445     }
446
447   return segments;
448 }
449
450 MAKE_SCHEME_CALLBACK(Beam, print, 1);
451 SCM
452 Beam::print (SCM grob)
453 {
454   Spanner *me = unsmob_spanner (grob);
455   Grob *commonx = 0;
456   vector<Beam_segment> segments = get_beam_segments (me, &commonx);
457
458   Interval span;
459   if (visible_stem_count (me))
460     {
461       span[LEFT] = first_visible_stem (me)->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
462       span[RIGHT] = last_visible_stem (me)->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
463     }
464   else
465     {
466       extract_grob_set (me, "stems", stems);      
467       span[LEFT] = stems[0]->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
468       span[RIGHT] = stems.back ()->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
469     }
470
471   Real blot = me->layout ()->get_dimension (ly_symbol2scm ("blot-diameter"));
472
473   SCM posns = me->get_property ("quantized-positions");
474   Interval pos;
475   if (!is_number_pair (posns))
476     {
477       programming_error ("no beam positions?");
478       pos = Interval (0, 0);
479     }
480   else
481     pos = ly_scm2realdrul (posns);
482
483   scale_drul (&pos, Staff_symbol_referencer::staff_space (me));
484
485   Real dy = pos[RIGHT] - pos[LEFT];
486   Real slope = (dy && span.length ()) ? dy / span.length ()  : 0;
487
488   Real thick = get_thickness (me);
489   Real beam_dy = get_beam_translation (me);
490
491   Direction feather_dir = to_dir (me->get_property ("grow-direction"));
492   
493   Stencil the_beam;
494   for (vsize i = 0; i < segments.size (); i ++)
495     {
496       Real local_slope = slope;
497       if (feather_dir)
498         {
499           local_slope += feather_dir * segments[i].vertical_count_ * beam_dy / span.length ();
500         }
501       
502       Stencil b = Lookup::beam (local_slope, segments[i].horizontal_.length (), thick, blot);
503
504       b.translate_axis (segments[i].horizontal_[LEFT], X_AXIS);
505       
506       b.translate_axis (local_slope
507                         * (segments[i].horizontal_[LEFT] - span.linear_combination (feather_dir))
508                         + pos.linear_combination (feather_dir)
509                         + beam_dy * segments[i].vertical_count_, Y_AXIS);
510       the_beam.add_stencil (b);      
511     }
512          
513 #if (DEBUG_BEAM_SCORING)
514   SCM quant_score = me->get_property ("quant-score");
515   SCM debug = me->layout ()->lookup_variable (ly_symbol2scm ("debug-beam-scoring"));
516   if (to_boolean (debug) && scm_is_string (quant_score))
517     {
518       extract_grob_set (me, "stems", stems);      
519
520       /*
521         This code prints the demerits for each beam. Perhaps this
522         should be switchable for those who want to twiddle with the
523         parameters.
524       */
525       string str;
526       SCM properties = Font_interface::text_font_alist_chain (me);
527
528       Direction stem_dir = stems.size () ? to_dir (stems[0]->get_property ("direction")) : UP;
529
530       Stencil score = *unsmob_stencil (Text_interface::interpret_markup
531                                     (me->layout ()->self_scm (), properties, quant_score));
532
533       if (!score.is_empty ())
534         the_beam.add_at_edge (Y_AXIS, stem_dir, score, 1.0, 0);
535     }
536 #endif
537
538   the_beam.translate_axis (-me->relative_coordinate (commonx, X_AXIS), X_AXIS);
539   return the_beam.smobbed_copy ();
540 }
541  
542 Direction
543 Beam::get_default_dir (Grob *me)
544 {
545   extract_grob_set (me, "stems", stems);
546
547   Drul_array<Real> extremes (0.0, 0.0);
548   for (iterof (s, stems); s != stems.end (); s++)
549     {
550       Interval positions = Stem::head_positions (*s);
551       Direction d = DOWN;
552       do
553         {
554           if (sign (positions[d]) == d)
555             extremes[d] = d * max (d * positions[d], d * extremes[d]);
556         }
557       while (flip (&d) != DOWN);
558     }
559
560   Drul_array<int> total (0, 0);
561   Drul_array<int> count (0, 0);
562
563   bool force_dir = false;
564   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
565     {
566       Grob *s = stems[i];
567       Direction stem_dir = CENTER;
568       SCM stem_dir_scm = s->get_property_data ("direction");
569       if (is_direction (stem_dir_scm))
570         {
571           stem_dir = to_dir (stem_dir_scm);
572           force_dir = true;
573         }
574       else
575         stem_dir = to_dir (s->get_property ("default-direction"));
576
577       if (!stem_dir)
578         stem_dir = to_dir (s->get_property ("neutral-direction"));
579
580       if (stem_dir)
581         {
582           count[stem_dir] ++;
583           total[stem_dir] += max (int (- stem_dir * Stem::head_positions (s) [-stem_dir]), 0);
584         }
585     }
586
587
588   if (!force_dir)
589     {
590       if (abs (extremes[UP]) > -extremes[DOWN])
591         return DOWN;
592       else if (extremes[UP] < -extremes[DOWN])
593         return UP;
594     }
595   
596   Direction dir = CENTER;
597   Direction d = CENTER;
598   if ((d = (Direction) sign (count[UP] - count[DOWN])))
599     dir = d;
600   else if (count[UP]
601            && count[DOWN]
602            && (d = (Direction)  sign (total[UP] / count[UP] - total[DOWN]/count[DOWN])))
603     dir = d;
604   else if ((d = (Direction)  sign (total[UP] - total[DOWN])))
605     dir = d;
606   else
607     dir = to_dir (me->get_property ("neutral-direction"));
608   
609   return dir;
610 }
611
612 /* Set all stems with non-forced direction to beam direction.
613    Urg: non-forced should become `without/with unforced' direction,
614    once stem gets cleaned-up. */
615 void
616 Beam::set_stem_directions (Grob *me, Direction d)
617 {
618   extract_grob_set (me, "stems", stems);
619
620   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
621     {
622       Grob *s = stems[i];
623
624       SCM forcedir = s->get_property_data ("direction");
625       if (!to_dir (forcedir))
626         set_grob_direction (s, d);
627     }
628 }
629
630 /*
631   Only try horizontal beams for knees.  No reliable detection of
632   anything else is possible here, since we don't know funky-beaming
633   settings, or X-distances (slopes!)  People that want sloped
634   knee-beams, should set the directions manually.
635
636
637   TODO:
638
639   this routine should take into account the stemlength scoring
640   of a possible knee/nonknee beam.
641 */
642 void
643 Beam::consider_auto_knees (Grob *me)
644 {
645   SCM scm = me->get_property ("auto-knee-gap");
646   if (!scm_is_number (scm))
647     return;
648
649   Interval_set gaps;
650
651   gaps.set_full ();
652
653   extract_grob_set (me, "stems", stems);
654
655   Grob *common = common_refpoint_of_array (stems, me, Y_AXIS);
656   Real staff_space = Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
657
658   vector<Interval> head_extents_array;
659   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
660     {
661       Grob *stem = stems[i];
662       if (Stem::is_invisible (stem))
663         continue;
664
665       Interval head_extents = Stem::head_positions (stem);
666       if (!head_extents.is_empty ())
667         {
668           head_extents[LEFT] += -1;
669           head_extents[RIGHT] += 1;
670           head_extents *= staff_space * 0.5;
671
672           /*
673             We could subtract beam Y position, but this routine only
674             sets stem directions, a constant shift does not have an
675             influence.
676           */
677           head_extents += stem->relative_coordinate (common, Y_AXIS);
678
679           if (to_dir (stem->get_property_data ("direction")))
680             {
681               Direction stemdir = to_dir (stem->get_property ("direction"));
682               head_extents[-stemdir] = -stemdir * infinity_f;
683             }
684         }
685       head_extents_array.push_back (head_extents);
686
687       gaps.remove_interval (head_extents);
688     }
689
690   Interval max_gap;
691   Real max_gap_len = 0.0;
692
693   for (vsize i = gaps.allowed_regions_.size () -1; i != VPOS ;i--)
694     {
695       Interval gap = gaps.allowed_regions_[i];
696
697       /*
698         the outer gaps are not knees.
699       */
700       if (isinf (gap[LEFT]) || isinf (gap[RIGHT]))
701         continue;
702
703       if (gap.length () >= max_gap_len)
704         {
705           max_gap_len = gap.length ();
706           max_gap = gap;
707         }
708     }
709
710   Real beam_translation = get_beam_translation (me);
711   Real beam_thickness = Beam::get_thickness (me);
712   int beam_count = Beam::get_beam_count (me);
713   Real height_of_beams = beam_thickness / 2
714     + (beam_count - 1) * beam_translation;
715   Real threshold = scm_to_double (scm) + height_of_beams;
716
717   if (max_gap_len > threshold)
718     {
719       int j = 0;
720       for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
721         {
722           Grob *stem = stems[i];
723           if (Stem::is_invisible (stem))
724             continue;
725
726           Interval head_extents = head_extents_array[j++];
727
728           Direction d = (head_extents.center () < max_gap.center ())
729             ? UP : DOWN;
730
731           stem->set_property ("direction", scm_from_int (d));
732
733           head_extents.intersect (max_gap);
734           assert (head_extents.is_empty () || head_extents.length () < 1e-6);
735         }
736     }
737 }
738
739 /* Set stem's shorten property if unset.
740
741 TODO:
742 take some y-position (chord/beam/nearest?) into account
743 scmify forced-fraction
744
745 This is done in beam because the shorten has to be uniform over the
746 entire beam.
747 */
748
749
750
751 void
752 set_minimum_dy (Grob *me, Real *dy)
753 {
754   if (*dy)
755     {
756       /*
757         If dy is smaller than the smallest quant, we
758         get absurd direction-sign penalties.
759       */
760
761       Real ss = Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
762       Real thickness = Beam::get_thickness (me) / ss;
763       Real slt = Staff_symbol_referencer::line_thickness (me) / ss;
764       Real sit = (thickness - slt) / 2;
765       Real inter = 0.5;
766       Real hang = 1.0 - (thickness - slt) / 2;
767
768       *dy = sign (*dy) * max (fabs (*dy),
769                               min (min (sit, inter), hang));
770     }
771 }
772
773   
774
775 MAKE_SCHEME_CALLBACK(Beam, calc_stem_shorten, 1)
776 SCM
777 Beam::calc_stem_shorten (SCM smob)
778 {
779   Grob *me = unsmob_grob (smob);
780   
781   /*
782     shortening looks silly for x staff beams
783   */
784   if (is_knee (me))
785     return scm_from_int (0);
786
787   Real forced_fraction = 1.0 * forced_stem_count (me)
788     / visible_stem_count (me);
789
790   int beam_count = get_beam_count (me);
791
792   SCM shorten_list = me->get_property ("beamed-stem-shorten");
793   if (shorten_list == SCM_EOL)
794     return scm_from_int (0);
795
796   Real staff_space = Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
797
798   SCM shorten_elt
799     = robust_list_ref (beam_count -1, shorten_list);
800   Real shorten = scm_to_double (shorten_elt) * staff_space;
801
802   shorten *= forced_fraction;
803
804   
805   if (shorten)
806     return scm_from_double (shorten);
807
808   return scm_from_double (0.0);
809 }
810
811
812
813 /*
814   Compute a first approximation to the beam slope.
815 */
816 MAKE_SCHEME_CALLBACK (Beam, calc_least_squares_positions, 2);
817 SCM
818 Beam::calc_least_squares_positions (SCM smob, SCM posns)
819 {
820   (void) posns;
821   
822   Grob *me = unsmob_grob (smob);
823
824   int count = visible_stem_count (me);
825   Interval pos (0,0);
826   if (count < 1)
827     return ly_interval2scm (pos);
828
829   vector<Real> x_posns;
830   extract_grob_set (me, "stems", stems);
831   Grob *commonx = common_refpoint_of_array (stems, me, X_AXIS);
832   Grob *commony = common_refpoint_of_array (stems, me, Y_AXIS);
833
834   Real my_y = me->relative_coordinate (commony, Y_AXIS);
835
836   Grob *fvs = first_visible_stem (me);
837   Grob *lvs = last_visible_stem (me);
838
839   Interval ideal (Stem::get_stem_info (fvs).ideal_y_
840                   + fvs->relative_coordinate (commony, Y_AXIS) - my_y,
841                   Stem::get_stem_info (lvs).ideal_y_
842                   + lvs->relative_coordinate (commony, Y_AXIS) - my_y);
843
844   Real x0 = first_visible_stem (me)->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
845   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
846     {
847       Grob *s = stems[i];
848
849       Real x = s->relative_coordinate (commonx, X_AXIS) - x0;
850       x_posns.push_back (x);
851     }
852   Real dx = last_visible_stem (me)->relative_coordinate (commonx, X_AXIS) - x0;
853
854   Real y = 0;
855   Real slope = 0;
856   Real dy = 0;
857   Real ldy = 0.0;
858   if (!ideal.delta ())
859     {
860       Interval chord (Stem::chord_start_y (first_visible_stem (me)),
861                       Stem::chord_start_y (last_visible_stem (me)));
862
863       /* Simple beams (2 stems) on middle line should be allowed to be
864          slightly sloped.
865
866          However, if both stems reach middle line,
867          ideal[LEFT] == ideal[RIGHT] and ideal.delta () == 0.
868
869          For that case, we apply artificial slope */
870       if (!ideal[LEFT] && chord.delta () && count == 2)
871         {
872           /* FIXME. -> UP */
873           Direction d = (Direction) (sign (chord.delta ()) * UP);
874           pos[d] = get_thickness (me) / 2;
875           pos[-d] = -pos[d];
876         }
877       else
878         pos = ideal;
879
880       /*
881         For broken beams this doesn't work well. In this case, the
882         slope esp. of the first part of a broken beam should predict
883         where the second part goes.
884       */
885       ldy = pos[RIGHT] - pos[LEFT];
886     }
887   else
888     {
889       vector<Offset> ideals;
890       for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
891         {
892           Grob *s = stems[i];
893           if (!Stem::is_normal_stem (s))
894             continue;
895
896           ideals.push_back (Offset (x_posns[i],
897                                Stem::get_stem_info (s).ideal_y_
898                                + s->relative_coordinate (commony, Y_AXIS)
899                                - my_y));
900         }
901
902       minimise_least_squares (&slope, &y, ideals);
903
904       dy = slope * dx;
905
906       set_minimum_dy (me, &dy);
907
908       ldy = dy;
909       pos = Interval (y, (y + dy));
910     }
911
912   /*
913     "position" is relative to the staff.
914   */
915   scale_drul (&pos, 1 / Staff_symbol_referencer::staff_space (me));
916
917   me->set_property ("least-squares-dy",  scm_from_double (ldy));
918   return ly_interval2scm (pos);
919 }
920
921 /*
922   We can't combine with previous function, since check concave and
923   slope damping comes first.
924
925   TODO: we should use the concaveness to control the amount of damping
926   applied.
927 */
928 MAKE_SCHEME_CALLBACK (Beam, shift_region_to_valid, 2);
929 SCM
930 Beam::shift_region_to_valid (SCM grob, SCM posns)
931 {
932   Grob *me = unsmob_grob (grob);
933   /*
934     Code dup.
935   */
936   vector<Real> x_posns;
937   extract_grob_set (me, "stems", stems);
938   Grob *commonx = common_refpoint_of_array (stems, me, X_AXIS);
939   Grob *commony = common_refpoint_of_array (stems, me, Y_AXIS);
940
941   Grob *fvs = first_visible_stem (me);
942
943   if (!fvs)
944     return posns;
945
946   Real x0 = fvs->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
947   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
948     {
949       Grob *s = stems[i];
950
951       Real x = s->relative_coordinate (commonx, X_AXIS) - x0;
952       x_posns.push_back (x);
953     }
954
955   Grob *lvs = last_visible_stem (me);
956   if (!lvs)
957     return posns;
958
959   Real dx = lvs->relative_coordinate (commonx, X_AXIS) - x0;
960
961   Drul_array<Real> pos = ly_scm2interval (posns);
962   
963
964   scale_drul (&pos, Staff_symbol_referencer::staff_space (me));
965
966   Real dy = pos[RIGHT] - pos[LEFT];
967   Real y = pos[LEFT];
968   Real slope = dx ? (dy / dx) : 0.0;
969
970   /*
971     Shift the positions so that we have a chance of finding good
972     quants (i.e. no short stem failures.)
973   */
974   Interval feasible_left_point;
975   feasible_left_point.set_full ();
976   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
977     {
978       Grob *s = stems[i];
979       if (Stem::is_invisible (s))
980         continue;
981
982       Direction d = get_grob_direction (s);
983
984       Real left_y
985         = Stem::get_stem_info (s).shortest_y_
986         - slope * x_posns [i];
987
988       /*
989         left_y is now relative to the stem S. We want relative to
990         ourselves, so translate:
991       */
992       left_y
993         += + s->relative_coordinate (commony, Y_AXIS)
994         - me->relative_coordinate (commony, Y_AXIS);
995
996       Interval flp;
997       flp.set_full ();
998       flp[-d] = left_y;
999
1000       feasible_left_point.intersect (flp);
1001     }
1002
1003   if (feasible_left_point.is_empty ())
1004     warning (_ ("no viable initial configuration found: may not find good beam slope"));
1005   else if (!feasible_left_point.contains (y))
1006     {
1007       const int REGION_SIZE = 2; // UGH UGH
1008       if (isinf (feasible_left_point[DOWN]))
1009         y = feasible_left_point[UP] - REGION_SIZE;
1010       else if (isinf (feasible_left_point[UP]))
1011         y = feasible_left_point[DOWN]+ REGION_SIZE;
1012       else
1013         y = feasible_left_point.center ();
1014     }
1015
1016   pos = Drul_array<Real> (y, (y + dy));
1017   scale_drul (&pos, 1 / Staff_symbol_referencer::staff_space (me));
1018
1019   return ly_interval2scm (pos);
1020 }
1021
1022 /* This neat trick is by Werner Lemberg,
1023    damped = tanh (slope)
1024    corresponds with some tables in [Wanske] CHECKME */
1025 MAKE_SCHEME_CALLBACK (Beam, slope_damping, 2);
1026 SCM
1027 Beam::slope_damping (SCM smob, SCM posns)
1028 {
1029   Grob *me = unsmob_grob (smob);
1030   Drul_array<Real> pos = ly_scm2interval (posns);
1031
1032   if (visible_stem_count (me) <= 1)
1033     return posns;
1034
1035   
1036   SCM s = me->get_property ("damping");
1037   Real damping = scm_to_double (s);
1038   Real concaveness = robust_scm2double (me->get_property ("concaveness"), 0.0);
1039   if (concaveness >= 10000)
1040     {
1041       pos[LEFT] = pos[RIGHT];
1042       me->set_property ("least-squares-dy", scm_from_double (0));
1043       damping = 0;
1044     }
1045   
1046   if (damping)
1047     {
1048       scale_drul (&pos, Staff_symbol_referencer::staff_space (me));
1049
1050       Real dy = pos[RIGHT] - pos[LEFT];
1051
1052       Grob *fvs = first_visible_stem (me);
1053       Grob *lvs = last_visible_stem (me);
1054
1055       Grob *commonx = fvs->common_refpoint (lvs, X_AXIS);
1056
1057       Real dx = last_visible_stem (me)->relative_coordinate (commonx, X_AXIS)
1058         - first_visible_stem (me)->relative_coordinate (commonx, X_AXIS);
1059
1060       Real slope = dy && dx ? dy / dx : 0;
1061
1062       slope = 0.6 * tanh (slope) / (damping + concaveness);
1063
1064       Real damped_dy = slope * dx;
1065
1066       set_minimum_dy (me, &damped_dy);
1067
1068       pos[LEFT] += (dy - damped_dy) / 2;
1069       pos[RIGHT] -= (dy - damped_dy) / 2;
1070
1071       scale_drul (&pos, 1 / Staff_symbol_referencer::staff_space (me));
1072     }
1073
1074   return ly_interval2scm (pos);
1075 }
1076
1077 /*
1078   Report slice containing the numbers that are both in (car BEAMING)
1079   and (cdr BEAMING)
1080 */
1081 Slice
1082 where_are_the_whole_beams (SCM beaming)
1083 {
1084   Slice l;
1085
1086   for (SCM s = scm_car (beaming); scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
1087     {
1088       if (scm_c_memq (scm_car (s), scm_cdr (beaming)) != SCM_BOOL_F)
1089
1090         l.add_point (scm_to_int (scm_car (s)));
1091     }
1092
1093   return l;
1094 }
1095
1096 /* Return the Y position of the stem-end, given the Y-left, Y-right
1097    in POS for stem S.  This Y position is relative to S. */
1098 Real
1099 Beam::calc_stem_y (Grob *me, Grob *stem, Grob **common,
1100                    Real xl, Real xr,
1101                    Drul_array<Real> pos, bool french)
1102 {
1103   Real beam_translation = get_beam_translation (me);
1104
1105   Real r = stem->relative_coordinate (common[X_AXIS], X_AXIS) - xl;
1106   Real dy = pos[RIGHT] - pos[LEFT];
1107   Real dx = xr - xl;
1108   Real stem_y_beam0 = (dy && dx
1109                        ? r / dx
1110                        * dy
1111                        : 0) + pos[LEFT];
1112
1113   Direction my_dir = get_grob_direction (stem);
1114   SCM beaming = stem->get_property ("beaming");
1115
1116   Real stem_y = stem_y_beam0;
1117   if (french)
1118     {
1119       Slice bm = where_are_the_whole_beams (beaming);
1120       if (!bm.is_empty ())
1121         stem_y += beam_translation * bm[-my_dir];
1122     }
1123   else
1124     {
1125       Slice bm = Stem::beam_multiplicity (stem);
1126       if (!bm.is_empty ())
1127         stem_y += bm[my_dir] * beam_translation;
1128     }
1129
1130   Real id = me->relative_coordinate (common[Y_AXIS], Y_AXIS)
1131     - stem->relative_coordinate (common[Y_AXIS], Y_AXIS);
1132
1133   return stem_y + id;
1134 }
1135
1136 /*
1137   Hmm.  At this time, beam position and slope are determined.  Maybe,
1138   stem directions and length should set to relative to the chord's
1139   position of the beam.  */
1140 MAKE_SCHEME_CALLBACK(Beam, set_stem_lengths, 1); 
1141 SCM
1142 Beam::set_stem_lengths (SCM smob)
1143 {
1144   Grob *me = unsmob_grob (smob);
1145
1146   /* trigger callbacks. */
1147   (void) me->get_property ("direction");
1148   (void) me->get_property ("beaming");
1149
1150   SCM posns = me->get_property ("positions");
1151   
1152   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1153   if (!stems.size ())
1154     return posns;
1155
1156   Grob *common[2];
1157   for (int a = 2; a--;)
1158     common[a] = common_refpoint_of_array (stems, me, Axis (a));
1159
1160   Drul_array<Real> pos = ly_scm2realdrul (posns);
1161   Real staff_space = Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
1162   scale_drul (&pos, staff_space);
1163
1164   bool gap = false;
1165   Real thick = 0.0;
1166   if (robust_scm2int (me->get_property ("gap-count"), 0))
1167     {
1168       gap = true;
1169       thick = get_thickness (me);
1170     }
1171
1172   Grob *fvs = first_visible_stem (me);
1173   Grob *lvs = last_visible_stem (me);
1174
1175   Real xl = fvs ? fvs->relative_coordinate (common[X_AXIS], X_AXIS) : 0.0;
1176   Real xr = lvs ? lvs->relative_coordinate (common[X_AXIS], X_AXIS) : 0.0;
1177
1178   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
1179     {
1180       Grob *s = stems[i];
1181
1182       bool french = to_boolean (s->get_property ("french-beaming"));
1183       Real stem_y = calc_stem_y (me, s, common,
1184                                  xl, xr,
1185                                  pos, french && s != lvs && s!= fvs);
1186
1187       /*
1188         Make the stems go up to the end of the beam. This doesn't matter
1189         for normal beams, but for tremolo beams it looks silly otherwise.
1190       */
1191       if (gap
1192            && !Stem::is_invisible (s))
1193         stem_y += thick * 0.5 * get_grob_direction (s);
1194
1195       /*
1196         Do set_stemend for invisible stems too, so tuplet brackets
1197         have a reference point for sloping
1198        */
1199       Stem::set_stemend (s, 2 * stem_y / staff_space);
1200     }
1201
1202   return posns;
1203 }
1204
1205 void
1206 Beam::set_beaming (Grob *me, Beaming_pattern const *beaming)
1207 {
1208   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1209
1210   Direction d = LEFT;
1211   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
1212     {
1213       /*
1214         Don't overwrite user settings.
1215       */
1216       do
1217         {
1218           Grob *stem = stems[i];
1219           SCM beaming_prop = stem->get_property ("beaming");
1220           if (beaming_prop == SCM_EOL
1221               || index_get_cell (beaming_prop, d) == SCM_EOL)
1222             {
1223               int count = beaming->beamlet_count (i, d);
1224               if (i > 0
1225                   && i + 1 < stems.size ()
1226                   && Stem::is_invisible (stem))
1227                 count = min (count, beaming->beamlet_count (i,-d));
1228
1229               if ( ((i == 0 && d == LEFT)
1230                     || (i == stems.size ()-1 && d == RIGHT))
1231                    && stems.size () > 1
1232                    && to_boolean (me->get_property ("clip-edges")))
1233                 count = 0;
1234
1235               Stem::set_beaming (stem, count, d);
1236             }
1237         }
1238       while (flip (&d) != LEFT);
1239     }
1240 }
1241
1242 int
1243 Beam::forced_stem_count (Grob *me)
1244 {
1245   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1246
1247   int f = 0;
1248   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
1249     {
1250       Grob *s = stems[i];
1251
1252       if (Stem::is_invisible (s))
1253         continue;
1254
1255       /* I can imagine counting those boundaries as a half forced stem,
1256          but let's count them full for now. */
1257       Direction defdir = to_dir (s->get_property ("default-direction"));
1258       
1259       if (abs (Stem::chord_start_y (s)) > 0.1
1260           && defdir
1261           && get_grob_direction (s) != defdir)
1262         f++;
1263     }
1264   return f;
1265 }
1266
1267 int
1268 Beam::visible_stem_count (Grob *me)
1269 {
1270   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1271   int c = 0;
1272   for (vsize i = stems.size (); i--;)
1273     {
1274       if (!Stem::is_invisible (stems[i]))
1275         c++;
1276     }
1277   return c;
1278 }
1279
1280 Grob *
1281 Beam::first_visible_stem (Grob *me)
1282 {
1283   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1284
1285   for (vsize i = 0; i < stems.size (); i++)
1286     {
1287       if (Stem::is_normal_stem (stems[i]))
1288         return stems[i];
1289     }
1290   return 0;
1291 }
1292
1293 Grob *
1294 Beam::last_visible_stem (Grob *me)
1295 {
1296   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1297
1298   for (vsize i = stems.size (); i--;)
1299     {
1300       if (Stem::is_normal_stem (stems[i]))
1301         return stems[i];
1302     }
1303   return 0;
1304 }
1305
1306 /*
1307   [TODO]
1308
1309   handle rest under beam (do_post: beams are calculated now)
1310   what about combination of collisions and rest under beam.
1311
1312   Should lookup
1313
1314   rest -> stem -> beam -> interpolate_y_position ()
1315 */
1316 MAKE_SCHEME_CALLBACK_WITH_OPTARGS (Beam, rest_collision_callback, 2, 1);
1317 SCM
1318 Beam::rest_collision_callback (SCM smob, SCM prev_offset)
1319 {
1320   Grob *rest = unsmob_grob (smob);
1321   if (scm_is_number (rest->get_property ("staff-position")))
1322     return scm_from_int (0);
1323
1324   Real offset = robust_scm2double (prev_offset, 0.0);
1325   
1326   Grob *st = unsmob_grob (rest->get_object ("stem"));
1327   Grob *stem = st;
1328   if (!stem)
1329     return scm_from_double (0.0);
1330   Grob *beam = unsmob_grob (stem->get_object ("beam"));
1331   if (!beam
1332       || !Beam::has_interface (beam)
1333       || !Beam::visible_stem_count (beam))
1334     return scm_from_double (0.0);
1335
1336   Drul_array<Real> pos (robust_scm2drul (beam->get_property ("positions"),
1337                                          Drul_array<Real> (0,0)));
1338
1339   Real staff_space = Staff_symbol_referencer::staff_space (rest);
1340
1341   scale_drul (&pos, staff_space);
1342
1343   Real dy = pos[RIGHT] - pos[LEFT];
1344
1345   Drul_array<Grob*> visible_stems (first_visible_stem (beam),
1346                                    last_visible_stem (beam));
1347   extract_grob_set (beam, "stems", stems);
1348   
1349   Grob *common = common_refpoint_of_array (stems, beam, X_AXIS);
1350   
1351   Real x0 = visible_stems[LEFT]->relative_coordinate (common, X_AXIS);
1352   Real dx = visible_stems[RIGHT]->relative_coordinate (common, X_AXIS) - x0;
1353   Real slope = dy && dx ? dy / dx : 0;
1354
1355   Direction d = get_grob_direction (stem);
1356   Real stem_y = pos[LEFT]
1357     + (stem->relative_coordinate (common, X_AXIS) - x0) * slope;
1358
1359   Real beam_translation = get_beam_translation (beam);
1360   Real beam_thickness = Beam::get_thickness (beam);
1361
1362   /*
1363     TODO: this is not strictly correct for 16th knee beams.
1364   */
1365   int beam_count
1366     = Stem::beam_multiplicity (stem).length () + 1;
1367
1368   Real height_of_my_beams = beam_thickness / 2
1369     + (beam_count - 1) * beam_translation;
1370   Real beam_y = stem_y - d * height_of_my_beams;
1371
1372   Grob *common_y = rest->common_refpoint (beam, Y_AXIS);
1373
1374   /*
1375     TODO: this is dubious, because this call needs the info we're
1376     computing right now.
1377    */
1378   Interval rest_extent = rest->extent (common_y, Y_AXIS);
1379   rest_extent.translate (offset);
1380   
1381   Real rest_dim = rest_extent[d];
1382   Real minimum_distance
1383     = staff_space * (robust_scm2double (stem->get_property ("stemlet-length"), 0.0)
1384                      + robust_scm2double (rest->get_property ("minimum-distance"), 0.0));
1385
1386   Real shift = d * min (d * (beam_y - d * minimum_distance - rest_dim), 0.0);
1387
1388   shift /= staff_space;
1389   Real rad = Staff_symbol_referencer::line_count (rest) * staff_space / 2;
1390
1391   /* Always move discretely by half spaces */
1392   shift = ceil (fabs (shift * 2.0)) / 2.0 * sign (shift);
1393
1394   /* Inside staff, move by whole spaces*/
1395   if ((rest_extent[d] + staff_space * shift) * d
1396       < rad
1397       || (rest_extent[-d] + staff_space * shift) * -d
1398       < rad)
1399     shift = ceil (fabs (shift)) * sign (shift);
1400
1401   return scm_from_double (offset + staff_space * shift);
1402 }
1403
1404 bool
1405 Beam::is_knee (Grob *me)
1406 {
1407   SCM k = me->get_property ("knee");
1408   if (scm_is_bool (k))
1409     return ly_scm2bool (k);
1410
1411   bool knee = false;
1412   int d = 0;
1413   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1414   for (vsize i = stems.size (); i--;)
1415     {
1416       Direction dir = get_grob_direction (stems[i]);
1417       if (d && d != dir)
1418         {
1419           knee = true;
1420           break;
1421         }
1422       d = dir;
1423     }
1424
1425   me->set_property ("knee", ly_bool2scm (knee));
1426
1427   return knee;
1428 }
1429
1430 int
1431 Beam::get_direction_beam_count (Grob *me, Direction d)
1432 {
1433   extract_grob_set (me, "stems", stems);
1434   int bc = 0;
1435
1436   for (vsize i = stems.size (); i--;)
1437     {
1438       /*
1439         Should we take invisible stems into account?
1440       */
1441       if (get_grob_direction (stems[i]) == d)
1442         bc = max (bc, (Stem::beam_multiplicity (stems[i]).length () + 1));
1443     }
1444
1445   return bc;
1446 }
1447
1448 ADD_INTERFACE (Beam,
1449                "beam-interface",
1450
1451                "A beam. \n\n"
1452                "The @code{thickness} property is the weight of beams, "
1453                "measured in staffspace.  The @code{direction} "
1454                "property is not user-serviceable. Use "
1455                "the @code{direction} property of @code{Stem} instead. "
1456
1457                ,
1458                
1459                /* properties */
1460                "auto-knee-gap "
1461                "beamed-stem-shorten "
1462                "beaming "
1463                "break-overshoot "
1464                "clip-edges "
1465                "concaveness "
1466                "damping "
1467                "details "
1468                "direction " 
1469                "gap "
1470                "gap-count "
1471                "grow-direction "
1472                "inspect-quants "
1473                "knee "
1474                "length-fraction "
1475                "least-squares-dy "
1476                "neutral-direction "
1477                "positions "
1478                "quant-score "
1479                "quantized-positions "
1480                "shorten "
1481                "stems "
1482                "thickness "
1483                );