lily/lookup.cc

   1 /*
   2   This file is part of LilyPond, the GNU music typesetter.
   3
   4   Copyright (C) 1997--2012 Han-Wen Nienhuys <hanwen@xs4all.nl>
   5
   6   Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   7
   8   LilyPond is free software: you can redistribute it and/or modify
   9   it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  11   (at your option) any later version.
  12
  13   LilyPond is distributed in the hope that it will be useful,
  14   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16   GNU General Public License for more details.
  17
  18   You should have received a copy of the GNU General Public License
  19   along with LilyPond.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  20 */
  21
  22 #include "lookup.hh"
  23
  24 #include <cmath>
  25 #include <cctype>
  26 using namespace std;
  27
  28 #include "line-interface.hh"
  29 #include "warn.hh"
  30 #include "dimensions.hh"
  31 #include "bezier.hh"
  32 #include "file-path.hh"
  33 #include "main.hh"
  34 #include "lily-guile.hh"
  35
  36 Stencil
  37 Lookup::beam (Real slope, Real width, Real thick, Real blot)
  38 {
  39   Box b;
  40
  41   Offset p;
  42
  43   p = Offset (0, thick / 2);
  44   b.add_point (p);
  45   p += Offset (1, -1) * (blot / 2);
  46
  47   SCM points = SCM_EOL;
  48
  49   points = scm_cons (scm_from_double (p[X_AXIS]),
  50                      scm_cons (scm_from_double (p[Y_AXIS]),
  51                                points));
  52
  53   p = Offset (0, -thick / 2);
  54   b.add_point (p);
  55   p += Offset (1, 1) * (blot / 2);
  56
  57   points = scm_cons (scm_from_double (p[X_AXIS]),
  58                      scm_cons (scm_from_double (p[Y_AXIS]),
  59                                points));
  60
  61   p = Offset (width, width * slope - thick / 2);
  62   b.add_point (p);
  63   p += Offset (-1, 1) * (blot / 2);
  64
  65   points = scm_cons (scm_from_double (p[X_AXIS]),
  66                      scm_cons (scm_from_double (p[Y_AXIS]),
  67                                points));
  68
  69   p = Offset (width, width * slope + thick / 2);
  70   b.add_point (p);
  71   p += Offset (-1, -1) * (blot / 2);
  72
  73   points = scm_cons (scm_from_double (p[X_AXIS]),
  74                      scm_cons (scm_from_double (p[Y_AXIS]),
  75                                points));
  76
  77   SCM expr = scm_list_n (ly_symbol2scm ("polygon"),
  78                          ly_quote_scm (points),
  79                          scm_from_double (blot),
  80                          SCM_BOOL_T,
  81                          SCM_UNDEFINED);
  82
  83   return Stencil (b, expr);
  84 }
  85
  86 Stencil
  87 Lookup::rotated_box (Real slope, Real width, Real thick, Real blot)
  88 {
  89   vector<Offset> pts;
  90   Offset rot (1, slope);
  91
  92   thick -= 2 * blot;
  93   width -= 2 * blot;
  94   rot /= sqrt (1 + slope * slope);
  95   pts.push_back (Offset (0, -thick / 2) * rot);
  96   pts.push_back (Offset (width, -thick / 2) * rot);
  97   pts.push_back (Offset (width, thick / 2) * rot);
  98   pts.push_back (Offset (0, thick / 2) * rot);
  99   return Lookup::round_filled_polygon (pts, blot);
 100 }
 101
 102 Stencil
 103 Lookup::horizontal_line (Interval w, Real th)
 104 {
 105   SCM at = scm_list_n (ly_symbol2scm ("draw-line"),
 106                        scm_from_double (th),
 107                        scm_from_double (w[LEFT]),
 108                        scm_from_double (0),
 109                        scm_from_double (w[RIGHT]),
 110                        scm_from_double (0),
 111                        SCM_UNDEFINED);
 112
 113   Box box;
 114   box[X_AXIS] = w;
 115   box[Y_AXIS] = Interval (-th / 2, th / 2);
 116
 117   return Stencil (box, at);
 118 }
 119
 120 Stencil
 121 Lookup::blank (Box b)
 122 {
 123   return Stencil (b, scm_from_locale_string (""));
 124 }
 125
 126 Stencil
 127 Lookup::circle (Real rad, Real thick, bool filled)
 128 {
 129   Box b (Interval (-rad, rad), Interval (-rad, rad));
 130   return Stencil (b, scm_list_4 (ly_symbol2scm ("circle"),
 131                                  scm_from_double (rad),
 132                                  scm_from_double (thick),
 133                                  scm_from_bool (filled)));
 134 }
 135
 136 Stencil
 137 Lookup::filled_box (Box b)
 138 {
 139   return round_filled_box (b, 0.0);
 140 }
 141
 142 /*
 143  * round filled box:
 144  *
 145  *   __________________________________
 146  *  /     \  ^           /     \      ^
 147  * |         |blot              |     |
 148  * |       | |dia       |       |     |
 149  * |         |meter             |     |
 150  * |\ _ _ /  v           \ _ _ /|     |
 151  * |                            |     |
 152  * |                            |     | Box
 153  * |                    <------>|     | extent
 154  * |                      blot  |     | (Y_AXIS)
 155  * |                    diameter|     |
 156  * |                            |     |
 157  * |  _ _                  _ _  |     |
 158  * |/     \              /     \|     |
 159  * |                            |     |
 160  * |       |            |       |     |
 161  * |                            |     |
 162  * x\_____/______________\_____/|_____v
 163  * |(0, 0)                       |
 164  * |                            |
 165  * |                            |
 166  * |<-------------------------->|
 167  *       Box extent (X_AXIS)
 168  */
 169 Stencil
 170 Lookup::round_filled_box (Box b, Real blotdiameter)
 171 {
 172   if (b.x ().length () < blotdiameter)
 173     blotdiameter = b.x ().length ();
 174   if (b.y ().length () < blotdiameter)
 175     blotdiameter = b.y ().length ();
 176
 177   if (b.x ().is_empty () || b.y ().is_empty ())
 178     return Stencil (b, SCM_EOL);
 179
 180   SCM at = (scm_list_n (ly_symbol2scm ("round-filled-box"),
 181                         scm_from_double (-b[X_AXIS][LEFT]),
 182                         scm_from_double (b[X_AXIS][RIGHT]),
 183                         scm_from_double (-b[Y_AXIS][DOWN]),
 184                         scm_from_double (b[Y_AXIS][UP]),
 185                         scm_from_double (blotdiameter),
 186                         SCM_UNDEFINED));
 187
 188   return Stencil (b, at);
 189 }
 190
 191 /*
 192  * Create Stencil that represents a filled polygon with round edges.
 193  *
 194  * LIMITATIONS:
 195  *
 196  * (a) Only outer (convex) edges are rounded.
 197  *
 198  * (b) This algorithm works as expected only for polygons whose edges
 199  * do not intersect.  For example, the polygon ((0, 0), (q, 0), (0,
 200  * q), (q, q)) has an intersection at point (q/2, q/2) and therefore
 201  * will give a strange result.  Even non-adjacent edges that just
 202  * touch each other will in general not work as expected for non-null
 203  * blotdiameter.
 204  *
 205  * (c) Given a polygon ((x0, y0), (x1, y1), ... , (x (n-1), y (n-1))),
 206  * if there is a natural number k such that blotdiameter is greater
 207  * than the maximum of { | (x (k mod n), y (k mod n)) - (x ((k+1) mod n),
 208  * y ((k+1) mod n)) |, | (x (k mod n), y (k mod n)) - (x ((k+2) mod n),
 209  * y ((k+2) mod n)) |, | (x ((k+1) mod n), y ((k+1) mod n)) - (x ((k+2)
 210  * mod n), y ((k+2) mod n)) | }, then the outline of the rounded
 211  * polygon will exceed the outline of the core polygon.  In other
 212  * words: Do not draw rounded polygons that have a leg smaller or
 213  * thinner than blotdiameter (or set blotdiameter to a sufficiently
 214  * small value -- maybe even 0.0)!
 215  *
 216  * NOTE: Limitations (b) and (c) arise from the fact that round edges
 217  * are made by moulding sharp edges to round ones rather than adding
 218  * to a core filled polygon.  For details of these two different
 219  * approaches, see the thread upon the ledger lines patch that started
 220  * on March 25, 2002 on the devel mailing list.  The below version of
 221  * round_filled_polygon () sticks to the moulding model, which the
 222  * majority of the list participants finally voted for.  This,
 223  * however, results in the above limitations and a much increased
 224  * complexity of the algorithm, since it has to compute a shrinked
 225  * polygon -- which is not trivial define precisely and unambigously.
 226  * With the other approach, one simply could move a circle of size
 227  * blotdiameter along all edges of the polygon (which is what the
 228  * postscript routine in the backend effectively does, but on the
 229  * shrinked polygon). --jr
 230  */
 231 Stencil
 232 Lookup::round_filled_polygon (vector<Offset> const &points,
 233                               Real blotdiameter)
 234 {
 235   /* TODO: Maybe print a warning if one of the above limitations
 236      applies to the given polygon.  However, this is quite complicated
 237      to check. */
 238
 239   const Real epsilon = 0.01;
 240
 241 #ifndef NDEBUG
 242   /* remove consecutive duplicate points */
 243   for (vsize i = 0; i < points.size (); i++)
 244     {
 245       int next = (i + 1) % points.size ();
 246       Real d = (points[i] - points[next]).length ();
 247       if (d < epsilon)
 248         programming_error ("Polygon should not have duplicate points");
 249     }
 250 #endif
 251
 252   /* special cases: degenerated polygons */
 253   if (points.size () == 0)
 254     return Stencil ();
 255   if (points.size () == 1)
 256     {
 257       Stencil circ = circle (0.5 * blotdiameter, 0, true);
 258       circ.translate (points[0]);
 259       return circ;
 260     }
 261   if (points.size () == 2)
 262     return Line_interface::make_line (blotdiameter, points[0], points[1]);
 263
 264   /* shrink polygon in size by 0.5 * blotdiameter */
 265   vector<Offset> shrunk_points;
 266   shrunk_points.resize (points.size ());
 267   bool ccw = 1; // true, if three adjacent points are counterclockwise ordered
 268   for (vsize i = 0; i < points.size (); i++)
 269     {
 270       int i0 = i;
 271       int i1 = (i + 1) % points.size ();
 272       int i2 = (i + 2) % points.size ();
 273       Offset p0 = points[i0];
 274       Offset p1 = points[i1];
 275       Offset p2 = points[i2];
 276       Offset p10 = p0 - p1;
 277       Offset p12 = p2 - p1;
 278       if (p10.length () != 0.0)
 279         {
 280           // recompute ccw
 281           Real phi = p10.arg ();
 282           // rotate (p2 - p0) by (-phi)
 283           Offset q = complex_multiply (p2 - p0, complex_exp (Offset (1.0, -phi)));
 284
 285           if (q[Y_AXIS] > 0)
 286             ccw = 1;
 287           else if (q[Y_AXIS] < 0)
 288             ccw = 0;
 289           else {} // keep ccw unchanged
 290         }
 291       else {} // keep ccw unchanged
 292       Offset p10n = (1.0 / p10.length ()) * p10; // normalize length to 1.0
 293       Offset p12n = (1.0 / p12.length ()) * p12;
 294       Offset p13n = 0.5 * (p10n + p12n);
 295       Offset p14n = 0.5 * (p10n - p12n);
 296       Offset p13;
 297       Real d = p13n.length () * p14n.length (); // distance p3n to line (p1..p0)
 298       if (d < epsilon)
 299         // special case: p0, p1, p2 are on a single line => build
 300         // vector orthogonal to (p2-p0) of length 0.5 blotdiameter
 301         {
 302           p13[X_AXIS] = p10[Y_AXIS];
 303           p13[Y_AXIS] = -p10[X_AXIS];
 304           p13 = (0.5 * blotdiameter / p13.length ()) * p13;
 305         }
 306       else
 307         p13 = (0.5 * blotdiameter / d) * p13n;
 308       shrunk_points[i1] = p1 + ((ccw) ? p13 : -p13);
 309     }
 310
 311   /* build scm expression and bounding box */
 312   SCM shrunk_points_scm = SCM_EOL;
 313   Box box;
 314   for (vsize i = 0; i < shrunk_points.size (); i++)
 315     {
 316       SCM x = scm_from_double (shrunk_points[i][X_AXIS]);
 317       SCM y = scm_from_double (shrunk_points[i][Y_AXIS]);
 318       shrunk_points_scm = scm_cons (x, scm_cons (y, shrunk_points_scm));
 319       box.add_point (points[i]);
 320     }
 321   SCM polygon_scm = scm_list_n (ly_symbol2scm ("polygon"),
 322                                 ly_quote_scm (shrunk_points_scm),
 323                                 scm_from_double (blotdiameter),
 324                                 SCM_BOOL_T,
 325                                 SCM_UNDEFINED);
 326
 327   Stencil polygon = Stencil (box, polygon_scm);
 328   shrunk_points.clear ();
 329   return polygon;
 330 }
 331
 332 /*
 333   TODO: deprecate?
 334 */
 335 Stencil
 336 Lookup::frame (Box b, Real thick, Real blot)
 337 {
 338   Stencil m;
 339   for (Axis a = X_AXIS; a < NO_AXES; a = Axis (a + 1))
 340     {
 341       Axis o = Axis ((a + 1) % NO_AXES);
 342       for (LEFT_and_RIGHT (d))
 343         {
 344           Box edges;
 345           edges[a] = b[a][d] + 0.5 * thick * Interval (-1, 1);
 346           edges[o][DOWN] = b[o][DOWN] - thick / 2;
 347           edges[o][UP] = b[o][UP] + thick / 2;
 348
 349           m.add_stencil (round_filled_box (edges, blot));
 350         }
 351     }
 352   return m;
 353 }
 354
 355 /*
 356   Make a smooth curve along the points
 357 */
 358 Stencil
 359 Lookup::slur (Bezier curve, Real curvethick, Real linethick,
 360               SCM dash_details)
 361 {
 362   Stencil return_value;
 363
 364   /*
 365       calculate the offset for the two beziers that make the sandwich
 366       for the slur
 367   */
 368   Real alpha = (curve.control_[3] - curve.control_[0]).arg ();
 369   Bezier back = curve;
 370   Offset perp = curvethick * complex_exp (Offset (0, alpha + M_PI / 2)) * 0.5;
 371   back.control_[1] += perp;
 372   back.control_[2] += perp;
 373
 374   curve.control_[1] -= perp;
 375   curve.control_[2] -= perp;
 376
 377   if (!scm_is_pair (dash_details))
 378     {
 379       /* solid slur  */
 380       return_value = bezier_sandwich (back, curve, linethick);
 381     }
 382   else
 383     {
 384       /* dashed or combination slur */
 385       int num_segments = scm_to_int (scm_length (dash_details));
 386       for (int i = 0; i < num_segments; i++)
 387         {
 388           SCM dash_pattern = scm_list_ref (dash_details, scm_from_int (i));
 389           Real t_min = robust_scm2double (scm_car (dash_pattern), 0);
 390           Real t_max = robust_scm2double (scm_cadr (dash_pattern), 1.0);
 391           Real dash_fraction
 392             = robust_scm2double (scm_caddr (dash_pattern), 1.0);
 393           Real dash_period
 394             = robust_scm2double (scm_cadddr (dash_pattern), 0.75);
 395           Bezier back_segment = back.extract (t_min, t_max);
 396           Bezier curve_segment = curve.extract (t_min, t_max);
 397           if (dash_fraction == 1.0)
 398             return_value.add_stencil (bezier_sandwich (back_segment,
 399                                                        curve_segment,
 400                                                        linethick));
 401           else
 402             {
 403               Bezier back_dash, curve_dash;
 404               Real seg_length = (back_segment.control_[3]
 405                                  - back_segment.control_[0]).length ();
 406               int pattern_count = (int) (seg_length / dash_period);
 407               Real pattern_length = 1.0 / (pattern_count + dash_fraction);
 408               Real start_t, end_t;
 409               for (int p = 0; p <= pattern_count; p++)
 410                 {
 411                   start_t = p * pattern_length;
 412                   end_t = (p + dash_fraction) * pattern_length;
 413                   back_dash
 414                     = back_segment.extract (start_t, end_t);
 415                   curve_dash
 416                     = curve_segment.extract (start_t, end_t);
 417                   return_value.add_stencil (bezier_sandwich (back_dash,
 418                                                              curve_dash,
 419                                                              linethick));
 420                 }
 421             }
 422         }
 423     }
 424   return return_value;
 425 }
 426
 427 /*
 428  * Bezier Sandwich:
 429  *
 430  *                               .|
 431  *                        .       |
 432  *              top .             |
 433  *              . curve           |
 434  *          .                     |
 435  *       .                        |
 436  *     .                          |
 437  *    |                           |
 438  *    |                          .|
 439  *    |                     .
 440  *    |         bottom .
 441  *    |            . curve
 442  *    |         .
 443  *    |      .
 444  *    |   .
 445  *    | .
 446  *    |.
 447  *    |
 448  *
 449  */
 450 Stencil
 451 Lookup::bezier_sandwich (Bezier top_curve, Bezier bottom_curve, Real thickness)
 452 {
 453   SCM commands = scm_list_n (ly_symbol2scm ("moveto"),
 454                              scm_from_double (top_curve.control_[0][X_AXIS]),
 455                              scm_from_double (top_curve.control_[0][Y_AXIS]),
 456                              ly_symbol2scm ("curveto"),
 457                              scm_from_double (top_curve.control_[1][X_AXIS]),
 458                              scm_from_double (top_curve.control_[1][Y_AXIS]),
 459                              scm_from_double (top_curve.control_[2][X_AXIS]),
 460                              scm_from_double (top_curve.control_[2][Y_AXIS]),
 461                              scm_from_double (top_curve.control_[3][X_AXIS]),
 462                              scm_from_double (top_curve.control_[3][Y_AXIS]),
 463                              ly_symbol2scm ("curveto"),
 464                              scm_from_double (bottom_curve.control_[2][X_AXIS]),
 465                              scm_from_double (bottom_curve.control_[2][Y_AXIS]),
 466                              scm_from_double (bottom_curve.control_[1][X_AXIS]),
 467                              scm_from_double (bottom_curve.control_[1][Y_AXIS]),
 468                              scm_from_double (bottom_curve.control_[0][X_AXIS]),
 469                              scm_from_double (bottom_curve.control_[0][Y_AXIS]),
 470                              ly_symbol2scm ("closepath"),
 471                              SCM_UNDEFINED);
 472
 473   SCM horizontal_bend = scm_list_n (ly_symbol2scm ("path"),
 474                                     scm_from_double (thickness),
 475                                     ly_quote_scm (commands),
 476                                     ly_quote_scm (ly_symbol2scm ("round")),
 477                                     ly_quote_scm (ly_symbol2scm ("round")),
 478                                     SCM_BOOL_T,
 479                                     SCM_UNDEFINED);
 480
 481   Interval x_extent = top_curve.extent (X_AXIS);
 482   x_extent.unite (bottom_curve.extent (X_AXIS));
 483   Interval y_extent = top_curve.extent (Y_AXIS);
 484   y_extent.unite (bottom_curve.extent (Y_AXIS));
 485   Box b (x_extent, y_extent);
 486
 487   b.widen (0.5 * thickness, 0.5 * thickness);
 488   return Stencil (b, horizontal_bend);
 489 }
 490
 491 Stencil
 492 Lookup::repeat_slash (Real w, Real s, Real t)
 493 {
 494
 495   Real x_width = sqrt ((t * t) + ((t / s) * (t / s)));
 496   Real height = w * s;
 497
 498   SCM controls = scm_list_n (ly_symbol2scm ("moveto"),
 499                              scm_from_double (0),
 500                              scm_from_double (0),
 501                              ly_symbol2scm ("rlineto"),
 502                              scm_from_double (x_width),
 503                              scm_from_double (0),
 504                              ly_symbol2scm ("rlineto"),
 505                              scm_from_double (w),
 506                              scm_from_double (height),
 507                              ly_symbol2scm ("rlineto"),
 508                              scm_from_double (-x_width),
 509                              scm_from_double (0),
 510                              ly_symbol2scm ("closepath"),
 511                              SCM_UNDEFINED);
 512
 513   SCM slashnodot = scm_list_n (ly_symbol2scm ("path"),
 514                                scm_from_double (0),
 515                                ly_quote_scm (controls),
 516                                ly_quote_scm (ly_symbol2scm ("round")),
 517                                ly_quote_scm (ly_symbol2scm ("round")),
 518                                SCM_BOOL_T,
 519                                SCM_UNDEFINED);
 520
 521   Box b (Interval (0, w + sqrt (sqr (t / s) + sqr (t))),
 522          Interval (0, w * s));
 523
 524   return Stencil (b, slashnodot); //  http://slashnodot.org
 525 }
 526
 527 Stencil
 528 Lookup::bracket (Axis a, Interval iv, Real thick, Real protrude, Real blot)
 529 {
 530   Box b;
 531   Axis other = Axis ((a + 1) % 2);
 532   b[a] = iv;
 533   b[other] = Interval (-1, 1) * thick * 0.5;
 534
 535   Stencil m = round_filled_box (b, blot);
 536
 537   b[a] = Interval (iv[UP] - thick, iv[UP]);
 538   Interval oi = Interval (-thick / 2, thick / 2 + fabs (protrude));
 539   oi *= sign (protrude);
 540   b[other] = oi;
 541   m.add_stencil (round_filled_box (b, blot));
 542   b[a] = Interval (iv[DOWN], iv[DOWN] + thick);
 543   m.add_stencil (round_filled_box (b, blot));
 544
 545   return m;
 546 }
 547
 548 Stencil
 549 Lookup::triangle (Interval iv, Real thick, Real protrude)
 550 {
 551   Box b;
 552   b[X_AXIS] = Interval (0, iv.length ());
 553   b[Y_AXIS] = Interval (min (0., protrude), max (0.0, protrude));
 554
 555   vector<Offset> points;
 556   points.push_back (Offset (iv[LEFT], 0));
 557   points.push_back (Offset (iv[RIGHT], 0));
 558   points.push_back (Offset (iv.center (), protrude));
 559   points.push_back (Offset (iv[LEFT], 0));  // close triangle
 560
 561   return points_to_line_stencil (thick, points);
 562
 563 }
 564
 565 Stencil
 566 Lookup::points_to_line_stencil (Real thick, vector<Offset> const &points)
 567 {
 568   Stencil ret;
 569   for (vsize i = 1; i < points.size (); i++)
 570     {
 571       if (points[i - 1].is_sane () && points[i].is_sane ())
 572         {
 573           Stencil line
 574             = Line_interface::make_line (thick, points[i - 1], points[i]);
 575           ret.add_stencil (line);
 576         }
 577     }
 578   return ret;
 579 }