lily/spacing-spanner.cc

   1 /*
   2   spacing-spanner.cc -- implement Spacing_spanner
   3
   4   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   5
   6   (c) 1999--2007 Han-Wen Nienhuys <hanwen@xs4all.nl>
   7 */
   8
   9 #include "spacing-spanner.hh"
  10
  11 #include <math.h>
  12 #include <cstdio>
  13
  14 #include "spacing-options.hh"
  15 #include "international.hh"
  16 #include "main.hh"
  17 #include "moment.hh"
  18 #include "note-spacing.hh"
  19 #include "output-def.hh"
  20 #include "paper-column.hh"
  21 #include "paper-score.hh"
  22 #include "pointer-group-interface.hh"
  23 #include "separation-item.hh"
  24 #include "spaceable-grob.hh"
  25 #include "spacing-interface.hh"
  26 #include "staff-spacing.hh"
  27 #include "system.hh"
  28 #include "warn.hh"
  29
  30 vector<Grob*>
  31 Spacing_spanner::get_columns (Grob *me_grob)
  32 {
  33   Spanner *me = dynamic_cast<Spanner*> (me_grob);
  34   vector<Grob*> all (get_root_system (me)->used_columns ());
  35   vsize start = binary_search (all, (Grob*)me->get_bound (LEFT),
  36                                &Paper_column::less_than);
  37   vsize end = binary_search (all, (Grob*) me->get_bound (RIGHT),
  38                              &Paper_column::less_than);
  39
  40   all = vector<Grob*>::vector<Grob*> (all.begin () + start,
  41                                       all.begin () + end + 1);
  42   return all;
  43 }
  44
  45 MAKE_SCHEME_CALLBACK (Spacing_spanner, set_springs, 1);
  46 SCM
  47 Spacing_spanner::set_springs (SCM smob)
  48 {
  49   Spanner *me = unsmob_spanner (smob);
  50
  51   /*
  52     can't use get_system () ? --hwn.
  53   */
  54   Spacing_options options;
  55   options.init_from_grob (me);
  56   vector<Grob*> cols = Spacing_spanner::get_columns (me);
  57   set_explicit_neighbor_columns (cols);
  58
  59   prune_loose_columns (me, &cols, &options);
  60   set_implicit_neighbor_columns (cols);
  61   generate_springs (me, cols, &options);
  62
  63   return SCM_UNSPECIFIED;
  64 }
  65
  66 /*
  67   We want the shortest note that is also "common" in the piece, so we
  68   find the shortest in each measure, and take the most frequently
  69   found duration.
  70
  71   This probably gives weird effects with modern music, where every
  72   note has a different duration, but hey, don't write that kind of
  73   stuff, then.
  74 */
  75
  76 MAKE_SCHEME_CALLBACK (Spacing_spanner, calc_common_shortest_duration, 1);
  77 SCM
  78 Spacing_spanner::calc_common_shortest_duration (SCM grob)
  79 {
  80   Spanner *me = unsmob_spanner (grob);
  81
  82   vector<Grob*> cols (get_columns (me));
  83
  84   /*
  85     ascending in duration
  86   */
  87   vector<Rational> durations;
  88   vector<int> counts;
  89
  90   Rational shortest_in_measure;
  91   shortest_in_measure.set_infinite (1);
  92
  93   for (vsize i = 0; i < cols.size (); i++)
  94     {
  95       if (Paper_column::is_musical (cols[i]))
  96         {
  97           Moment *when = unsmob_moment (cols[i]->get_property ("when"));
  98
  99           /*
 100             ignore grace notes for shortest notes.
 101           */
 102           if (when && when->grace_part_)
 103             continue;
 104
 105           SCM st = cols[i]->get_property ("shortest-starter-duration");
 106           Moment this_shortest = *unsmob_moment (st);
 107           assert (this_shortest.to_bool ());
 108           shortest_in_measure = min (shortest_in_measure, this_shortest.main_part_);
 109         }
 110       else if (!shortest_in_measure.is_infinity ()
 111                && Paper_column::is_breakable (cols[i]))
 112         {
 113           vsize j = 0;
 114           for (; j < durations.size (); j++)
 115             {
 116               if (durations[j] > shortest_in_measure)
 117                 {
 118                   counts.insert (counts.begin () + j, 1);
 119                   durations.insert (durations.begin () + j, shortest_in_measure);
 120                   break;
 121                 }
 122               else if (durations[j] == shortest_in_measure)
 123                 {
 124                   counts[j]++;
 125                   break;
 126                 }
 127             }
 128
 129           if (durations.size () == j)
 130             {
 131               durations.push_back (shortest_in_measure);
 132               counts.push_back (1);
 133             }
 134
 135           shortest_in_measure.set_infinite (1);
 136         }
 137     }
 138
 139   int max_idx = -1;
 140   int max_count = 0;
 141   for (vsize i = durations.size (); i--;)
 142     {
 143       if (counts[i] >= max_count)
 144         {
 145           max_idx = i;
 146           max_count = counts[i];
 147         }
 148     }
 149
 150   SCM bsd = me->get_property ("base-shortest-duration");
 151   Rational d = Rational (1, 8);
 152   if (Moment *m = unsmob_moment (bsd))
 153     d = m->main_part_;
 154
 155   if (max_idx >= 0)
 156     d = min (d, durations[max_idx]);
 157
 158   return Moment (d).smobbed_copy ();
 159 }
 160
 161 void
 162 Spacing_spanner::generate_pair_spacing (Grob *me,
 163                                         Paper_column *left_col, Paper_column *right_col,
 164                                         Paper_column *after_right_col,
 165                                         Spacing_options const *options)
 166 {
 167   if (Paper_column::is_musical (left_col))
 168     {
 169       if (!Paper_column::is_musical (right_col)
 170           && options->float_nonmusical_columns_
 171           && after_right_col
 172           && Paper_column::is_musical (after_right_col))
 173         {
 174           /*
 175             TODO: should generate rods to prevent collisions.
 176           */
 177           musical_column_spacing (me, left_col, after_right_col, options);
 178           right_col->set_object ("between-cols", scm_cons (left_col->self_scm (),
 179                                                            after_right_col->self_scm ()));
 180         }
 181       else
 182         musical_column_spacing (me, left_col, right_col, options);
 183
 184       if (Item *rb = right_col->find_prebroken_piece (LEFT))
 185         musical_column_spacing (me, left_col, rb, options);
 186     }
 187   else
 188     {
 189       /*
 190         The case that the right part is broken as well is rather
 191         rare, but it is possible, eg. with a single empty measure,
 192         or if one staff finishes a tad earlier than the rest.
 193       */
 194       Item *lb = left_col->find_prebroken_piece (RIGHT);
 195       Item *rb = right_col->find_prebroken_piece (LEFT);
 196
 197       if (left_col && right_col)
 198         breakable_column_spacing (me, left_col, right_col, options);
 199
 200       if (lb && right_col)
 201         breakable_column_spacing (me, lb, right_col, options);
 202
 203       if (left_col && rb)
 204         breakable_column_spacing (me, left_col, rb, options);
 205
 206       if (lb && rb)
 207         breakable_column_spacing (me, lb, rb, options);
 208     }
 209 }
 210
 211 static void
 212 set_column_rods (vector<Grob*> const &cols, Real padding)
 213 {
 214   /* distances[i] will be the minimum distance between column i and column i+1 */
 215   vector<Real> distances;
 216
 217   for (vsize i = 1; i < cols.size (); i++)
 218     {
 219       assert (distances.size () == i-1);
 220
 221       Item *r = dynamic_cast<Item*> (cols[i]);
 222       Item *rb = r->find_prebroken_piece (LEFT);
 223
 224       if (Separation_item::is_empty (r) && (!rb || Separation_item::is_empty (rb)))
 225         {
 226           distances.push_back (0);
 227           continue;
 228         }
 229
 230       Skyline_pair *skys = Skyline_pair::unsmob (r->get_property ("horizontal-skylines"));
 231       Real right_stickout = skys ? (*skys)[LEFT].max_height () : 0.0;
 232
 233       /* min rather than max because right-stickout will be negative if the right-hand column
 234          sticks out a lot to the left */
 235       right_stickout = min (right_stickout,
 236                             Separation_item::conditional_skyline (r, cols[i-1]).max_height ());
 237
 238       Drul_array<Item*> r_cols (r, rb);
 239       Drul_array<Real> cur_dist (0.0, 0.0);
 240
 241       /* This is an inner loop and hence it is potentially quadratic. However, we only continue
 242          as long as there is a rod to insert. Therefore, this loop will usually only execute
 243          a constant number of times per iteration of the outer loop. */
 244       for (vsize j = i; j--;)
 245         {
 246           Item *l = dynamic_cast<Item*> (cols[j]);
 247           Item *lb = l->find_prebroken_piece (RIGHT);
 248           Skyline_pair *skys = Skyline_pair::unsmob (l->get_property ("horizontal-skylines"));
 249           Real left_stickout = skys ? (*skys)[RIGHT].max_height () : 0.0;
 250           bool done = true;
 251
 252           Direction d = LEFT;
 253           do
 254             {
 255               if (j < i-1)
 256                 cur_dist[d] += distances[j];
 257
 258               Item *r_col = r_cols[d];
 259               bool touches = right_stickout - left_stickout + cur_dist[d] < 0.0;
 260               Real dist = 0.0;
 261
 262               /* we set a distance for the line-starter column even if it's non-broken counterpart
 263                  doesn't touch the right column. */
 264               if (lb)
 265                 Separation_item::set_distance (lb, r_col, padding);
 266
 267               if (touches || j == i-1)
 268                 dist = Separation_item::set_distance (l, r_col, padding);
 269
 270               if (j == i-1 && d == LEFT)
 271                 distances.push_back (dist);
 272
 273               if (j == i-1)
 274                 cur_dist[d] = distances[j];
 275
 276               done = done && !touches;
 277             }
 278           while (flip (&d) != LEFT && rb);
 279
 280           /* we need the empty check for gregorian notation, where there are a lot of
 281              extraneous paper-columns that we need to skip over */
 282           if (done && !Separation_item::is_empty (l))
 283             break;
 284         }
 285     }
 286 }
 287
 288
 289 void
 290 Spacing_spanner::generate_springs (Grob *me,
 291                                    vector<Grob*> const &cols,
 292                                    Spacing_options const *options)
 293 {
 294   Paper_column *prev = dynamic_cast<Paper_column*> (cols[0]);
 295   for (vsize i = 1; i < cols.size (); i++)
 296     {
 297       Paper_column *col = dynamic_cast<Paper_column *> (cols[i]);
 298       Paper_column *next = (i + 1 < cols.size ()) ? dynamic_cast<Paper_column *> (cols[i+1]) : 0;
 299
 300       generate_pair_spacing (me, prev, col, next, options);
 301
 302       prev = col;
 303     }
 304
 305   set_column_rods (cols, 0.1); // FIXME: padding
 306 }
 307
 308 /*
 309   Generate the space between two musical columns LEFT_COL and RIGHT_COL.
 310 */
 311 void
 312 Spacing_spanner::musical_column_spacing (Grob *me,
 313                                          Item *left_col,
 314                                          Item *right_col,
 315                                          Spacing_options const *options)
 316 {
 317   Real base_note_space = note_spacing (me, left_col, right_col, options);
 318   Spring spring;
 319
 320   if (options->stretch_uniformly_)
 321     spring = Spring (base_note_space, 0.0);
 322   else
 323     {
 324       vector<Spring> springs;
 325       extract_grob_set (left_col, "right-neighbors", neighbors);
 326
 327       for (vsize i = 0; i < neighbors.size (); i++)
 328         {
 329           Grob *wish = neighbors[i];
 330
 331           Item *wish_rcol = Spacing_interface::right_column (wish);
 332           if (Spacing_interface::left_column (wish) != left_col
 333               || (wish_rcol != right_col && wish_rcol != right_col->original ()))
 334             continue;
 335
 336           /*
 337             This is probably a waste of time in the case of polyphonic
 338             music.  */
 339           if (Note_spacing::has_interface (wish))
 340             springs.push_back (Note_spacing::get_spacing (wish, right_col, base_note_space, options->increment_));
 341         }
 342
 343       if (springs.empty ())
 344         {
 345
 346           if (!Paper_column::is_musical (right_col))
 347             {
 348               /*
 349                 There used to be code that examined left_col->extent
 350                 (X_AXIS), but this is resulted in unexpected wide
 351                 spacing, because the width of s^"text" output is also
 352                 taken into account here.
 353                */
 354               spring = Spring (max (base_note_space, options->increment_),
 355                                options->increment_);
 356             }
 357           else
 358             {
 359               /*
 360                 Fixed should be 0.0. If there are no spacing wishes, we're
 361                 likely dealing with polyphonic spacing of hemiolas.
 362
 363                 We used to have min_distance_ = options->increment_
 364
 365                 but this can lead to numeric instability problems when we
 366                 do
 367
 368                 inverse_strength = (distance_ - min_distance_)
 369
 370               */
 371               spring = Spring (base_note_space, 0.0);
 372             }
 373         }
 374       else
 375         spring = merge_springs (springs);
 376     }
 377
 378   if (Paper_column::when_mom (right_col).grace_part_
 379       && !Paper_column::when_mom (left_col).grace_part_)
 380     {
 381       /*
 382         Ugh. 0.8 is arbitrary.
 383       */
 384       spring *= 0.8;
 385     }
 386
 387   /*
 388     TODO: make sure that the space doesn't exceed the right margin.
 389   */
 390   if (options->packed_)
 391     {
 392       /*
 393         In packed mode, pack notes as tight as possible.  This makes
 394         sense mostly in combination with raggedright mode: the notes
 395         are then printed at minimum distance.  This is mostly useful
 396         for ancient notation, but may also be useful for some flavours
 397         of contemporary music.  If not in raggedright mode, lily will
 398         pack as much bars of music as possible into a line, but the
 399         line will then be stretched to fill the whole linewidth.
 400       */
 401       spring.set_distance (spring.min_distance ());
 402       spring.set_inverse_stretch_strength (1.0);
 403     }
 404
 405   Spaceable_grob::add_spring (left_col, right_col, spring);
 406 }
 407
 408 /*
 409   Check if COL fills the whole measure.
 410  */
 411 bool
 412 Spacing_spanner::fills_measure (Grob *me, Item *left, Item *col)
 413 {
 414   System *sys = get_root_system (me);
 415   Item *next = sys->column (col->get_column ()->get_rank () + 1);
 416   if (!next)
 417     return false;
 418
 419   if (Paper_column::is_musical (next)
 420       || Paper_column::is_musical (left)
 421       || !Paper_column::is_musical (col)
 422       || !Paper_column::is_used (next))
 423     return false;
 424
 425   Moment dt =
 426     Paper_column::when_mom (next) - Paper_column::when_mom (col);
 427
 428   Moment *len = unsmob_moment (left->get_property ("measure-length"));
 429   if (!len)
 430     return false;
 431
 432   /*
 433     Don't check for exact measure length, since ending measures are
 434     often shortened due to pickups.
 435    */
 436   if (dt.main_part_ > len->main_part_ / Rational (2)
 437       && (next->is_broken ()
 438           || next->break_status_dir ()))
 439     return true;
 440
 441   return false;
 442 }
 443
 444 /*
 445   Read hints from L and generate springs.
 446 */
 447 void
 448 Spacing_spanner::breakable_column_spacing (Grob *me, Item *l, Item *r,
 449                                            Spacing_options const *options)
 450 {
 451   vector<Spring> springs;
 452   Spring spring;
 453
 454   Moment dt = Paper_column::when_mom (r) - Paper_column::when_mom (l);
 455
 456   if (dt == Moment (0, 0))
 457     {
 458       extract_grob_set (l, "spacing-wishes", wishes);
 459
 460       for (vsize i = 0; i < wishes.size (); i++)
 461         {
 462           Item *spacing_grob = dynamic_cast<Item *> (wishes[i]);
 463
 464           if (!spacing_grob || !Staff_spacing::has_interface (spacing_grob))
 465             continue;
 466
 467           /*
 468             column for the left one settings should be ok due automatic
 469             pointer munging.
 470           */
 471           assert (spacing_grob->get_column () == l);
 472
 473           springs.push_back (Staff_spacing::get_spacing (spacing_grob, r));
 474         }
 475     }
 476
 477   if (springs.empty ())
 478     spring = standard_breakable_column_spacing (me, l, r, options);
 479   else
 480     spring = merge_springs (springs);
 481
 482   if (Paper_column::when_mom (r).grace_part_)
 483     {
 484       /*
 485         Correct for grace notes.
 486
 487         Ugh. The 0.8 is arbitrary.
 488       */
 489       spring *= 0.8;
 490     }
 491
 492   if (Paper_column::is_musical (r)
 493       && l->break_status_dir () == CENTER
 494       && fills_measure (me, l, r))
 495     {
 496       spring.set_distance (spring.distance () + 1.0);
 497       spring.set_default_strength ();
 498     }
 499
 500   if (options->stretch_uniformly_ && l->break_status_dir () != RIGHT)
 501     {
 502       spring.set_min_distance (0.0);
 503       spring.set_default_strength ();
 504     }
 505
 506   Spaceable_grob::add_spring (l, r, spring);
 507 }
 508
 509 ADD_INTERFACE (Spacing_spanner,
 510                "The space taken by a note is dependent on its duration. Doubling a\n"
 511                "duration adds spacing-increment to the space. The most common shortest\n"
 512                "note gets @code{shortest-duration-space}. Notes that are even shorter are\n"
 513                "spaced proportonial to their duration.\n"
 514                "\n"
 515                "Typically, the increment is the width of a black note head.  In a\n"
 516                "piece with lots of 8th notes, and some 16th notes, the eighth note\n"
 517                "gets 2 note heads width (i.e. the space following a note is 1 note\n"
 518                "head width) A 16th note is followed by 0.5 note head width. The\n"
 519                "quarter note is followed by  3 NHW, the half by 4 NHW, etc.\n",
 520
 521
 522                "average-spacing-wishes "
 523                "base-shortest-duration "
 524                "common-shortest-duration "
 525                "packed-spacing "
 526                "shortest-duration-space "
 527                "spacing-increment "
 528                "strict-grace-spacing "
 529                "strict-note-spacing "
 530                "uniform-stretching "
 531
 532                );
 533