]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/beam-quanting.cc
* lily/include/main.hh: rename format to backend.
[lilypond.git] / lily / beam-quanting.cc
index 45fb5e5c9343d29f61ef5f693983d58fefe81ceb..d2b3dc576e3bd05cec03f6e056f1174f75472b0a 100644 (file)
@@ -3,33 +3,36 @@
   
   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   
-  (c)  1997--2003 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
+  (c) 1997--2004 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
   Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   
 */
 
-
-
 #include <math.h>
 
-#include "grob.hh"
+#include "warn.hh"
 #include "staff-symbol-referencer.hh"
 #include "beam.hh"
 #include "stem.hh"
-#include "paper-def.hh"
+#include "output-def.hh"
 #include "group-interface.hh"
 #include "align-interface.hh"
 
-const int INTER_QUANT_PENALTY = 1000; 
-const int SECONDARY_BEAM_DEMERIT  = 15;
+const int INTER_QUANT_PENALTY = 1000;
+const Real SECONDARY_BEAM_DEMERIT  = 10.0;
 const int STEM_LENGTH_DEMERIT_FACTOR = 5;
 
+/*
+  threshold to combat rounding errors.
+ */
+const Real BEAM_EPS = 1e-3; 
+
 // possibly ridiculous, but too short stems just won't do
 const int STEM_LENGTH_LIMIT_PENALTY = 5000;
-const int DAMPING_DIRECTIION_PENALTY = 800;
+const int DAMPING_DIRECTION_PENALTY = 800;
 const int MUSICAL_DIRECTION_FACTOR = 400;
 const int IDEAL_SLOPE_FACTOR = 10;
-
+const Real ROUND_TO_ZERO_SLOPE = 0.02;
 
 static Real
 shrink_extra_weight (Real x, Real fac)
@@ -43,6 +46,10 @@ struct Quant_score
   Real yl;
   Real yr;
   Real demerits;
+
+#if DEBUG_QUANTING
+  String score_card_;
+#endif
 };
 
 
@@ -58,7 +65,8 @@ struct Quant_score
 
 */
 
-int best_quant_score_idx (Array<Quant_score>  const & qscores)
+int
+best_quant_score_idx (Array<Quant_score>  const & qscores)
 {
   Real best = 1e6;
   int best_idx = -1;
@@ -71,6 +79,13 @@ int best_quant_score_idx (Array<Quant_score>  const & qscores)
        }
     }
 
+  if (best_idx < 0)
+    {
+      programming_error ("Huh? No best beam quant score?");
+      best_idx = 0;
+    }
+  
+    
   return best_idx;
 }
   
@@ -80,23 +95,28 @@ Beam::quanting (SCM smob)
 {
   Grob *me = unsmob_grob (smob);
 
-  SCM s = me->get_grob_property ("positions");
-  Real yl = gh_scm2double (gh_car (s));
-  Real yr = gh_scm2double (gh_cdr (s));
+  SCM s = me->get_property ("positions");
+  Real yl = scm_to_double (scm_car (s));
+  Real yr = scm_to_double (scm_cdr (s));
 
-  Real ss = Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
-  Real thickness = gh_scm2double (me->get_grob_property ("thickness")) / ss;
-  Real slt = me->get_paper ()->get_var ("linethickness") / ss;
 
+  /*
+    Calculations are relative to a unit-scaled staff, i.e. the quants are
+    divided by the current staff_space.
+    
+   */
+  Real ss = Staff_symbol_referencer::staff_space (me);
+  Real thickness = Beam::get_thickness (me) / ss ;
+  Real slt = Staff_symbol_referencer::line_thickness (me) / ss;
 
-  SCM sdy = me->get_grob_property ("least-squares-dy");
-  Real dy_mus = gh_number_p (sdy) ? gh_scm2double (sdy) : 0.0;
-  
+  Real dy_mus = robust_scm2double (me->get_property ("least-squares-dy"), 0);
   Real straddle = 0.0;
   Real sit = (thickness - slt) / 2;
   Real inter = 0.5;
   Real hang = 1.0 - (thickness - slt) / 2;
   Real quants [] = {straddle, sit, inter, hang };
+
+
   
   int num_quants = int (sizeof (quants)/sizeof (Real));
   Array<Real> quantsl;
@@ -117,16 +137,16 @@ Beam::quanting (SCM smob)
     Do stem computations.  These depend on YL and YR linearly, so we can
     precompute for every stem 2 factors.
    */
-  Link_array<Grob> stems=
+  Link_array<Grob> stems =
     Pointer_group_interface__extract_grobs (me, (Grob*)0, "stems");
   Array<Stem_info> stem_infos;
   Array<Real> base_lengths;
   Array<Real> stem_xposns;  
 
-  Drul_array<bool> dirs_found(0,0);
+  Drul_array<bool> dirs_found (0,0);
   Grob *common[2];
   for (int a = 2; a--;)
-    common[a] = common_refpoint_of_array (stems, me, Axis(a));
+    common[a] = common_refpoint_of_array (stems, me, Axis (a));
 
   Grob * fvs = first_visible_stem (me);
   Grob *lvs = last_visible_stem (me);
@@ -141,20 +161,24 @@ Beam::quanting (SCM smob)
     stem_y != 0.0, when we're cross staff.
     
    */
-  bool french = to_boolean (me->get_grob_property ("french-beaming"));
-  for (int i= 0; i < stems.size(); i++)
+  for (int i = 0; i < stems.size (); i++)
     {
       Grob*s = stems[i];
-      stem_infos.push (Stem::get_stem_info (s));
+
+      Stem_info si (Stem::get_stem_info (s));
+      si.scale (1 / ss);
+      stem_infos.push (si);
       dirs_found[stem_infos.top ().dir_] = true;
 
-      bool f = french && i > 0&& (i < stems.size  () -1);
+      bool f = to_boolean (s->get_property ("french-beaming"))
+        && s != lvs && s != fvs;
+
       base_lengths.push (calc_stem_y (me, s, common, xl, xr,
-                                     Interval (0,0), f));
+                                     Interval (0,0), f) / ss);
       stem_xposns.push (s->relative_coordinate (common[X_AXIS], X_AXIS));
     }
 
-  bool xstaff= false;
+  bool xstaff = false;
   if (lvs && fvs)
     {
       Grob *commony = fvs->common_refpoint (lvs, Y_AXIS);
@@ -163,14 +187,14 @@ Beam::quanting (SCM smob)
   
   Direction ldir = Direction (stem_infos[0].dir_);
   Direction rdir = Direction (stem_infos.top ().dir_);
-  bool knee_b = dirs_found[LEFT] && dirs_found[RIGHT];
+  bool is_knee = dirs_found[LEFT] && dirs_found[RIGHT];
 
 
   int region_size = REGION_SIZE;
   /*
     Knees are harder, lets try some more possibilities for knees. 
    */
-  if (knee_b)
+  if (is_knee)
     region_size += 2;
 
   /*
@@ -185,8 +209,8 @@ Beam::quanting (SCM smob)
 
   Array<Quant_score> qscores;
   
-  for (int l =0; l < quantsl.size (); l++)  
-    for (int r =0; r < quantsr.size (); r++)
+  for (int l = 0; l < quantsl.size (); l++)  
+    for (int r = 0; r < quantsr.size (); r++)
       {
        Quant_score qs;
        qs.yl = quantsl[l];
@@ -202,60 +226,104 @@ Beam::quanting (SCM smob)
      parameters outside of the loop, we can save a lot of time. */
   for (int i = qscores.size (); i--;)
     {
-      qscores[i].demerits
-       += score_slopes_dy (qscores[i].yl, qscores[i].yr,
-                           dy_mus, yr- yl, xstaff); 
+      Real d =  score_slopes_dy (qscores[i].yl, qscores[i].yr,
+                                dy_mus, yr- yl, 
+                                xr - xl,
+                                xstaff);
+      qscores[i].demerits += d;
+
+#if DEBUG_QUANTING
+      qscores[i].score_card_ += to_string ("S%.2f",d);
+#endif
     }
 
   Real rad = Staff_symbol_referencer::staff_radius (me);
-  int beam_count = get_beam_count (me);
-  Real beam_translation = get_beam_translation (me);
 
-  Real reasonable_score = (knee_b) ? 200000 : 100;
+  
+  
+  Drul_array<int> edge_beam_counts
+    (Stem::beam_multiplicity (stems[0]).length  () + 1,
+     Stem::beam_multiplicity (stems.top ()).length  () + 1);
+  
+  Real beam_translation = get_beam_translation (me) / ss;
+
+  Real reasonable_score = (is_knee) ? 200000 : 100;
   for (int i = qscores.size (); i--;)
     if (qscores[i].demerits < reasonable_score)
       {
-       qscores[i].demerits
-         += score_forbidden_quants (qscores[i].yl, qscores[i].yr,
+       Real d = score_forbidden_quants (qscores[i].yl, qscores[i].yr,
                                     rad, slt, thickness, beam_translation,
-                                    beam_count, ldir, rdir); 
+                                    edge_beam_counts, ldir, rdir); 
+       qscores[i].demerits += d;
+
+#if DEBUG_QUANTING
+       qscores[i].score_card_ += to_string (" F %.2f", d);
+#endif
       }
 
-  ; /* silly gdb thinks best_idx is inside for loop. */
   for (int i = qscores.size (); i--;)
     if (qscores[i].demerits < reasonable_score)
       {
-       qscores[i].demerits
-         += score_stem_lengths (stems, stem_infos,
+       Real d = score_stem_lengths (stems, stem_infos,
                                 base_lengths, stem_xposns,
                                 xl, xr,
-                                knee_b,
+                                is_knee,
                                 qscores[i].yl, qscores[i].yr);
+       qscores[i].demerits +=  d;
+
+#if DEBUG_QUANTING
+       qscores[i].score_card_ += to_string (" L %.2f", d);
+#endif
       }
 
-  ; /* silly gdb thinks best_idx is inside for loop. */
   int best_idx = best_quant_score_idx (qscores);
-  me->set_grob_property ("positions",
-                        gh_cons (gh_double2scm (qscores[best_idx].yl),
-                                 gh_double2scm (qscores[best_idx].yr))
-                        );
 
 #if DEBUG_QUANTING
+  SCM inspect_quants = me->get_property ("inspect-quants");
+  if (to_boolean (me->get_layout ()->lookup_variable (ly_symbol2scm ("debug-beam-quanting")))
+      && scm_is_pair (inspect_quants))
+    {
+      Drul_array<Real> ins = ly_scm2interval (inspect_quants);
+
+      int i = 0;
 
-  // debug quanting
-  me->set_grob_property ("quant-score",
-                        gh_double2scm (qscores[best_idx].demerits));
-  me->set_grob_property ("best-idx", scm_int2num (best_idx));
+      Real mindist = 1e6;
+      for (; i < qscores.size (); i ++)
+       {
+         Real d = fabs (qscores[i].yl- ins[LEFT]) + fabs (qscores[i].yr - ins[RIGHT]);
+         if (d < mindist)
+           {
+             best_idx = i;
+             mindist = d;
+           }
+       }
+      if (mindist > 1e5)
+       programming_error ("Could not find quant.");
+    }
+#endif
+  
+  me->set_property ("positions",
+                   ly_interval2scm (Drul_array<Real> (qscores[best_idx].yl,
+                                                      qscores[best_idx].yr)));
+#if DEBUG_QUANTING
+  if (to_boolean (me->get_layout ()->lookup_variable (ly_symbol2scm ("debug-beam-quanting"))))
+    {
+      qscores[best_idx].score_card_ += to_string ("i%d", best_idx);
+      
+      // debug quanting
+      me->set_property ("quant-score",
+                       scm_makfrom0str (qscores[best_idx].score_card_.to_str0 ()));
+    }
 #endif
 
   return SCM_UNSPECIFIED;
 }
 
 Real
-Beam::score_stem_lengths (Link_array<Grob>stems,
-                         Array<Stem_info> stem_infos,
-                         Array<Real> base_stem_ys,
-                         Array<Real> stem_xs,
+Beam::score_stem_lengths (Link_array<Grob> const &stems,
+                         Array<Stem_info> const &stem_infos,
+                         Array<Real> const &base_stem_ys,
+                         Array<Real> const &stem_xs,
                          Real xl, Real xr, 
                          bool knee, 
                          Real yl, Real yr)
@@ -264,15 +332,15 @@ Beam::score_stem_lengths (Link_array<Grob>stems,
   Drul_array<Real> score (0, 0);
   Drul_array<int> count (0, 0);
   
-  for (int i=0; i < stems.size (); i++)
+  for (int i = 0; i < stems.size (); i++)
     {
       Grob* s = stems[i];
-      if (Stem::invisible_b (s))
+      if (Stem::is_invisible (s))
        continue;
 
       Real x = stem_xs[i];
       Real dx = xr-xl;
-      Real beam_y = yr *(x - xl)/dx + yl * ( xr - x)/dx;
+      Real beam_y = dx ? yr *(x - xl)/dx + yl * ( xr - x)/dx : (yr + yl)/2;
       Real current_y = beam_y + base_stem_ys[i];
       Real length_pen = STEM_LENGTH_DEMERIT_FACTOR;
       
@@ -294,11 +362,13 @@ Beam::score_stem_lengths (Link_array<Grob>stems,
 
       count[d] ++;
     }
-  
-  if(count[LEFT])
-    score[LEFT] /= count[LEFT];
-  if(count[RIGHT])
-    score[RIGHT] /= count[RIGHT];
+
+  Direction d = DOWN;
+  do
+    { 
+      score[d] /= (count[d] >? 1);
+    }
+  while (flip (&d) != DOWN);
 
   return score[LEFT]+score[RIGHT];
 }
@@ -306,14 +376,23 @@ Beam::score_stem_lengths (Link_array<Grob>stems,
 Real
 Beam::score_slopes_dy (Real yl, Real yr,
                       Real dy_mus, Real dy_damp,
+                      Real dx,
                       bool xstaff)
 {
   Real dy = yr - yl;
-
   Real dem = 0.0;
-  if (sign (dy_damp) != sign (dy))
+
+  /*
+    DAMPING_DIRECTION_PENALTY is a very harsh measure, while for
+    complex beaming patterns, horizontal is often a good choice.
+
+    TODO: find a way to incorporate the complexity of the beam in this
+    penalty.
+   */
+  if (fabs (dy/dx) > ROUND_TO_ZERO_SLOPE
+      && sign (dy_damp) != sign (dy))
     {
-      dem += DAMPING_DIRECTIION_PENALTY;
+      dem += DAMPING_DIRECTION_PENALTY;
     }
 
    dem += MUSICAL_DIRECTION_FACTOR * (0 >? (fabs (dy) - fabs (dy_mus)));
@@ -329,108 +408,116 @@ Beam::score_slopes_dy (Real yl, Real yr,
    /* Huh, why would a too steep beam be better than a too flat one ? */
    dem += shrink_extra_weight (fabs (dy_damp) - fabs (dy), 1.5)
      * slope_penalty;
+
    return dem;
 }
 
+
 static Real
 my_modf (Real x)
 {
   return x - floor (x);
 }
 
+
+/*
+  TODO: The fixed value SECONDARY_BEAM_DEMERIT is probably flawed:
+   because for 32nd and 64th beams the forbidden quants are relatively
+   more important than stem lengths.
+*/
 Real
 Beam::score_forbidden_quants (Real yl, Real yr,
-                             Real rad,
+                             Real radius,
                              Real slt,
                              Real thickness, Real beam_translation,
-                             int beam_count,
+                             Drul_array<int> beam_counts,
                              Direction ldir, Direction rdir)
 {
   Real dy = yr - yl;
+  Drul_array<Real> y (yl,yr);
+  Drul_array<Direction> dirs (ldir,rdir);
+  
+  Real extra_demerit = SECONDARY_BEAM_DEMERIT / (beam_counts[LEFT] >? beam_counts[RIGHT]);
 
+  Direction d = LEFT;
   Real dem = 0.0;
-  for (int i = 0; i < 2; i++)
+  
+
+  do
     {
-      Real y = i? yl : yr;
-      if (fabs (y) <= (rad + 0.5) && fabs ( my_modf (y) - 0.5) < 1e-3)
-       dem += INTER_QUANT_PENALTY;
+      for (int j = 1; j <= beam_counts[d]; j++)
+       {
+         Direction stem_dir = dirs[d];
+
+         /*
+           The 2.2 factor is to provide a little leniency for
+           borderline cases. If we do 2.0, then the upper outer line
+           will be in the gap of the (2,sit) quant, leading to a
+           false demerit.
+         */
+         Real gap1 = y[d] - stem_dir * ((j-1) * beam_translation + thickness / 2 - slt/2.2 );
+         Real gap2 = y[d] - stem_dir * (j * beam_translation - thickness / 2 + slt/2.2);
+
+         Interval gap;
+         gap.add_point (gap1);
+         gap.add_point (gap2);
+
+         for (Real k = - radius ;
+              k <= radius + BEAM_EPS; k += 1.0) 
+           if (gap.contains (k))
+             {
+               Real dist = fabs (gap[UP]-k) <? fabs (gap[DOWN] - k);
+
+               /*
+                 this parameter is tuned to grace-stem-length.ly
+               */
+               Real fixed_demerit = 0.4;
+               
+               dem += extra_demerit
+                 * (fixed_demerit +
+                    (1-fixed_demerit) * (dist / gap.length())* 2);
+             }
+       }
     }
+  while ((flip (&d))!= LEFT); 
 
-  // todo: use beam_count of outer stems.
-  if (beam_count >= 2)
+
+  if ((beam_counts[LEFT] >? beam_counts[RIGHT]) >= 2)
     {
       Real straddle = 0.0;
       Real sit = (thickness - slt) / 2;
       Real inter = 0.5;
       Real hang = 1.0 - (thickness - slt) / 2;
-      
-
-      if (fabs (yl - ldir * beam_translation) < rad
-         && fabs (my_modf (yl) - inter) < 1e-3)
-       dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
-      if (fabs (yr - rdir * beam_translation) < rad
-         && fabs (my_modf (yr) - inter) < 1e-3)
-       dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
 
-      Real eps = 1e-3;
 
-      /*
-       Can't we simply compute the distance between the nearest
-       staffline and the secondary beam? That would get rid of the
-       silly case analysis here (which is probably not valid when we
-       have different beam-thicknesses.)
-
-       --hwn
-       */
-
-
-      // hmm, without Interval/Drul_array, you get ~ 4x same code...
-      if (fabs (yl - ldir * beam_translation) < rad + inter)
+      Direction d = LEFT;
+      do
        {
-         if (ldir == UP && dy <= eps
-             && fabs (my_modf (yl) - sit) < eps)
-           dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
-         
-         if (ldir == DOWN && dy >= eps
-             && fabs (my_modf (yl) - hang) < eps)
-           dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
-       }
-
-      if (fabs (yr - rdir * beam_translation) < rad + inter)
-       {
-         if (rdir == UP && dy >= eps
-             && fabs (my_modf (yr) - sit) < eps)
-           dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
-         
-         if (rdir == DOWN && dy <= eps
-             && fabs (my_modf (yr) - hang) < eps)
-           dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
-       }
-      
-      if (beam_count >= 3)
-       {
-         if (fabs (yl - 2 * ldir * beam_translation) < rad + inter)
+         if (beam_counts[d] >= 2
+             && fabs (y[d] - dirs[d] * beam_translation) < radius + inter)
            {
-             if (ldir == UP && dy <= eps
-                 && fabs (my_modf (yl) - straddle) < eps)
-               dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
-             
-             if (ldir == DOWN && dy >= eps
-                 && fabs (my_modf (yl) - straddle) < eps)
-               dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
-           }
+             if (dirs[d] == UP && dy <= BEAM_EPS
+                 && fabs (my_modf (y[d]) - sit) < BEAM_EPS)
+               dem += extra_demerit;
          
-         if (fabs (yr - 2 * rdir * beam_translation) < rad + inter)
+             if (dirs[d] == DOWN && dy >= BEAM_EPS
+                 && fabs (my_modf (y[d]) - hang) < BEAM_EPS)
+               dem += extra_demerit;
+           }
+
+         if (beam_counts[d] >= 3
+             && fabs (y[d] - 2 * dirs[d] * beam_translation) < radius + inter)
            {
-             if (rdir == UP && dy >= eps
-                 && fabs (my_modf (yr) - straddle) < eps)
-               dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
+             if (dirs[d] == UP && dy <= BEAM_EPS
+                 && fabs (my_modf (y[d]) - straddle) < BEAM_EPS)
+               dem += extra_demerit;
              
-             if (rdir == DOWN && dy <= eps
-                 && fabs (my_modf (yr) - straddle) < eps)
-               dem += SECONDARY_BEAM_DEMERIT;
+             if (dirs[d] == DOWN && dy >= BEAM_EPS
+                 && fabs (my_modf (y[d]) - straddle) < BEAM_EPS)
+               dem += extra_demerit;
            }
        }
+      while (flip (&d) != LEFT);
     }
   
   return dem;