]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/bezier.cc
release: 1.1.39
[lilypond.git] / lily / bezier.cc
index 657cfea0d720e342f346f1fb314ea8cd7abbc6ad..2ebf23c2ea1882fbe012b8d7e2a0bbbd5eaafe9c 100644 (file)
 
   source file of the GNU LilyPond music typesetter
 
-  (c) 1998 Jan Nieuwenhuizen <jan@digicash.com>
+  (c) 1998--1999 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
 */
 
 #include <math.h>
-#include "offset.hh"
 #include "bezier.hh"
-#include "dimen.hh"
+#include "misc.hh"
+
+#ifndef STANDALONE
+#include "dimensions.hh"
+#include "direction.hh"
 #include "paper-def.hh"
+#include "debug.hh"
+#include "main.hh"
+#define BEZIER_BOW_DOUT if (check_debug && !monitor->silent_b ("Bezier_bow")) cout
+#else
+#define BEZIER_BOW_DOUT cerr
+#endif
 
-Bezier::Bezier (int steps_i)
+void
+Curve::flipy ()
 {
-  steps_i_ = steps_i;
-  curve_ = new Offset [steps_i_ + 1];
+  for (int i = 0; i < size (); i++)
+    (*this)[i].mirror (Y_AXIS);
 }
 
-Bezier::~Bezier ()
+int
+Curve::largest_disturbing ()
 {
-  delete[] curve_;
+  Real alpha = 0;
+  int j = 0;
+  for (int i = 1; i < size (); i++)
+    {
+      if ((*this)[i][Y_AXIS] > 0)
+        {
+         Real phi = (*this)[i][Y_AXIS] / (*this)[i][X_AXIS];
+         if (phi > alpha)
+           {
+             alpha = phi;
+             j = i;
+           }
+       }
+    }
+  return j;
 }
 
-//from GNU gs3.33: ega.c
 void
-Bezier::calc (Offset control[4])
+Curve::rotate (Real phi)
+{
+  Offset rot (complex_exp (Offset (0, phi)));
+  for (int i = 0; i < size (); i++)
+    (*this)[i] = complex_multiply (rot, (*this)[i]);
+}
+
+void
+Curve::translate (Offset o)
+{
+  for (int i = 0; i < size (); i++)
+    (*this)[i] += o;
+}
+
+Bezier::Bezier ()
+{
+  control_.set_size (4);
+}
+
+void
+Bezier::calc (int steps)
 {       
-  Real dt = 1.0 / steps_i_;
-  Real cx = 3.0 * (control[1].x() - control[0].x());
-  Real bx = 3.0 * (control[2].x() - control[1].x()) - cx;
-  Real ax = control[3].x() - (control[0].x() + cx + bx);
-  Real cy = 3.0 * (control[1].y () - control[0].y ());
-  Real by = 3.0 * (control[2].y () - control[1].y ()) - cy; 
-  Real ay = control[3].y () - (control[0].y () + cy + by);
+  steps = steps >? 10;
+  curve_.set_size (steps);
+  Real dt = 1.0 / curve_.size ();
+  Offset c = 3.0 * (control_[1] - control_[0]);
+  Offset b = 3.0 * (control_[2] - control_[1]) - c;
+  Offset a = control_[3] - (control_[0] + c + b);
   Real t = 0.0;
-  int i = 0;
-  while ( t <= 1.0 )
+  for (int i = 0; i < curve_.size (); i++ )
     {    
-      curve_[i].x() = ((ax * t + bx) * t + cx) * t + control[0].x();
-      curve_[i++].y () = ((ay * t + by) * t + cy) * t + control[0].y ();
+      curve_[i] = ((a * t + b) * t + c) * t + control_[0];
       t += dt;
     }
 }
 
-Real
-Bezier::y (Real x)
+void
+Bezier::print () const
 {
-  if (x <= curve_[0].x())
-    return curve_[0].y ();
-  for (int i = 1; i < steps_i_; i++ )
+#ifndef NPRINT
+  if (check_debug && !monitor->silent_b ("Bezier_controls"))
     {
-      if (x < curve_[i].x())
-       {
-         Real lin = (x - curve_[i-1].x()) / (curve_[i].x() - curve_[i-1].x());
-         return curve_[i-1].y () + lin * (curve_[i].y () - curve_[i-1].y ());
-        }
+      if (control_[1].length ())
+        {
+         cout << "Bezier\n";
+         cout << "Controls:  ";
+         for (int i=0; i < control_.size (); i++)
+           cout << control_[i].str () << ", ";
+//       cout << "\n";
+       }
     }
-  return curve_[steps_i_-1].y ();
+#endif
+}
+
+void
+Bezier::set (Array<Offset> points)
+{       
+  assert (points.size () == 4);
+  control_ = points;
+}
+
+Real
+Bezier::y (Real x)
+{
+  // ugh
+  // bounds func should be templatised to take array of offsets too?
+  Array<Real> positions;
+  for (int i = 0; i < curve_.size (); i++)
+    positions.push (curve_[i][X_AXIS]);
+
+  Slice slice = get_bounds_slice (positions, x);
+  // ugh
+  Offset z1 = curve_[0 >? slice[BIGGER] - 1];
+  Offset z2 = curve_[1 >? slice[BIGGER]];
+  Real multiplier = (x - z2[X_AXIS]) / (z1[X_AXIS] - z2[X_AXIS]);
+  Real y = z1[Y_AXIS] * multiplier + (1.0 - multiplier) * z2[Y_AXIS];
+
+  return y;
 }
 
 
 Bezier_bow::Bezier_bow (Paper_def* paper_l)
-  : Bezier(10)
 {
   paper_l_ = paper_l;
+  return_.set_size (4);
 }
 
+void
+Bezier_bow::blow_fit ()
+{
+  Real dy1 = check_fit_f ();
+  if (!dy1)
+    return;
 
-/* 
-  from feta-sleur.ly
+  // be careful not to take too big step
+  Real f = 0.3;
+  Real h1 = dy1 * f;
+  control_[1][Y_AXIS] += h1; 
+  control_[2][Y_AXIS] += h1; 
+  return_[1][Y_AXIS] += h1; 
+  return_[2][Y_AXIS] += h1; 
 
-       slurheightlimit#:=staffsize#/2;
-       sluralpha:=slurheightlimit#*pi/2;
-       % slurratio:=1/3;
-       slurratio:=0.3333;
-       slurbeta:=3/4*pi*slurratio/sluralpha;
+  calc_bezier ();
+  Real dy2 = check_fit_f ();
+  if (!dy2)
+    return;
 
-        b#:=length(dx#,dy#);
-        % ugh: huh? 2/5
-        indent#:=2/5*sluralpha*atan(slurbeta*b#);
-        height:=(indent+h)*d;
-        z1=(0,0);
-        z2=(b,0);
-        z3=(indent,height);
-        z4=(b-indent,height);
+#ifndef STANDALONE
+  Real internote_f = paper_l_->get_realvar (interline_scm_sym)/2.0;
+#else
+  Real internote_f = STAFFHEIGHT / 8;
+#endif
 
-       boogje:=boogje rotated angle(dxs,dys);
-*/
+  Real epsilon = internote_f / 4;
+  if (abs (dy2 - dy1) < epsilon)
+    return;
+  
+  /*
+    Assume 
+      dy = B (h) 
+    with 
+      B (h) = a * h + b;
+
+    Then we get for h : B (h) = 0
+
+     B(0)  = dy1 = a * 0 + b   =>   b = dy1
+     B(h1) = dy2 = a * h1 + b  =>   a * f * dy1 + b = dy2
+
+        =>
+
+     a * dy1 / 2 + dy1 = dy2  =>  a = (dy2 - dy1) / (f * dy1)
+   */
+
+  Real a = (dy2 - dy1) / (f * dy1);
+  Real b = dy1;
+  Real h = -b / a;
+
+  if (sign (h) != sign (h1))
+    return;
+
+  if (sign (h) != sign (h1))
+    return;
+
+  control_[1][Y_AXIS] += -h1 +h; 
+  control_[2][Y_AXIS] += -h1 +h; 
+  return_[1][Y_AXIS] += -h1 +h;
+  return_[2][Y_AXIS] += -h1 +h; 
+}
 
 void
-Bezier_bow::calc (Real dx, Real dy, Real h, Real d)
+Bezier_bow::calc_bezier ()
 {
-  // ugh
+  Real s = sqrt (control_[3][X_AXIS] * control_[3][X_AXIS] 
+    + control_[1][Y_AXIS] * control_[2][Y_AXIS]);
+#ifndef STANDALONE
+  Real internote = paper_l_->get_realvar (interline_scm_sym)/2.0;
+#else
+  Real internote = STAFFHEIGHT / 8;
+#endif
+  int steps = (int)rint (s / internote);
+  Bezier::calc (steps);
+}
+
+Real
+Bezier_bow::calc_f (Real height)
+{
+  transform ();
+  calc_default (height);
+
+  calc_bezier ();
+
+  Real dy = check_fit_f ();
+  calc_return (0, 0);
+
+  transform_back ();
+  return dy;
+}
+
+void
+Bezier_bow::calc ()
+{
+#ifndef NPRINT
+//  if (check_debug && !monitor->silent_b ("Bezier_bow_controls"))
+  if (check_debug && !(monitor->silent_b ("Bezier_controls")
+    && monitor->silent_b ("Bezier_bow_controls")))
+    {
+      cout << "Before transform*********\n";
+      print ();
+      cout << "************************\n";
+    }
+#endif
+  transform ();
+  print ();
+
+  calc_controls ();
+
+  print ();
+  transform_back ();
+#ifndef NPRINT
+//  if (check_debug && !monitor->silent_b ("Bezier_bow_controls"))
+  if (check_debug && !(monitor->silent_b ("Bezier_controls")
+    && monitor->silent_b ("Bezier_bow_controls")))
+    {
+      cout << "After transform*********\n";
+      print ();
+      cout << "************************\n";
+    }
+#endif
+}
+
+/*
+  [TODO]
+    * see if it works
+    * document in Documentation/fonts.tex
+ */
+
+/*
+  Clipping
+
+  This function tries to address two issues:
+    * the tangents of the slur should always point inwards 
+      in the actual slur, i.e.  *after rotating back*.
+
+    * slurs shouldn't be too high 
+      let's try : h <= 1.2 b && h <= 3 staffheight?
+
+  We could calculate the tangent of the bezier curve from
+  both ends going inward, and clip the slur at the point
+  where the tangent (after rotation) points up (or inward
+  with a certain maximum angle).
+  
+  However, we assume that real clipping is not the best
+  answer.  We expect that moving the outer control point up 
+  if the slur becomes too high will result in a nicer slur 
+  after recalculation.
+
+  Knowing that the tangent is the line through the first
+  two control points, we'll clip (move the outer control
+  point upwards) too if the tangent points outwards.
+ */
+
+bool
+Bezier_bow::calc_clipping ()
+{
+#ifndef STANDALONE
+  Real clip_height = paper_l_->get_var ("slur_clip_height");
+  Real clip_ratio = paper_l_->get_var ("slur_clip_ratio");
+  Real clip_angle = paper_l_->get_var ("slur_clip_angle");
+#else
+  Real staffsize_f = STAFFHEIGHT;
+  Real clip_height = 3.0 * staffsize_f;
+  Real clip_ratio = 1.2;
+  Real clip_angle = 100;
+#endif
+
+  Real b = control_[3][X_AXIS] - control_[0][X_AXIS];
+  Real clip_h = clip_ratio * b <? clip_height;
+  Real begin_h = control_[1][Y_AXIS] - control_[0][Y_AXIS];
+  Real end_h = control_[2][Y_AXIS] - control_[3][Y_AXIS];
+  Real begin_dy = 0 >? begin_h - clip_h;
+  Real end_dy = 0 >? end_h - clip_h;
+  
   Real pi = M_PI;
-  // ugh
-  Real staffsize_f = paper_l_->get_var ("barsize");
+  Real begin_alpha = (control_[1] - control_[0]).arg () + dir_ * alpha_;
+  Real end_alpha = pi -  (control_[2] - control_[3]).arg () - dir_ * alpha_;
+
+  Real max_alpha = clip_angle / 90 * pi / 2;
+  if ((begin_dy < 0) && (end_dy < 0)
+    && (begin_alpha < max_alpha) && (end_alpha < max_alpha))
+    return false;
+
+  transform_back ();
+
+  bool again = true;
+
+  if ((begin_dy > 0) || (end_dy > 0))
+    {
+      Real dy = (begin_dy + end_dy) / 4;
+      dy *= cos (alpha_);
+      encompass_[0][Y_AXIS] += dir_ * dy;
+      encompass_[encompass_.size () - 1][Y_AXIS] += dir_ * dy;
+    }
+  else
+    {
+      //ugh
+      Real c = 0.4;
+      if (begin_alpha >= max_alpha)
+       begin_dy = 0 >? c * begin_alpha / max_alpha * begin_h;
+      if (end_alpha >= max_alpha)
+       end_dy = 0 >? c * end_alpha / max_alpha * end_h;
+
+      encompass_[0][Y_AXIS] += dir_ * begin_dy;
+      encompass_[encompass_.size () - 1][Y_AXIS] += dir_ * end_dy;
+
+      Offset delta = encompass_[encompass_.size () - 1] - encompass_[0];
+      alpha_ = delta.arg ();
+    }
+
+  transform ();
+
+  return again;
+}
+
+void
+Bezier_bow::calc_controls ()
+{
+  for (int i = 0; i < 3; i++)
+    {
+      if (i && !calc_clipping ())
+       return;
+
+      calc_default (0);
+      calc_bezier ();
+      
+      if (check_fit_bo ())
+        {
+         calc_return (0, 0);
+         return;
+       }
+      calc_tangent_controls ();
+
+      blow_fit ();
+      // ugh
+      blow_fit ();
+    }
+}
+
+void
+Bezier_bow::calc_return (Real begin_alpha, Real end_alpha)
+{
+#ifndef STANDALONE
+  Real thick = paper_l_->get_var ("slur_thickness");
+#else
+  Real thick = 1.8 * 0.4 PT;
+#endif
+
+  return_[0] = control_[3];
+  return_[3] = control_[0];
+
+  return_[1] = control_[2] - thick * complex_exp (Offset (0, 90 + end_alpha));
+  return_[2] = control_[1] 
+    - thick * complex_exp (Offset (0, 90 - begin_alpha));  
+}
+
+/*
+ See Documentation/fonts.tex
+ */
+void
+Bezier_bow::calc_tangent_controls ()
+{
+  Offset ijk_p (control_[3][X_AXIS] / 2, control_[1][Y_AXIS]);
+  BEZIER_BOW_DOUT << "ijk: " << ijk_p[X_AXIS] << ", " << ijk_p[Y_AXIS] << endl;
+
+  Real default_rc = ijk_p[Y_AXIS] / ijk_p[X_AXIS];
+
+  int begin_disturb = encompass_.largest_disturbing ();
+  Offset begin_p = begin_disturb ? Offset (encompass_[begin_disturb][X_AXIS], 
+    encompass_[begin_disturb][Y_AXIS]) : ijk_p;
+  Real begin_rc = begin_p[Y_AXIS] / begin_p[X_AXIS];
+  if (default_rc > begin_rc)
+    {
+      begin_p = ijk_p;
+      begin_rc = default_rc;
+    }
+
+  Curve reversed;
+  reversed.set_size (encompass_.size ());
+  Real b = control_[3][X_AXIS];
+  for (int i = 0; i < encompass_.size (); i++ )
+    {
+      //       b     1  0
+      // r  =     -        *  c 
+      //       0     0 -1   
+      reversed[i][X_AXIS] = b - encompass_[encompass_.size () - i - 1][X_AXIS];
+      reversed[i][Y_AXIS] = encompass_[encompass_.size () - i - 1][Y_AXIS];
+    }
+
+  int end_disturb = reversed.largest_disturbing ();
+  end_disturb = end_disturb ? encompass_.size () - end_disturb - 1 : 0;
+  Offset end_p = end_disturb ? Offset (encompass_[end_disturb][X_AXIS], 
+    encompass_[end_disturb][Y_AXIS]) : ijk_p;
+  Real end_rc = end_p[Y_AXIS] / (control_[3][X_AXIS] - end_p[X_AXIS]);
+  if (default_rc > end_rc)
+    {
+      end_p = ijk_p;
+      end_rc = default_rc;
+    }
+  BEZIER_BOW_DOUT << "begin " << begin_p[X_AXIS] << ", " << begin_p[Y_AXIS] << endl;
+  BEZIER_BOW_DOUT << "end " << end_p[X_AXIS] << ", " << end_p[Y_AXIS] << endl;
+
+  Real height =control_[1][Y_AXIS]; 
+  for (int i = 0; i < encompass_.size (); i++ )
+    height = height >? encompass_[i][Y_AXIS];
+
+  // emperic computer science:
+  //   * tangents somewhat steeper than minimal line
+#ifndef STANDALONE
+  Real internote = paper_l_->get_realvar (interline_scm_sym)/2.0;
+  Real rc_correct = paper_l_->get_var ("slur_rc_factor");
+#else
+  Real internote = STAFFHEIGHT / 8;
+  Real rc_correct = 2.4;
+#endif
+
+  begin_rc *= rc_correct;
+  end_rc *= rc_correct;
+  Real rc1 = begin_rc;
+  Real rc2 = -end_rc;
+  
+  Real begin_alpha = atan (begin_rc);
+  Real end_alpha = atan (-end_rc);
+  Real theta = (begin_alpha - end_alpha) / 2;
+
+  Real epsilon = internote / 5;
+
+  // if we have two disturbing points, have height line through those...
+  if (!((abs (begin_p[X_AXIS] - end_p[X_AXIS]) < epsilon)
+    && (abs (begin_p[Y_AXIS] - end_p[Y_AXIS]) < epsilon)))
+      theta = atan (end_p[Y_AXIS] - begin_p[Y_AXIS]) / (end_p[X_AXIS] - begin_p[X_AXIS]);
+
+  Real rc3 = tan (theta);
+  // ugh: be less steep
+  rc3 /= 2*rc_correct;
+
+  Real c2 = -rc2 * control_[3][X_AXIS];
+  Real c3 = begin_p[Y_AXIS] > end_p[Y_AXIS] ? begin_p[Y_AXIS] 
+    - rc3 * begin_p[X_AXIS] : end_p[Y_AXIS] - rc3 * end_p[X_AXIS];
+
+  BEZIER_BOW_DOUT << "y1 = " << rc1 << " x + 0" << endl;
+  BEZIER_BOW_DOUT << "y2 = " << rc2 << " x + " << c2 << endl;
+  BEZIER_BOW_DOUT << "y3 = " << rc3 << " x + " << c3 << endl;
+  control_[1][X_AXIS] = c3 / (rc1 - rc3);
+  control_[1][Y_AXIS] = rc1 * control_[1][X_AXIS];
+  control_[2][X_AXIS] = (c3 - c2) / (rc2 - rc3);
+  BEZIER_BOW_DOUT << "c2[X_AXIS] = " << control_[2][X_AXIS] << endl;
+  BEZIER_BOW_DOUT << "(c3 - c2) = " << (c3 - c2) << endl;
+  BEZIER_BOW_DOUT << "(rc2 - rc3) = " << (rc2 - rc3) << endl;
+  control_[2][Y_AXIS] = rc2 * control_[2][X_AXIS] + c2;
+  BEZIER_BOW_DOUT << "c2[Y_AXIS]" << control_[2][Y_AXIS] << endl;
+
+  calc_return (begin_alpha, end_alpha);
+}
+
+bool
+Bezier_bow::check_fit_bo ()
+{
+  for (int i = 1; i < encompass_.size () - 1; i++)
+    if ((encompass_[i][X_AXIS] > encompass_[0][X_AXIS])
+      && (encompass_[i][X_AXIS] < encompass_[encompass_.size () -1][X_AXIS]))
+      if (encompass_[i][Y_AXIS] > y (encompass_[i][X_AXIS]))
+       return false;
+  return true;
+}
+
+Real
+Bezier_bow::check_fit_f ()
+{
+  Real dy = 0;
+  for (int i = 1; i < encompass_.size () - 1; i++)
+    if ((encompass_[i][X_AXIS] > encompass_[0][X_AXIS])
+      && (encompass_[i][X_AXIS] < encompass_[encompass_.size () -1][X_AXIS]))
+      dy = dy >? (encompass_[i][Y_AXIS] - y (encompass_[i][X_AXIS]));
+  return dy;
+}
+
+void
+Bezier_bow::print () const
+{
+#ifndef NPRINT
+  Bezier::print ();
+  if (check_debug && !monitor->silent_b ("Bezier_bow_controls"))
+    {
+      cout << "Bezier_bow\n";
+      cout << "Encompass: ";
+      for (int i=0; i < encompass_.size (); i++)
+       cout << encompass_[i].str () << ", ";
+//      cout << "\n";
+    }
+#endif
+}
+
+void
+Bezier_bow::set (Array<Offset> points, int dir)
+{
+  dir_ = dir;
+  encompass_ = points;
+}
+
+void
+Bezier_bow::transform ()
+{
+  origin_ = encompass_[0];
+  encompass_.translate (-origin_);
+
+  Offset delta = encompass_[encompass_.size () - 1] - encompass_[0];
+  alpha_ = delta.arg ();
+
+  encompass_.rotate (-alpha_);
+
+  if (dir_ == DOWN)
+    encompass_.flipy ();
+}
+
+void
+Bezier_bow::transform_back ()
+{
+  if (dir_ == DOWN)
+    {
+      control_.flipy ();
+      return_.flipy ();
+      encompass_.flipy ();
+    }
+
+  control_.rotate (alpha_);
+  control_.translate (origin_);
+
+  return_.rotate (alpha_);
+  return_.translate (origin_);
+
+  encompass_.rotate (alpha_);
+  encompass_.translate (origin_);
+}
+
+/*
+ See Documentation/fonts.tex
+ */
+void
+Bezier_bow::calc_default (Real h)
+{
+  Real pi = M_PI;
+#ifndef STANDALONE
+  Real height_limit = paper_l_->get_var ("slur_height_limit");
+  Real ratio = paper_l_->get_var ("slur_ratio");
+#else
+  Real staffsize_f = STAFFHEIGHT;
   Real height_limit = staffsize_f;
-  Real alpha = height_limit * pi / 2.0;
   Real ratio = 1.0/3.0;
-  Real beta = 3.0/4.0 * pi * ratio/alpha;
+#endif
 
-  Real b = sqrt (dx * dx + dy * dy);
-  Real indent = 2.0/5.0 * alpha * atan (beta * b);
-  // ugh, ugly height hack, see lily-ps-defs.tex
-  Real height = (indent + h) * d;
-  Offset control[4];
-  control[0] = Offset(0, 0);
-  control[1] = Offset(indent, height);
-  control[2] = Offset(b - indent, height);
-  control[3] = Offset( b, 0 );
+  Real alpha = height_limit * 2.0 / pi;
+  Real beta = pi * ratio / (2.0 * height_limit);
+
+  Offset delta (encompass_[encompass_.size () - 1][X_AXIS] 
+    - encompass_[0][X_AXIS], 0);
+  Real b = delta.length ();
+  Real indent = alpha * atan (beta * b);
+  Real height = indent + h;
  
-  Real phi = dx ? atan (dy/dx) : sign (dy) * pi / 2.0;
-  Real sphi = sin (phi);
-  Real cphi = cos (phi);
-  for (int i = 1; i < 4; i++)
-    {
-      control[i].x() = cphi * control[i].x() - sphi * control[i].y ();
-      control[i].y () = sphi * control[i].x() + cphi * control[i].y ();
-    }
-  Bezier::calc (control);
+  Array<Offset> control;
+  control.push (Offset (0, 0));
+  control.push (Offset (indent, height));
+  control.push (Offset (b - indent, height));
+  control.push (Offset (b, 0));
+  Bezier::set (control);
 }