]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/bezier.cc
Run grand replace for 2015.
[lilypond.git] / lily / bezier.cc
index 87c0623ba241998fe1b94a842c8fbb83e9e1c2c0..41e7d898b80d654e5dad1fa167fc9cb85259c0fa 100644 (file)
 /*
-  bezier.cc -- implement Bezier and Bezier_bow
+  This file is part of LilyPond, the GNU music typesetter.
 
-  source file of the GNU LilyPond music typesetter
+  Copyright (C) 1998--2015 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
 
-  (c) 1998--2004 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
-*/
+  LilyPond is free software: you can redistribute it and/or modify
+  it under the terms of the GNU General Public License as published by
+  the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
+  (at your option) any later version.
 
+  LilyPond is distributed in the hope that it will be useful,
+  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+  GNU General Public License for more details.
 
-#include <math.h>
+  You should have received a copy of the GNU General Public License
+  along with LilyPond.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+*/
 
 #include "bezier.hh"
 #include "warn.hh"
 #include "libc-extension.hh"
 
-Real
-binomial_coefficient (Real over , int under)
+Real binomial_coefficient_3[]
+=
 {
-  Real x = 1.0;
-
-  while (under)
-    {
-      x *= over / Real (under);
-
-      over  -= 1.0;
-      under --;
-    }
-  return x;
-}
+  1, 3, 3, 1
+};
 
 void
-scale (Array<Offset>* array, Real x , Real y)
+scale (vector<Offset> *array, Real x, Real y)
 {
-  for (int i = 0; i < array->size (); i++)
+  for (vsize i = 0; i < array->size (); i++)
     {
-      (*array)[i][X_AXIS] = x* (*array)[i][X_AXIS];
-      (*array)[i][Y_AXIS] = y* (*array)[i][Y_AXIS];
+      (*array)[i][X_AXIS] = x * (*array)[i][X_AXIS];
+      (*array)[i][Y_AXIS] = y * (*array)[i][Y_AXIS];
     }
 }
 
 void
-rotate (Array<Offset>* array, Real phi)
+rotate (vector<Offset> *array, Real phi)
 {
   Offset rot (complex_exp (Offset (0, phi)));
-  for (int i = 0; i < array->size (); i++)
+  for (vsize i = 0; i < array->size (); i++)
     (*array)[i] = complex_multiply (rot, (*array)[i]);
 }
 
 void
-translate (Array<Offset>* array, Offset o)
+translate (vector<Offset> *array, Offset o)
 {
-  for (int i = 0; i < array->size (); i++)
+  for (vsize i = 0; i < array->size (); i++)
     (*array)[i] += o;
 }
 
 /*
-
   Formula of the bezier 3-spline
 
-  sum_{j= 0}^3 (3 over j) z_j (1-t)^ (3-j)  t^j
+  sum_{j = 0}^3 (3 over j) z_j (1-t)^ (3-j)  t^j
 
 
   A is the axis of X coordinate.
- */
+*/
 
 Real
-Bezier::get_other_coordinate (Axis a,  Real x) const
+Bezier::get_other_coordinate (Axis a, Real x) const
 {
-  Axis other = Axis ((a +1)%NO_AXES);
-  Array<Real> ts = solve_point (a, x);
+  Axis other = Axis ((a + 1) % NO_AXES);
+  vector<Real> ts = solve_point (a, x);
 
   if (ts.size () == 0)
     {
-      programming_error ("No solution found for Bezier intersection.");
+      programming_error ("no solution found for Bezier intersection");
       return 0.0;
     }
-  
-  Offset c = curve_point (ts[0]);
 
+#ifdef PARANOID
+  Offset c = curve_point (ts[0]);
   if (fabs (c[a] - x) > 1e-8)
-    programming_error ("Bezier intersection not correct?");
-  
-  return c[other];
+    programming_error ("bezier intersection not correct?");
+#endif
+
+  return curve_coordinate (ts[0], other);
+}
+
+vector<Real>
+Bezier::get_other_coordinates (Axis a, Real x) const
+{
+  Axis other = other_axis (a);
+  vector<Real> ts = solve_point (a, x);
+  vector<Real> sols;
+  for (vsize i = 0; i < ts.size (); i++)
+    sols.push_back (curve_coordinate (ts[i], other));
+  return sols;
 }
 
+Real
+Bezier::curve_coordinate (Real t, Axis a) const
+{
+  Real tj = 1;
+  Real one_min_tj[4];
+  one_min_tj[0] = 1;
+  for (int i = 1; i < 4; i++)
+    one_min_tj[i] = one_min_tj[i - 1] * (1 - t);
+
+  Real r = 0.0;
+  for (int j = 0; j < 4; j++)
+    {
+      r += control_[j][a] * binomial_coefficient_3[j]
+           * tj * one_min_tj[3 - j];
+
+      tj *= t;
+    }
+
+  return r;
+}
 
 Offset
-Bezier::curve_point (Real t)const
+Bezier::curve_point (Real t) const
 {
   Real tj = 1;
-  Real one_min_tj = (1-t)* (1-t)* (1-t);
+  Real one_min_tj[4];
+  one_min_tj[0] = 1;
+  for (int i = 1; i < 4; i++)
+    one_min_tj[i] = one_min_tj[i - 1] * (1 - t);
 
   Offset o;
-  for (int j= 0 ; j < 4; j++)
+  for (int j = 0; j < 4; j++)
     {
-      o += control_[j] * binomial_coefficient (3, j)
-       * pow (t,j) * pow (1-t, 3-j);
+      o += control_[j] * binomial_coefficient_3[j]
+           * tj * one_min_tj[3 - j];
 
       tj *= t;
-      if (1-t)
-       one_min_tj /= (1-t);
     }
 
 #ifdef PARANOID
-  assert (fabs (o[X_AXIS] - polynomial (X_AXIS).eval (t))< 1e-8);
-  assert (fabs (o[Y_AXIS] - polynomial (Y_AXIS).eval (t))< 1e-8);
+  assert (fabs (o[X_AXIS] - polynomial (X_AXIS).eval (t)) < 1e-8);
+  assert (fabs (o[Y_AXIS] - polynomial (Y_AXIS).eval (t)) < 1e-8);
 #endif
-  
+
   return o;
 }
 
+Real
+Bezier::slope_at_point (Real t) const
+{
+  Offset second_order[3];
+  Offset third_order[2];
+
+  for (vsize i = 0; i < 3; i++)
+    second_order[i] = ((control_[i + 1] - control_[i]) * t) + control_[i];
+
+  for (vsize i = 0; i < 2; i++)
+    third_order[i] = ((second_order[i + 1] - second_order[i]) * t) + second_order[i];
+
+  if (third_order[1][X_AXIS] - third_order[0][X_AXIS] == 0)
+    return infinity_f;
+
+  return (third_order[1][Y_AXIS] - third_order[0][Y_AXIS]) / (third_order[1][X_AXIS] - third_order[0][X_AXIS]);
+}
+
+/*
+  Cache binom (3, j) t^j (1-t)^{3-j}
+*/
+struct Polynomial_cache
+{
+  Polynomial terms_[4];
+  Polynomial_cache ()
+  {
+    for (int j = 0; j <= 3; j++)
+      terms_[j]
+        = binomial_coefficient_3[j]
+          * Polynomial::power (j, Polynomial (0, 1))
+          * Polynomial::power (3 - j, Polynomial (1, -1));
+  }
+};
+
+static Polynomial_cache poly_cache;
 
 Polynomial
-Bezier::polynomial (Axis a)const
+Bezier::polynomial (Axis a) const
 {
   Polynomial p (0.0);
-  for (int j= 0; j <= 3; j++)
+  Polynomial q;
+  for (int j = 0; j <= 3; j++)
     {
-      p +=
-       (control_[j][a] * binomial_coefficient (3, j))
-       * Polynomial::power (j, Polynomial (0, 1))
-       * Polynomial::power (3 - j, Polynomial (1, -1));
+      q = poly_cache.terms_[j];
+      q *= control_[j][a];
+      p += q;
     }
 
   return p;
 }
 
 /**
-   Remove all numbers outside [0,1] from SOL
- */
-Array<Real>
-filter_solutions (Array<Real> sol)
-{
-  for (int i = sol.size (); i--;)
-    if (sol[i] < 0 || sol[i] >1)
-      sol.del (i);
+   Remove all numbers outside [0, 1] from SOL
+*/
+vector<Real>
+filter_solutions (vector<Real> sol)
+{
+  for (vsize i = sol.size (); i--;)
+    if (sol[i] < 0 || sol[i] > 1)
+      sol.erase (sol.begin () + i);
   return sol;
 }
 
 /**
    find t such that derivative is proportional to DERIV
- */
-Array<Real>
-Bezier::solve_derivative (Offset deriv)const
+*/
+vector<Real>
+Bezier::solve_derivative (Offset deriv) const
 {
-  Polynomial xp=polynomial (X_AXIS);
-  Polynomial yp=polynomial (Y_AXIS);
+  Polynomial xp = polynomial (X_AXIS);
+  Polynomial yp = polynomial (Y_AXIS);
   xp.differentiate ();
   yp.differentiate ();
-  
+
   Polynomial combine = xp * deriv[Y_AXIS] - yp * deriv [X_AXIS];
 
   return filter_solutions (combine.solve ());
 }
-  
 
 /*
   Find t such that curve_point (t)[AX] == COORDINATE
 */
-Array<Real> 
+vector<Real>
 Bezier::solve_point (Axis ax, Real coordinate) const
 {
   Polynomial p (polynomial (ax));
   p.coefs_[0] -= coordinate;
-  
-  Array<Real> sol (p.solve ());
+
+  vector<Real> sol (p.solve ());
   return filter_solutions (sol);
 }
 
+/**
+   For the portion of the curve between L and R along axis AX,
+   return the bounding box limit in direction D along the cross axis to AX.
+   If there is no portion between L and R, return 0.0 and report error.
+*/
+Real
+Bezier::minmax (Axis ax, Real l, Real r, Direction d) const
+{
+  Axis bx = other_axis (ax);
+
+  // The curve could hit its bounding box limit along BX at:
+  //  points where the curve is parallel to AX,
+  Offset vec (0.0, 0.0);
+  vec[ax] = 1.0;
+  vector<Real> sols (solve_derivative (vec));
+  //  or endpoints of the curve,
+  sols.push_back (0.999);
+  sols.push_back (0.001);
+  // (using points just inside the ends, so that an endpoint is evaulated
+  //  if it falls within rounding error of L or R and the curve lies inside)
+
+  Interval iv;
+  for (vsize i = sols.size (); i--;)
+    {
+      Offset p (curve_point (sols[i]));
+      if (p[ax] >= l && p[ax] <= r)
+        iv.add_point (p[bx]);
+    }
+
+  //  or intersections of the curve with the bounding lines at L and R.
+  Interval lr (l, r);
+  for (LEFT_and_RIGHT (dir))
+    {
+      vector<Real> v = get_other_coordinates (ax, lr[dir]);
+      for (vsize i = v.size (); i--;)
+        iv.add_point (v[i]);
+    }
+
+  if (iv.is_empty ())
+    {
+      programming_error ("Bezier curve does not cross region of concern");
+      return 0.0;
+    }
+
+  return iv.at (d);
+}
+
 /**
    Compute the bounding box dimensions in direction of A.
- */
+*/
 Interval
-Bezier::extent (Axis a)const
+Bezier::extent (Axis a) const
 {
-  int o = (a+1)%NO_AXES;
+  int o = (a + 1) % NO_AXES;
   Offset d;
-  d[Axis (o)] =1.0;
+  d[Axis (o)] = 1.0;
   Interval iv;
-  Array<Real> sols (solve_derivative (d));
-  sols.push (1.0);
-  sols.push (0.0);  
-  for (int i= sols.size (); i--;)
+  vector<Real> sols (solve_derivative (d));
+  sols.push_back (1.0);
+  sols.push_back (0.0);
+  for (vsize i = sols.size (); i--;)
     {
       Offset o (curve_point (sols[i]));
-      iv.unite (Interval (o[a],o[a]));
+      iv.unite (Interval (o[a], o[a]));
     }
   return iv;
 }
 
+Interval
+Bezier::control_point_extent (Axis a) const
+{
+  Interval ext;
+  for (int i = CONTROL_COUNT; i--;)
+    ext.add_point (control_[i][a]);
+
+  return ext;
+}
+
 /**
    Flip around axis A
- */
+*/
 void
 Bezier::scale (Real x, Real y)
 {
@@ -219,9 +341,9 @@ Bezier::translate (Offset o)
 void
 Bezier::assert_sanity () const
 {
-  for (int i= 0; i < CONTROL_COUNT; i++)
+  for (int i = 0; i < CONTROL_COUNT; i++)
     assert (!isnan (control_[i].length ())
-           && !isinf (control_[i].length ()));
+            && !isinf (control_[i].length ()));
 }
 
 void
@@ -229,6 +351,54 @@ Bezier::reverse ()
 {
   Bezier b2;
   for (int i = 0; i < CONTROL_COUNT; i++)
-    b2.control_[CONTROL_COUNT-i-1] = control_[i];
+    b2.control_[CONTROL_COUNT - i - 1] = control_[i];
   *this = b2;
 }
+
+/*
+  Subdivide a bezier at T into LEFT_PART and RIGHT_PART
+  using deCasteljau's algorithm.
+*/
+void
+Bezier::subdivide (Real t, Bezier *left_part, Bezier *right_part) const
+{
+  Offset p[CONTROL_COUNT][CONTROL_COUNT];
+
+  for (int i = 0; i < CONTROL_COUNT; i++)
+    p[i][CONTROL_COUNT - 1 ] = control_[i];
+  for (int j = CONTROL_COUNT - 2; j >= 0; j--)
+    for (int i = 0; i < CONTROL_COUNT - 1; i++)
+      p[i][j] = p[i][j + 1] + t * (p[i + 1][j + 1] - p[i][j + 1]);
+  for (int i = 0; i < CONTROL_COUNT; i++)
+    {
+      left_part->control_[i] = p[0][CONTROL_COUNT - 1 - i];
+      right_part->control_[i] = p[i][i];
+    }
+}
+
+/*
+  Extract a portion of a bezier from T_MIN to T_MAX
+*/
+
+Bezier
+Bezier::extract (Real t_min, Real t_max) const
+{
+  if ((t_min < 0) || (t_max) > 1)
+    programming_error
+    ("bezier extract arguments outside of limits: curve may have bad shape");
+  if (t_min >= t_max)
+    programming_error
+    ("lower bezier extract value not less than upper value: curve may have bad shape");
+  Bezier bez1, bez2, bez3, bez4;
+  if (t_min == 0.0)
+    bez2 = *this;
+  else
+    subdivide (t_min, &bez1, &bez2);
+  if (t_max == 1.0)
+    return bez2;
+  else
+    {
+      bez2.subdivide ((t_max - t_min) / (1 - t_min), &bez3, &bez4);
+      return bez3;
+    }
+}