]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/simple-spacer.cc
(transform_heads): replace
[lilypond.git] / lily / simple-spacer.cc
index 46ccff03d85b56fb84b48cc08b47d68a1498a1f0..8e3de2cf766105bc90212fd99d2c465f003e7c61 100644 (file)
+/*   
+  simple-spacer.cc -- implement Simple_spacer
+  
+  source file of the GNU LilyPond music typesetter
+  
+  (c) 1999--2004 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
+
+  TODO:
+  - add support for different stretch/shrink constants?
+  
+*/
+
 #include "simple-spacer.hh"
-#include "idealspacing.hh"
-// #include ""
 
+#include <cstdio>
+#include <math.h>
+
+#include <libc-extension.hh>   // isinf
+
+#include "paper-column.hh"
+#include "spring.hh"
+#include "warn.hh"
+#include "column-x-positions.hh"
+#include "spaceable-grob.hh"
+#include "dimensions.hh"
+
+/*
+   A simple spacing constraint solver. The approach:
+
+   Stretch the line uniformly until none of the constraints (rods)
+   block.  It then is very wide.
+
+      Compress until the next constraint blocks,
+
+      Mark the springs over the constrained part to be non-active.
+      
+   Repeat with the smaller set of non-active constraints, until all
+   constraints blocked, or until the line is as short as desired.
+
+   This is much simpler, and much much faster than full scale
+   Constrained QP. On the other hand, a situation like this will not
+   be typeset as dense as possible, because
+
+   c4                   c4           c4                  c4
+   veryveryverylongsyllable2         veryveryverylongsyllable2
+   " "4                 veryveryverylongsyllable2        syllable4
+
+
+   can be further compressed to
+
+
+   c4    c4                        c4   c4
+   veryveryverylongsyllable2       veryveryverylongsyllable2
+   " "4  veryveryverylongsyllable2      syllable4
+
+
+   Perhaps this is not a bad thing, because the 1st looks better anyway.  */
+
+
+/*
+
+  positive force = expanding, negative force = compressing.
+  
+*/
+
+Simple_spacer::Simple_spacer ()
+{
+  /*
+    Give an extra penalty for compression. Needed to avoid compressing
+    tightly spaced lines.
+  */
+  active_count_ = 0;
+  force_ = 0.;
+  indent_ = 0.0;
+  default_space_ = 20 PT;
+}
 
 void
-Spring_info::set(Idealspacing *i)
+Simple_spacer::add_rod (int l, int r, Real dist)
 {
-  space_f_ = i->space_f_;
-  hooke_f_ = i->hooke_f_;
+  if (isinf (dist) || isnan (dist))
+    {
+      programming_error ("Weird minimum distance. Ignoring");
+      return;
+    }
+
+  Real c = range_stiffness (l,r);
+  if (isinf (c))
+    {
+      /*
+       If a spring is fixed, we have to do something here:
+       we let the rod override the spring. 
+       */
+      Real total_dist = 0.;
+      for (int i = l ; i < r; i++)
+       total_dist += springs_[i].ideal_;
+
+      if (total_dist < dist)
+       for (int i = l ; i < r; i++)
+         springs_[i].ideal_ *= dist/total_dist;
+
+      return;
+    }
+  
+  Real d = range_ideal_len (l,r);
+  Real block_stretch = dist - d;
+  
+  Real block_force = c * block_stretch;
+  force_ = force_ >? block_force;
+
+  for (int i = l; i < r; i++)
+    springs_[i].block_force_ = block_force >?
+      springs_[i].block_force_ ;
 }
 
-Spring_info::Spring_info()
+Real
+Simple_spacer::range_ideal_len (int l, int r)   const
 {
-  space_f_ = 0.0;
-  hooke_f_ = 1.0;
-  blocking_stretch_f_ = infinity_f;
-  blocking_rod_l_ = 0;
+  Real d = 0.;
+  for (int i = l; i < r; i++)
+    d += springs_[i].ideal_;
+  return d;
 }
 
-  
+Real
+Simple_spacer::range_stiffness (int l, int r) const
+{
+  Real den = 0.0;
+  for (int i = l; i < r; i++)
+    {
+      if (springs_[i].is_active_)
+       den += 1 / springs_[i].hooke_;
+    }
 
-void
-Simple_spring_spacer::init ()
+  return 1 / den;
+}
+
+Real
+Simple_spacer::active_blocking_force () const
 {
-  for (PCursor<Rod_info*> i(rods_.top()); i.ok (); i++)
+  Real bf = - infinity_f; 
+  for (int i = 0; i < springs_.size (); i++)
+    if (springs_[i].is_active_)
+      {
+       bf = bf >? springs_[i].block_force_;
+      }
+  return bf;
+}
+
+Real
+Simple_spacer::active_springs_stiffness () const
+{
+  Real  stiff =  range_stiffness (0, springs_.size ());
+  if (isinf (stiff))
     {
-      Real hooke=0.0;
-      Real dist= i->distance_f_;
+      /*
+       all springs are inactive. Take the stiffness of the
+       latest spring to block.
+       */
 
-      hooke =0.0;
-      
-      for (int j = i->cols_[LEFT]; j < i->cols_[RIGHT]; j++)
+      Real max_block_force = -infinity_f;
+      int max_i = -1;
+      for (int i = 0; i < springs_.size (); i++)
        {
-         hooke += 1/springs_[j].hooke_f_;
-         dist -= springs_[j].space_f_;
+         if (springs_[i].block_force_ > max_block_force)
+           {
+             max_i = i;
+             max_block_force = springs_[i].block_force_;
+           }
        }
-      
-      hooke = 1/hooke;
 
-      for (int j = i->cols_[LEFT]; j < i->cols_[RIGHT]; j++)
+      stiff = springs_[max_i].hooke_;   
+    }
+  return stiff;
+}
+
+void
+Simple_spacer::set_active_states ()
+{
+  /* float comparison is safe, since force is only copied.  */
+  for (int i = 0 ; i <springs_.size (); i++)
+    if (springs_[i].is_active_
+       && springs_[i].block_force_ >= force_)
+      {
+       springs_[i].is_active_ = false;
+       active_count_ --; 
+      }
+}   
+
+Real
+Simple_spacer::configuration_length () const
+{
+  Real l = 0.;
+  for (int i = 0; i < springs_.size (); i++)
+    l += springs_[i].length (force_);
+
+  return l;
+}
+
+bool
+Simple_spacer::is_active () const
+{
+  return active_count_; 
+}
+
+void
+Simple_spacer::my_solve_linelen ()
+{
+  while (is_active ())
+    {
+      force_ = active_blocking_force ();
+      Real conf = configuration_length ();
+
+      if (conf < line_len_)
        {
-         Real block_stretch = hooke * dist / (springs_[j].space_f_ *
-                                              springs_[j].hooke_f_ );
+         force_ += (line_len_ - conf) * active_springs_stiffness ();
+         break;
+       }
+      else
+       set_active_states ();
+    }
+}
 
-         if (block_stretch < springs_[j].blocking_stretch_f_)
-           {
-             springs_[j].blocking_stretch_f_ = block_stretch;
-             springs_[j].blocking_rod_l_ = i.ptr ();
-           }
+
+void
+Simple_spacer::my_solve_natural_len ()
+{
+  Real line_len_force = 0.0;
+  
+  while (is_active ())
+    {
+      force_ = active_blocking_force () >? 0.0;
+      Real conf = configuration_length ();
+
+      if (conf < line_len_)
+       {
+         line_len_force = force_
+           + (line_len_ - conf)
+           * active_springs_stiffness();
        }
+      
+      if (force_ < 1e-8) // ugh.,
+       break;
+      
+      set_active_states ();
+    }
+
+  force_ = line_len_force;
+}
+
+LY_DEFINE(ly_solve_spring_rod_problem, "ly:solve-spring-rod-problem",
+         4, 1, 0, (SCM springs, SCM rods, SCM length, SCM ragged),
+         "Solve a spring and rod problem for @var{count} objects, that "
+         "are connected by @var{count-1} springs, and an arbitrary number of rods "
+         "Springs have the format (ideal, hooke) and rods (idx1, idx2, distance) "
+         "@var{length} is a number, @var{ragged} a boolean "
+         "Return: a list containing the force (positive for stretching, "
+         "negative for compressing and #f for non-satisfied constraints) "
+         "followed by the @var{spring-count}+1 positions of the objects. "
+         )
+{
+  int len = scm_ilength (springs);
+  if (len == 0)
+    return scm_list_2 (scm_from_double (0.0), scm_from_double (0.0));
+  
+  SCM_ASSERT_TYPE (len >= 0, springs, SCM_ARG1, __FUNCTION__, "list of springs");
+  SCM_ASSERT_TYPE (scm_ilength (rods) >= 0, rods, SCM_ARG2, __FUNCTION__, "list of rods");
+  SCM_ASSERT_TYPE (scm_is_number (length) || length == SCM_BOOL_F,
+                  length, SCM_ARG3, __FUNCTION__, "number or #f");
+
+
+  bool is_ragged = ragged == SCM_BOOL_T; 
+  Simple_spacer spacer; 
+  for (SCM s = springs; scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
+    {
+      Real ideal = scm_to_double (scm_caar (s));
+      Real hooke = scm_to_double (scm_cadar (s));
+
+      spacer.add_spring (ideal, hooke);
+    }
+
+  for (SCM s = rods; scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
+    {
+      SCM entry = scm_car (s);
+      int l = scm_to_int (scm_car (entry));
+      int r = scm_to_int (scm_cadr (entry));
+      entry = scm_cddr (entry);
+      
+      Real distance = scm_to_double (scm_car (entry));
+      spacer.add_rod (l, r, distance);
+    }
+
+  spacer.line_len_ = scm_to_double (length);
+      
+  if (is_ragged)
+    spacer.my_solve_natural_len ();
+  else
+    spacer.my_solve_linelen ();
+
+  Array<Real> posns;
+  posns.push (0.0);
+  for (int i = 0; i < spacer.springs_.size(); i++)
+    {
+      Real l = spacer.springs_[i].length ((is_ragged) ? 0.0 : spacer.force_);
+      posns.push (posns.top() + l);
     }
+
+
+    
+  SCM force_return = SCM_BOOL_F;
+  if (!isinf (spacer.force_)
+      && (spacer.is_active () || is_ragged))
+    {
+      force_return = scm_from_double (spacer.force_);
+    }
+
+  if (is_ragged
+      && posns.top () > spacer.line_len_)
+    {
+      force_return = SCM_BOOL_F;
+    }
+
+  SCM retval = SCM_EOL;
+  for (int i = posns.size(); i--;)
+    {
+      retval = scm_cons (scm_from_double (posns[i]), retval); 
+    }
+
+  retval = scm_cons (force_return, retval);
+  return retval;  
 }
+         
+         
+/****************************************************************/
 
-Array<Real>
-Simple_spring_spacer::solve ()
+Spring_description::Spring_description ()
 {
-  Real start_force = 0.0;
+  ideal_ = 0.0;
+  hooke_ = 0.0;
+  is_active_ = true;
+  block_force_ = 0.0;
+}
+
+
+bool
+Spring_description::is_sane () const
+{
+  return (hooke_ > 0)
+    && ideal_ > 0
+    && !isinf (ideal_) && !isnan (ideal_);
+}
+
+Real
+Spring_description::length (Real f) const
+{
+  if (!is_active_)
+    f = block_force_;
+  return ideal_ + f / hooke_ ;
+}
+/****************************************************************/
+
+
+/*
+  
+  TODO: should a add penalty for widely varying spring forces (caused
+  by constraints, eg.
 
-  for (int i=0; i< springs_.size (); i++)
+
+         =====  
+         |   |
+  o|o|  x ##x
+
+
+  The ## forces the notes apart; we shouldn't allow the O's to touch
+  this closely.
+  
+ */
+void
+Simple_spacer_wrapper::solve (Column_x_positions *positions, bool ragged) 
+{
+  if (ragged)
+    spacer_->my_solve_natural_len ();
+  else
+    spacer_->my_solve_linelen ();
+
+  positions->force_ = spacer_->force_;
+  
+  /*
+    We used to have a penalty for compression, no matter what, but that
+    fucked up wtk1-fugue2 (taking 3 full pages.)
+  */
+  positions->config_.push (spacer_->indent_);
+  for (int i = 0; i < spacer_->springs_.size (); i++)
     {
-      start_force = start_force >?
-       springs_[i].blocking_stretch_f_ * springs_[i].hooke_f_;
+      Real  l = spacer_->springs_[i].length ((ragged) ? 0.0 : spacer_->force_);
+      positions->config_.push (positions->config_.top () + l);
+      /*
+       we have l>= 0 here, up to rounding errors 
+      */
     }
 
-  Array<Real> stretch_factors;
-  Array<bool> blocked;
-  int blocked_count=0; 
-  Real current_len =0.0;
-  for (int i=0; i < springs_.size (); i++)
+  /*
+    For raggedright, we must have a measure of music density: this is
+    to prevent lots of short lines (which all have force = 0).
+    */
+  if (ragged)
     {
-      Real stretch = start_force / (springs_[i].hooke_f_ * springs_[i].space_f_);
-      stretch_factors.push (stretch);
-      current_len += (1  + stretch) * springs_[i].space_f_;
-      blocked.push(false);
+      positions->satisfies_constraints_ = 
+       positions->config_.top () < spacer_->line_len_ ;
     }
+  else
+    positions->satisfies_constraints_ = spacer_->is_active ();
+
+  positions->cols_ = spaced_cols_;
+  positions->loose_cols_ = loose_cols_;
 
-  while (blocked_count < blocked.size ())
+  /*
+    Check if breaking constraints are met.
+   */
+  bool break_satisfy = true;
+  int sz =  positions->cols_.size ();
+  for (int i = sz; i--; )
     {
-      Real      next_stretch = -1.0;
-      int block_index;
-      for (int i=0; i< stretch_factors.size (); i++)
+      SCM p = positions->cols_[i]->get_property ( "penalty");
+      if (scm_is_number (p))
        {
-         if (!blocked[i])
-           {
-             next_stretch = next_stretch >? springs_[i].blocking_stretch_f_;
+         if (scm_to_double (p) < -9999)
+           break_satisfy = break_satisfy && (i == 0 || i == sz -1);
+         if (scm_to_double (p) > 9999)
+           break_satisfy = break_satisfy && !(i == 0 || i == sz -1);
+       }
+      
+    }
 
-             if (next_stretch < springs_[i].blocking_stretch_f_)
-               {
-                 next_stretch = springs_[i].blocking_stretch_f_;
-                 block_index = i;
-               }
-           }
+  positions->satisfies_constraints_ =
+    positions->satisfies_constraints_ && break_satisfy;
+}
+
+void
+Simple_spacer::add_spring (Real ideal, Real hooke)
+{
+  Spring_description desc;
+
+  desc.ideal_ = ideal;
+  desc.hooke_ = hooke;
+  if (!desc.is_sane ())
+    {
+      programming_error ("Insane spring found. Setting to unit spring.");
+
+      desc.hooke_ = 1.0;
+      desc.ideal_ = 1.0;
+    }
+  
+  if (isinf (hooke))
+    {
+      desc.is_active_ = false;
+    }
+  else
+    {
+      /*
+       desc.is_active_ ? 
+      */
+      desc.block_force_ = - desc.hooke_ * desc.ideal_; // block at distance 0
+      
+      active_count_ ++;
+    }
+  springs_.push (desc);
+}
+
+static int
+compare_paper_column_rank (Grob  *const &a,
+                          Grob  *const &b)
+{
+  return Paper_column::get_rank (a) - Paper_column::get_rank (b); 
+}
+
+void
+Simple_spacer_wrapper::add_columns (Link_array<Grob> const &icols)
+{
+  Link_array<Grob> cols (icols);
+  
+  for (int i =  cols.size (); i--;)
+    if (scm_is_pair (cols[i]->get_property ("between-cols")))
+      {
+       loose_cols_.push (cols[i]);
+       cols.del (i);
+      }
+  
+  spaced_cols_ = cols;
+  for (int i = 0; i < cols.size () - 1; i++)
+    {
+      Spring_smob *spring = 0;
+
+      for (SCM s = cols[i]->get_property ("ideal-distances");
+          !spring && scm_is_pair (s);
+          s = scm_cdr (s))
+       {
+         Spring_smob *sp = unsmob_spring (scm_car (s));
+         
+         
+         if (sp->other_ == cols[i+1])
+           spring = sp;
        }
-      current_len = 0.0;
 
-      Real force = next_stretch * (springs_[block_index].space_f_* springs_[block_index].hooke_f_);
-      for (int i=0; i< stretch_factors.size (); i++)
+      if (!spring)
+       programming_error (_f ("No spring between column %d and next one",
+                              Paper_column::get_rank (cols[i])
+                              ));
+
+      Real ideal = (spring) ? spring->distance_ : spacer_->default_space_;
+      Real hooke = (spring) ? spring->strength_ : 1.0;
+       
+      spacer_->add_spring (ideal, hooke);
+    }
+  
+  for (int i = 0; i < cols.size () - 1; i++)
+    {
+      for (SCM s = Spaceable_grob::get_minimum_distances (cols[i]);
+          scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
        {
-         if (!blocked[i])
+         Grob * other = unsmob_grob (scm_caar (s));
+         int oi = binsearch_links (cols, other, &compare_paper_column_rank);
+         if (oi >= 0)
            {
-             stretch_factors[i] = force / (springs_[i].space_f_ * springs_[i].hooke_f_);
+             spacer_->add_rod (i, oi, scm_to_double (scm_cdar (s)));
            }
-         current_len += (1.0 + stretch_factors[i]) * springs_[i].space_f_;
        }
 
-      Rod_info *blockrod = springs_[block_index].blocking_rod_l_;
-      for (int j = blockrod->cols_ [LEFT]; j < blockrod->cols_ [RIGHT]; j++)
+      if (i
+         && !to_boolean  (cols[i]->get_property ("allow-outside-line")))
        {
-         blocked[j] = true;
-         blocked_count ++;
+         Interval e = cols[i]->extent (cols[i], X_AXIS);
+         if (!e.is_empty())
+           {
+             spacer_->add_rod (i, cols.size()-1, e[RIGHT]);
+             spacer_->add_rod (0, i, e[LEFT]);
+           }
        }
     }
+}
 
+Simple_spacer_wrapper::Simple_spacer_wrapper ()
+{
+  spacer_ = new Simple_spacer ();
+}
 
-  Array<Real> distances;
-  for (int i=0; i < stretch_factors.size (); i++)
-    {
-      distances.push (stretch_factors[i] * springs_[i].space_f_);
-    }
-  return distances;
+Simple_spacer_wrapper::~Simple_spacer_wrapper ()
+{
+  delete spacer_;
 }
 
+
+Simple_spacer_wrapper::Simple_spacer_wrapper (Simple_spacer_wrapper const&)
+{
+}