]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/simple-spacer.cc
(transform_heads): replace
[lilypond.git] / lily / simple-spacer.cc
index 4910fd27de868d60814da505a9dc28a9c47e1c3a..8e3de2cf766105bc90212fd99d2c465f003e7c61 100644 (file)
@@ -3,31 +3,76 @@
   
   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   
-  (c) 1999 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
+  (c) 1999--2004 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
 
   TODO:
   - add support for different stretch/shrink constants?
-  - Use force as a minimizing function, and use it to discourage mixes of
-  wide and tight lines.
   
 */
 
+#include "simple-spacer.hh"
+
+#include <cstdio>
 #include <math.h>
 
-#include "simple-spacer.hh"
+#include <libc-extension.hh>   // isinf
+
 #include "paper-column.hh"
 #include "spring.hh"
-#include "rod.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 ()
 {
-  force_f_ = 0.;
-  indent_f_ =0.0;
-  default_space_f_ = 20 PT;
-  compression_energy_factor_f_ = 3.0;
+  /*
+    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
@@ -38,35 +83,54 @@ Simple_spacer::add_rod (int l, int r, Real 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_f_ = force_f_ >? block_force;
+  force_ = force_ >? block_force;
 
-  for (int i=l; i < r; i++)
-    springs_[i].block_force_f_ = block_force >?
-      springs_[i].block_force_f_ ;
+  for (int i = l; i < r; i++)
+    springs_[i].block_force_ = block_force >?
+      springs_[i].block_force_ ;
 }
 
 Real
 Simple_spacer::range_ideal_len (int l, int r)   const
 {
-  Real d =0.;
-  for (int i=l; i < r; i++)
-    d += springs_[i].ideal_f_;
+  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++)
-    den += 1 / springs_[i].hooke_f_;
+  Real den = 0.0;
+  for (int i = l; i < r; i++)
+    {
+      if (springs_[i].is_active_)
+       den += 1 / springs_[i].hooke_;
+    }
 
   return 1 / den;
 }
@@ -75,10 +139,10 @@ Real
 Simple_spacer::active_blocking_force () const
 {
   Real bf = - infinity_f; 
-  for (int i=0; i < springs_.size (); i++)
-    if (springs_[i].active_b_)
+  for (int i = 0; i < springs_.size (); i++)
+    if (springs_[i].is_active_)
       {
-       bf = bf >? springs_[i].block_force_f_;
+       bf = bf >? springs_[i].block_force_;
       }
   return bf;
 }
@@ -86,63 +150,70 @@ Simple_spacer::active_blocking_force () const
 Real
 Simple_spacer::active_springs_stiffness () const
 {
-  Real den = 0.0;
-  for (int i=0; i < springs_.size (); i++)
-    if (springs_[i].active_b_)
-      {
-       den += 1 / springs_[i].hooke_f_;
-      }
-  return 1/den;
+  Real  stiff =  range_stiffness (0, springs_.size ());
+  if (isinf (stiff))
+    {
+      /*
+       all springs are inactive. Take the stiffness of the
+       latest spring to block.
+       */
+
+      Real max_block_force = -infinity_f;
+      int max_i = -1;
+      for (int i = 0; i < springs_.size (); i++)
+       {
+         if (springs_[i].block_force_ > max_block_force)
+           {
+             max_i = i;
+             max_block_force = springs_[i].block_force_;
+           }
+       }
+
+      stiff = springs_[max_i].hooke_;   
+    }
+  return stiff;
 }
 
 void
 Simple_spacer::set_active_states ()
 {
-  // safe, since
-  // force is only copied.
-  for (int i=0 ; i <springs_.size (); i++)
-    if (springs_[i].block_force_f_ >= force_f_) 
-      springs_[i].active_b_ = false;
+  /* 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_f_);
+  Real l = 0.;
+  for (int i = 0; i < springs_.size (); i++)
+    l += springs_[i].length (force_);
 
   return l;
 }
 
-Real
-Spring_description::length (Real f) const
-{
-  if (!active_b_)
-    f = block_force_f_;
-  return ideal_f_ + f / hooke_f_ ;
-}
-
 bool
-Simple_spacer::active_b () const
+Simple_spacer::is_active () const
 {
-   for (int i=0; i < springs_.size (); i++)
-    if (springs_[i].active_b_)
-      return true;
-   return false;
+  return active_count_; 
 }
 
 void
 Simple_spacer::my_solve_linelen ()
 {
-  while (active_b ())
+  while (is_active ())
     {
-      force_f_ = active_blocking_force ();
+      force_ = active_blocking_force ();
       Real conf = configuration_length ();
 
-      if (conf < line_len_f_)
+      if (conf < line_len_)
        {
-         force_f_ +=  (line_len_f_  - conf) * active_springs_stiffness ();
+         force_ += (line_len_ - conf) * active_springs_stiffness ();
          break;
        }
       else
@@ -154,126 +225,331 @@ Simple_spacer::my_solve_linelen ()
 void
 Simple_spacer::my_solve_natural_len ()
 {
-  while (active_b ())
+  Real line_len_force = 0.0;
+  
+  while (is_active ())
     {
-      force_f_ = active_blocking_force () >? 0.0;
+      force_ = active_blocking_force () >? 0.0;
+      Real conf = configuration_length ();
 
-      if (force_f_ < 1e-8) // ugh.,
+      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;
 }
 
-void
-Simple_spacer::add_columns (Link_array<Paper_column> cols)
+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. "
+         )
 {
-  for (int i=0; i < cols.size () - 1; i++)
+  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))
     {
-      Paper_column * c = cols [i];
-      Column_spring *to_next = 0;
-      for (int j =0; !to_next && j < c->spring_arr_drul_[RIGHT].size( ); j++)
-       {
-         Column_spring &sp = c->spring_arr_drul_[RIGHT] [j];
-         if (sp.other_l_ != cols[i+1])
-           continue;
+      Real ideal = scm_to_double (scm_caar (s));
+      Real hooke = scm_to_double (scm_cadar (s));
 
-         to_next = &sp;
-       }
+      spacer.add_spring (ideal, hooke);
+    }
 
-      Spring_description desc;
-      if (to_next)
-       {
-         desc.hooke_f_ = to_next->strength_f_;
-         desc.ideal_f_ = to_next->distance_f_;
-       }
-      else
-       {
-         desc.hooke_f_ = 1.0;
-         desc.ideal_f_ = default_space_f_;
-       }
+  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);
+    }
 
-      if (!desc.sane_b ())
-       {
-         programming_error ("Insane spring.");
-         continue;
-       }
+  spacer.line_len_ = scm_to_double (length);
       
-      desc.block_force_f_ = - desc.hooke_f_ * desc.ideal_f_; // block at distance 0
-      springs_.push  (desc);
+  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);
     }
-  
-  for (int i=0; i < cols.size () - 1; i++)
+
+
+    
+  SCM force_return = SCM_BOOL_F;
+  if (!isinf (spacer.force_)
+      && (spacer.is_active () || is_ragged))
     {
-      Array<Column_rod> * rods = &cols [i]->minimal_dists_arr_drul_[RIGHT];
-      for (int j =0; j < rods->size( ); j++)
-       {
-         int oi = cols.find_i (rods->elem (j).other_l_ );
-         if (oi >= 0)
-           {
-             add_rod (i, oi, rods->elem (j).distance_f_);
-           }
-       }
+      force_return = scm_from_double (spacer.force_);
     }
 
-  if (line_len_f_ < 0)
-    my_solve_natural_len ();
-  else
-    my_solve_linelen ();
-}
+  if (is_ragged
+      && posns.top () > spacer.line_len_)
+    {
+      force_return = SCM_BOOL_F;
+    }
 
-void
-Simple_spacer::solve (Column_x_positions *positions) const
-{
-  positions->energy_f_  = energy_f ();  // abs (force_f_);
-  positions->force_f_ = force_f_;
-  
-  positions->config_.push (indent_f_);
-  for (int i=0; i <springs_.size (); i++)
+  SCM retval = SCM_EOL;
+  for (int i = posns.size(); i--;)
     {
-      positions->config_.push (positions->config_.top () + springs_[i].length (force_f_));
+      retval = scm_cons (scm_from_double (posns[i]), retval); 
     }
 
-  positions->satisfies_constraints_b_ =  (line_len_f_ < 0) || active_b ();
+  retval = scm_cons (force_return, retval);
+  return retval;  
 }
+         
+         
+/****************************************************************/
 
+Spring_description::Spring_description ()
+{
+  ideal_ = 0.0;
+  hooke_ = 0.0;
+  is_active_ = true;
+  block_force_ = 0.0;
+}
 
 
-Spring_description::Spring_description( )
+bool
+Spring_description::is_sane () const
 {
-  ideal_f_ =0.0;
-  hooke_f_ =0.0;
-  active_b_ = true;
-  block_force_f_ = 0.0;
+  return (hooke_ > 0)
+    && ideal_ > 0
+    && !isinf (ideal_) && !isnan (ideal_);
 }
 
 Real
-Spring_description::energy_f (Real force) const
+Spring_description::length (Real f) const
 {
-  Real stretch = (force >? block_force_f_) / hooke_f_;
-  Real e = 0.5 * stretch * stretch * hooke_f_;
-  return e;
+  if (!is_active_)
+    f = block_force_;
+  return ideal_ + f / hooke_ ;
 }
+/****************************************************************/
 
-bool
-Spring_description::sane_b () const
+
+/*
+  
+  TODO: should a add penalty for widely varying spring forces (caused
+  by constraints, eg.
+
+
+         =====  
+         |   |
+  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) 
 {
-  return (hooke_f_ > 0) &&  ! isinf (ideal_f_) && !isnan (ideal_f_);
+  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++)
+    {
+      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 
+      */
+    }
+
+  /*
+    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)
+    {
+      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_;
+
+  /*
+    Check if breaking constraints are met.
+   */
+  bool break_satisfy = true;
+  int sz =  positions->cols_.size ();
+  for (int i = sz; i--; )
+    {
+      SCM p = positions->cols_[i]->get_property ( "penalty");
+      if (scm_is_number (p))
+       {
+         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);
+       }
+      
+    }
+
+  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.");
 
-Real
-Simple_spacer::energy_f () const
+      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)
 {
-  Real e =0.;
+  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;
+       }
 
-  for (int i=0; i <springs_.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++)
     {
-      e += springs_[i].energy_f (force_f_);
+      for (SCM s = Spaceable_grob::get_minimum_distances (cols[i]);
+          scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
+       {
+         Grob * other = unsmob_grob (scm_caar (s));
+         int oi = binsearch_links (cols, other, &compare_paper_column_rank);
+         if (oi >= 0)
+           {
+             spacer_->add_rod (i, oi, scm_to_double (scm_cdar (s)));
+           }
+       }
+
+      if (i
+         && !to_boolean  (cols[i]->get_property ("allow-outside-line")))
+       {
+         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 ();
+}
 
-  if (force_f_ < 0)
-    e *= compression_energy_factor_f_;
+Simple_spacer_wrapper::~Simple_spacer_wrapper ()
+{
+  delete spacer_;
+}
 
-  return e;
+
+Simple_spacer_wrapper::Simple_spacer_wrapper (Simple_spacer_wrapper const&)
+{
 }