]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/simple-spacer.cc
*** empty log message ***
[lilypond.git] / lily / simple-spacer.cc
index f058f56f4fd18b9c10df87952d14887ab2e708b5..8e3de2cf766105bc90212fd99d2c465f003e7c61 100644 (file)
@@ -3,31 +3,76 @@
   
   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   
-  (c) 1999--2001 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?
   
 */
 
+#include "simple-spacer.hh"
+
+#include <cstdio>
 #include <math.h>
+
 #include <libc-extension.hh>   // isinf
 
-#include "string-convert.hh"
-#include "simple-spacer.hh"
 #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;
+  /*
+    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
@@ -154,177 +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<Item> 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 (); i++)
-    all_cols_.push ( dynamic_cast<Item*> (cols[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");
 
-  Grob *next = 0;  
-  for (int i=0; i < cols.size () - 1; i++)
+
+  bool is_ragged = ragged == SCM_BOOL_T; 
+  Simple_spacer spacer; 
+  for (SCM s = springs; scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
     {
-      SCM spring_params = SCM_UNDEFINED;
+      Real ideal = scm_to_double (scm_caar (s));
+      Real hooke = scm_to_double (scm_cadar (s));
 
-      if (next && cols[i] != next)
-       continue;
+      spacer.add_spring (ideal, hooke);
+    }
 
-      for (SCM s = cols[i]->get_grob_property ("ideal-distances");
-          !gh_pair_p (spring_params) && gh_pair_p (s);
-          s = gh_cdr (s))
-       {
-         Grob *other = unsmob_grob (gh_caar (s));
-         int j = i+1;
-         for (; j < cols.size (); j++)
-           if (cols[j] == other)
-             break;
+  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(j == cols.size ())
-           continue;
+  spacer.line_len_ = scm_to_double (length);
+      
+  if (is_ragged)
+    spacer.my_solve_natural_len ();
+  else
+    spacer.my_solve_linelen ();
 
-         next = other;
-         spring_params = gh_cdar (s);
-       }
+  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);
+    }
 
-      Spring_description desc;
-      desc.ideal_f_ = -1;
-      if (gh_pair_p(spring_params))
-       {
-         desc.ideal_f_ = gh_scm2double (gh_car (spring_params));
-         desc.hooke_f_ = gh_scm2double (gh_cdr (spring_params));
-       }
 
-      if (gh_pair_p (spring_params) && desc.sane_b ())
-       {
-         spaced_cols_.push (dynamic_cast<Item*> (cols[i]));
-         desc.block_force_f_ = - desc.hooke_f_ * desc.ideal_f_; // block at distance 0
-         springs_.push (desc);
-       }
-      else if (gh_pair_p (spring_params) && !desc.sane_b ())
-       {
-         programming_error (String_convert::form_str  ("insane springs at col %d", Paper_column::rank_i (cols[i])));
-         // Generate rods for these cols. 
-       }
+    
+  SCM force_return = SCM_BOOL_F;
+  if (!isinf (spacer.force_)
+      && (spacer.is_active () || is_ragged))
+    {
+      force_return = scm_from_double (spacer.force_);
     }
 
-  spaced_cols_.push (all_cols_.top ());
-  
-  for (int i=0; i < spaced_cols_.size () - 1; i++)
+  if (is_ragged
+      && posns.top () > spacer.line_len_)
     {
-      for (SCM s = Spaceable_grob::get_minimum_distances (spaced_cols_[i]);
-          gh_pair_p (s); s = gh_cdr (s))
-       {
-         Item * other = dynamic_cast<Item*> (unsmob_grob (gh_caar (s)));
-         int oi = spaced_cols_.find_i (other);
-         if (oi >= 0)
-           {
-             add_rod (i, oi, gh_scm2double (gh_cdar (s)));
-           }
-       }
+      force_return = SCM_BOOL_F;
     }
 
-  /*
-    TODO: should support natural length on only the last line.
-   */
-  if (line_len_f_ < 0)
-    my_solve_natural_len ();
-  else
-    my_solve_linelen ();
+  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;  
 }
+         
+         
+/****************************************************************/
 
-void
-Simple_spacer::solve (Column_x_positions *positions) const
+Spring_description::Spring_description ()
 {
-  positions->force_f_ = force_f_;
-  
-  positions->config_.push (indent_f_);
-  for (int i=0; i <springs_.size (); i++)
-    {
-      positions->config_.push (positions->config_.top () + springs_[i].length (force_f_));
-    }
+  ideal_ = 0.0;
+  hooke_ = 0.0;
+  is_active_ = true;
+  block_force_ = 0.0;
+}
 
-  positions->satisfies_constraints_b_ = (line_len_f_ < 0) || active_b ();
-  positions->cols_ = spaced_cols_;
-  do_wide_springs (positions);
+
+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_ ;
+}
+/****************************************************************/
+
+
 /*
-  Do the columns whose springs didn't paricipate in the spacing process
+  
+  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::do_wide_springs ( Column_x_positions *positions_)const
+Simple_spacer_wrapper::solve (Column_x_positions *positions, bool ragged) 
 {
-  int i  = 0;
+  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 
+      */
+    }
 
-  Array<Real> all_posns;
-  for (int j = 0; j < all_cols_.size () && i < spaced_cols_.size (); j++)
+  /*
+    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)
     {
-      if (all_cols_[j] == spaced_cols_[i])
-       {
-         all_posns.push (positions_->config_[i] );
-         i++;
-         continue;
-       }
+      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_;
 
-      SCM between = all_cols_[j]->get_grob_property ("between-cols");
-      if (!gh_pair_p (between))
+  /*
+    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))
        {
-         programming_error (String_convert::form_str ("loose column rank %d not beween spaced cols", Paper_column::rank_i (all_cols_[j] )));
-         all_posns.push (positions_->config_[i]);
-         continue;
+         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);
        }
       
-      Item * prev = dynamic_cast<Item*>  (unsmob_grob (gh_car (between)));
-      Item *next = dynamic_cast<Item*> (unsmob_grob (gh_cdr (between)));
-      int ip = i;
-      int in = i;
-      for (; ip--; )
-       if(spaced_cols_[ip] == prev)
-         break;
+    }
 
-      for (; in < spaced_cols_.size (); in++)
-       if(spaced_cols_[in] == next)
-         break;
+  positions->satisfies_constraints_ =
+    positions->satisfies_constraints_ && break_satisfy;
+}
 
-      // TODO: compute iso. 0.5
-      if (ip >= 0 && in < positions_->config_.size ())
-       all_posns.push (0.5 * (positions_->config_[ip] + positions_->config_[in]));
-      else
-       all_posns.push (positions_->config_[i]);
+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);
+}
 
-  positions_->config_ = all_posns;
-  positions_->cols_ = all_cols_;
+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;
+       }
+
+      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))
+       {
+         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)));
+           }
+       }
 
-Spring_description::Spring_description ()
-{
-  ideal_f_ =0.0;
-  hooke_f_ =0.0;
-  active_b_ = true;
-  block_force_f_ = 0.0;
+      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 ();
+}
 
-bool
-Spring_description::sane_b () const
+Simple_spacer_wrapper::~Simple_spacer_wrapper ()
 {
-  return (hooke_f_ > 0) &&  ! isinf (ideal_f_) && !isnan (ideal_f_);
+  delete spacer_;
 }
 
 
+Simple_spacer_wrapper::Simple_spacer_wrapper (Simple_spacer_wrapper const&)
+{
+}