]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/simple-spacer.cc
* Documentation/misc/GNUmakefile (TEXTS): use src-wildcard for
[lilypond.git] / lily / simple-spacer.cc
index 3616155b02534700bc4142eb5c1e1193b79d2adb..e027b5e26ad85a387f2e0181ac902d444dbe729c 100644 (file)
-/*   
-  simple-spacer.cc --  implement Simple_spacer
-  
+/*
+  simple-spacer.cc -- implement Simple_spacer
+
   source file of the GNU LilyPond music typesetter
-  
-  (c) 1999 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
-  
- */
 
+  (c) 1999--2006 Han-Wen Nienhuys <hanwen@xs4all.nl>
+
+  TODO:
+  - add support for different stretch/shrink constants?
+*/
+
+#include <cstdio>
+
+#include "column-x-positions.hh"
+#include "dimensions.hh"
+#include "international.hh"
+#include "libc-extension.hh"   // isinf
+#include "paper-column.hh"
+#include "simple-spacer.hh"
+#include "spaceable-grob.hh"
+#include "spring.hh"
+#include "warn.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_ = 0.;
+  fits_ = true;
+}
+
+Real
+Simple_spacer::force ()
+{
+  return force_;
+}
+
+bool
+Simple_spacer::fits ()
+{
+  return fits_;
+}
+
+Real
+Simple_spacer::rod_force (int l, int r, Real dist)
+{
+  Real c = range_stiffness (l, r);
+  Real d = range_ideal_len (l, r);
+  Real block_stretch = dist - d;
+  return c * block_stretch;
+}
+
+void
+Simple_spacer::add_rod (int l, int r, Real dist)
+{
+  if (isinf (dist) || isnan (dist))
+    {
+      programming_error ("ignoring weird minimum distance");
+      return;
+    }
+
+  Real block_force = rod_force (l, r, dist);
+
+  if (isinf (block_force))
+    {
+      Real spring_dist = range_ideal_len (l, r);
+      if (spring_dist < dist)
+       for (int i = l; i < r; i++)
+         springs_[i].ideal_ *= dist / spring_dist;
+
+      return;
+    }
+  force_ = max (force_, block_force);
+  for (int i = l; i < r; i++)
+    springs_[i].block_force_ = max (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_;
+  return d;
+}
+
+Real
+Simple_spacer::range_stiffness (int l, int r) const
+{
+  Real den = 0.0;
+  for (int i = l; i < r; i++)
+    den += springs_[i].inverse_hooke_;
+
+  return 1 / den;
+}
+
+Real
+Simple_spacer::configuration_length () const
+{
+  Real l = 0.;
+  for (vsize i = 0; i < springs_.size (); i++)
+    l += springs_[i].length (force_);
+
+  return l;
+}
+
+void
+Simple_spacer::solve (Real line_len, bool ragged)
+{
+  Real conf = configuration_length ();
+
+  ragged_ = ragged;
+  line_len_ = line_len;
+  if (ragged)
+    {
+      force_ = 0;
+      fits_ = configuration_length () <= line_len_;
+      /* we need to calculate a force here to prevent a bunch of short lines */
+      if (fits_)
+       force_ = expand_line ();
+    }
+  else if (conf < line_len_)
+    force_ = expand_line ();
+  else if (conf > line_len_)
+    force_ = compress_line ();
+}
+
+Real
+Simple_spacer::expand_line ()
+{
+  double inv_hooke = 0;
+  double cur_len = configuration_length ();
+
+  fits_ = true;
+  for (vsize i=0; i < springs_.size (); i++)
+    inv_hooke += springs_[i].inverse_hooke_;
+
+  assert (cur_len <= line_len_);
+  return (line_len_ - cur_len) / inv_hooke + force_;
+}
+
+Real
+Simple_spacer::compress_line ()
+{
+  double inv_hooke = 0;
+  double cur_len = configuration_length ();
+  double cur_force = force_;
+
+  fits_ = true;
+  for (vsize i=0; i < springs_.size (); i++)
+    inv_hooke += springs_[i].inverse_hooke_;
+
+  assert (line_len_ <= cur_len);
+
+  vector<Spring_description> sorted_springs = springs_;
+  sort (sorted_springs.begin (), sorted_springs.end (), greater<Spring_description> ());
+  for (vsize i = 0; i < sorted_springs.size (); i++)
+    {
+      Spring_description sp = sorted_springs[i];
+
+      assert (sp.block_force_ <= cur_force);
+      if (isinf (sp.block_force_))
+       break;
+
+      double block_dist = (cur_force - sp.block_force_) * inv_hooke;
+      if (cur_len - block_dist <= line_len_)
+       return cur_force + (line_len_ - cur_len) / inv_hooke;
+      cur_len -= block_dist;
+      inv_hooke -= sp.inverse_hooke_;
+      cur_force = sp.block_force_;
+    }
+
+  fits_ = false;
+  return cur_force;
+}
+
+void
+Simple_spacer::add_spring (Real ideal, Real inverse_hooke)
+{
+  Spring_description description;
+
+  description.ideal_ = ideal;
+  description.inverse_hooke_ = inverse_hooke;
+  if (!description.is_sane ())
+    {
+      programming_error ("insane spring found, setting to unit");
+
+      description.inverse_hooke_ = 1.0;
+      description.ideal_ = 1.0;
+    }
+
+  description.block_force_ = -description.ideal_ / description.inverse_hooke_;
+  // block at distance 0
+
+  springs_.push_back (description);
+}
+
+vector<Real>
+Simple_spacer::spring_positions () const
+{
+  vector<Real> ret;
+  ret.push_back (0.);
+
+  for (vsize i = 0; i < springs_.size (); i++)
+    ret.push_back (ret.back () + springs_[i].length (ragged_ ? 0.0 : force_));
+  return ret;
+}
+
+/****************************************************************/
+
+Spring_description::Spring_description ()
+{
+  ideal_ = 0.0;
+  inverse_hooke_ = 0.0;
+  block_force_ = 0.0;
+}
+
+bool
+Spring_description::is_sane () const
+{
+  return (inverse_hooke_ >= 0)
+    && ideal_ > 0
+    && !isinf (ideal_) && !isnan (ideal_);
+}
+
+Real
+Spring_description::length (Real f) const
+{
+  return ideal_ + max (f, block_force_) * inverse_hooke_;
+}
+
+/****************************************************************/
+
+/*
+  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.
+*/
+
+struct Rod_description
+{
+  vsize r_;
+  Real dist_;
+
+  bool operator< (const Rod_description r)
+  {
+    return r_ < r.r_;
+  }
+
+  Rod_description ()
+  {
+    r_ = 0;
+    dist_ = 0;
+  }
+
+  Rod_description (vsize r, Real d)
+  {
+    r_ = r;
+    dist_ = d;
+  }
+};
+
+struct Column_description
+{
+  vector<Rod_description> rods_;
+  vector<Rod_description> end_rods_;   /* use these if they end at the last column of the line */
+  Real ideal_;
+  Real inverse_hooke_;
+  Real end_ideal_;
+  Real end_inverse_hooke_;
+  SCM break_permission_;
+  Interval keep_inside_line_;
+
+  Column_description ()
+  {
+    ideal_ = 0;
+    inverse_hooke_ = 0;
+    end_ideal_ = 0;
+    end_inverse_hooke_ = 0;
+    break_permission_ = SCM_EOL;
+  }
+};
+
+static int compare_paper_column_rank (Grob *const &a, Grob *const &b);
+
+static bool
+is_loose (Grob *g)
+{
+  return (scm_is_pair (g->get_object ("between-cols")));
+}
+
+static Grob*
+maybe_find_prebroken_piece (Grob *g, Direction d)
+{
+  Grob *ret = dynamic_cast<Item*> (g)->find_prebroken_piece (d);
+  if (ret)
+    return ret;
+  return g;
+}
+
+static Grob*
+next_spaceable_column (vector<Grob*> const &list, vsize starting)
+{
+  for (vsize i = starting+1; i < list.size (); i++)
+    if (!is_loose (list[i]))
+      return list[i];
+  return 0;
+}
+
+/* this only returns non-NULL if the line-ending column is the next
+   spaceable-or-breakable column */
+static Grob*
+next_line_ending_column (vector<Grob*> const &list, vsize starting)
+{
+  vsize i = starting + 1;
+  for (; i < list.size ()
+        && is_loose (list[i])
+        && !Paper_column::is_breakable (list[i]);
+       i++)
+    ;
+  return dynamic_cast<Item*> (list[i])->find_prebroken_piece (LEFT);
+}
+
+static void
+get_column_spring (Grob *this_col, Grob *next_col, Real *ideal, Real *inv_hooke)
+{
+  Spring_smob *spring = 0;
+
+  for (SCM s = this_col->get_object ("ideal-distances");
+       !spring && scm_is_pair (s);
+       s = scm_cdr (s))
+    {
+      Spring_smob *sp = unsmob_spring (scm_car (s));
+
+      if (sp->other_ == next_col)
+       spring = sp;
+    }
+
+  if (!spring)
+    programming_error (_f ("No spring between column %d and next one",
+                          Paper_column::get_rank (this_col)));
+
+  *ideal = (spring) ? spring->distance_ : 5.0;
+  *inv_hooke = (spring) ? spring->inverse_strength_ : 1.0;
+}
+
+static Column_description
+get_column_description (vector<Grob*> const &cols, vsize col_index, bool line_starter)
+{
+  Grob *col = cols[col_index];
+  if (line_starter)
+    col = maybe_find_prebroken_piece (col, RIGHT);
+
+  Column_description description;
+  Grob *next_col = next_spaceable_column (cols, col_index);
+  if (next_col)
+    get_column_spring (col, next_col, &description.ideal_, &description.inverse_hooke_);
+  Grob *end_col = next_line_ending_column (cols, col_index);
+  if (end_col)
+    get_column_spring (col, end_col, &description.end_ideal_, &description.end_inverse_hooke_);
+
+  for (SCM s = Spaceable_grob::get_minimum_distances (col);
+       scm_is_pair (s); s = scm_cdr (s))
+    {
+      Grob *other = unsmob_grob (scm_caar (s));
+      vsize j = binary_search (cols, other, &compare_paper_column_rank, col_index);
+      if (j != VPOS)
+       {
+         if (cols[j] == other)
+           description.rods_.push_back (Rod_description (j, scm_to_double (scm_cdar (s))));
+         else /* it must end at the LEFT prebroken_piece */
+           description.end_rods_.push_back (Rod_description (j, scm_to_double (scm_cdar (s))));
+       }
+    }
+  if (!line_starter && to_boolean (col->get_property ("keep-inside-line")))
+    description.keep_inside_line_ = col->extent (col, X_AXIS);
+  description.break_permission_ = col->get_property ("line-break-permission");
+  return description;
+}
+
+vector<Real>
+get_line_forces (vector<Grob*> const &icols, vector<vsize> breaks,
+                Real line_len, Real indent, bool ragged)
+{
+  vector<Real> force;
+  force.resize (breaks.size () * breaks.size (), infinity_f);
+
+  vector<Column_description> cols;
+  vsize b = 1;
+  SCM force_break = ly_symbol2scm ("force");
+
+  cols.push_back (Column_description ());
+  for (vsize i = 1; i < icols.size () - 1; i++)
+    {
+      if (b < breaks.size () && breaks[b] == i)
+       {
+         breaks[b] = cols.size ();
+         b++;
+       }
+      if (!is_loose (icols[i]))
+       cols.push_back (get_column_description (icols, i, false));
+    }
+  breaks.back () = cols.size () - 1;
+
+  for (vsize b = 0; b < breaks.size () - 1; b++)
+    {
+      cols[breaks[b]] = get_column_description (icols, breaks[b], true);
+      vsize st = breaks[b];
+
+      for (vsize c = b+1; c < breaks.size (); c++)
+       {
+         vsize end = breaks[c];
+         Simple_spacer spacer;
+
+         for (vsize i = breaks[b]; i < end - 1; i++)
+           spacer.add_spring (cols[i].ideal_, cols[i].inverse_hooke_);
+         spacer.add_spring (cols[end-1].end_ideal_, cols[end-1].inverse_hooke_);
+
+
+         for (vsize i = breaks[b]; i < end; i++)
+           {
+             for (vsize r = 0; r < cols[i].rods_.size (); r++)
+               if (cols[i].rods_[r].r_ < end)
+                 spacer.add_rod (i - st, cols[i].rods_[r].r_ - st, cols[i].rods_[r].dist_);
+             for (vsize r = 0; r < cols[i].end_rods_.size (); r++)
+               if (cols[i].end_rods_[r].r_ == end)
+                 spacer.add_rod (i - st, end - st, cols[i].end_rods_[r].dist_);
+             if (!cols[i].keep_inside_line_.is_empty ())
+               {
+                 spacer.add_rod (i - st, end - st, cols[i].keep_inside_line_[RIGHT]);
+                 spacer.add_rod (0, i - st, cols[i].keep_inside_line_[LEFT]);
+               }
+           }
+         spacer.solve ((b == 0) ? line_len - indent : line_len, ragged);
+         force[b * breaks.size () + c] = spacer.force ();
+
+         if (cols[end].break_permission_ == force_break)
+           break;
+         if (!spacer.fits ())
+           {
+             force[b * breaks.size () + c] = infinity_f;
+             break;
+           }
+       }
+    }
+  return force;
+}
+
+Column_x_positions
+get_line_configuration (vector<Grob*>const &columns,
+                       Real line_len,
+                       Real indent,
+                       bool ragged)
+{
+  vector<Column_description> cols;
+  Simple_spacer spacer;
+  Column_x_positions ret;
+
+  ret.cols_.push_back (dynamic_cast<Item*> (columns[0])->find_prebroken_piece (RIGHT));
+  for (vsize i = 1; i < columns.size () - 1; i++)
+    {
+      if (is_loose (columns[i]))
+       ret.loose_cols_.push_back (columns[i]);
+      else
+       ret.cols_.push_back (columns[i]);
+    }
+  ret.cols_.push_back (dynamic_cast<Item*> (columns.back ())->find_prebroken_piece (LEFT));
+
+  cols.resize (ret.cols_.size () - 1);
+
+  /* since we've already put our line-ending column in the column list, we can ignore
+     the end_XXX_ fields of our column_description */
+  for (vsize i = 0; i < cols.size (); i++)
+    {
+      cols[i] = get_column_description (ret.cols_, i, i == 0);
+      spacer.add_spring (cols[i].ideal_, cols[i].inverse_hooke_);
+    }
+  for (vsize i = 0; i < cols.size (); i++)
+    {
+      for (vsize r = 0; r < cols[i].rods_.size (); r++)
+       spacer.add_rod (i, cols[i].rods_[r].r_, cols[i].rods_[r].dist_);
+      if (!cols[i].keep_inside_line_.is_empty ())
+       {
+         spacer.add_rod (i, cols.size (), cols[i].keep_inside_line_[RIGHT]);
+         spacer.add_rod (0, i, cols[i].keep_inside_line_[LEFT]);
+       }
+    }
+
+  spacer.solve (line_len, ragged);
+  ret.force_ = spacer.force ();
+
+  /*
+    We used to have a penalty for compression, no matter what, but that
+    fucked up wtk1-fugue2 (taking 3 full pages.)
+  */
+  ret.config_ = spacer.spring_positions ();
+  for (vsize i = 0; i < ret.config_.size (); i++)
+    ret.config_[i] += indent;
+
+  ret.satisfies_constraints_ = spacer.fits ();
+
+  /*
+    Check if breaking constraints are met.
+  */
+  for (vsize i = 1; i < ret.cols_.size () - 1; i++)
+    {
+      SCM p = ret.cols_[i]->get_property ("line-break-permission");
+      if (p == ly_symbol2scm ("force"))
+       ret.satisfies_constraints_ = false;
+    }
+
+  return ret;
+}
 
+static int
+compare_paper_column_rank (Grob *const &a,
+                          Grob *const &b)
+{
+  return Paper_column::get_rank (a) - Paper_column::get_rank (b);
+}