Cycles: Remove unneeded include statements
[blender-staging.git] / intern / cycles / subd / subd_dice.cpp
1 /*
2  * Copyright 2011-2013 Blender Foundation
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at
7  *
8  * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include "render/camera.h"
18 #include "render/mesh.h"
19
20 #include "subd/subd_dice.h"
21 #include "subd/subd_patch.h"
22
23 CCL_NAMESPACE_BEGIN
24
25 /* EdgeDice Base */
26
27 EdgeDice::EdgeDice(const SubdParams& params_)
28 : params(params_)
29 {
30         mesh_P = NULL;
31         mesh_N = NULL;
32         vert_offset = 0;
33
34         params.mesh->attributes.add(ATTR_STD_VERTEX_NORMAL);
35
36         if(params.ptex) {
37                 params.mesh->attributes.add(ATTR_STD_PTEX_UV);
38                 params.mesh->attributes.add(ATTR_STD_PTEX_FACE_ID);
39         }
40 }
41
42 void EdgeDice::reserve(int num_verts)
43 {
44         Mesh *mesh = params.mesh;
45
46         vert_offset = mesh->verts.size();
47         tri_offset = mesh->num_triangles();
48
49         /* todo: optimize so we can reserve in advance, this is like push_back_slow() */
50         if(vert_offset + num_verts > mesh->verts.capacity()) {
51                 mesh->reserve_mesh(size_t((vert_offset + num_verts) * 1.2), mesh->num_triangles());
52         }
53
54         mesh->resize_mesh(vert_offset + num_verts, tri_offset);
55
56         Attribute *attr_vN = mesh->attributes.add(ATTR_STD_VERTEX_NORMAL);
57
58         mesh_P = mesh->verts.data();
59         mesh_N = attr_vN->data_float3();
60 }
61
62 int EdgeDice::add_vert(Patch *patch, float2 uv)
63 {
64         float3 P, N;
65
66         patch->eval(&P, NULL, NULL, &N, uv.x, uv.y);
67
68         assert(vert_offset < params.mesh->verts.size());
69
70         mesh_P[vert_offset] = P;
71         mesh_N[vert_offset] = N;
72         params.mesh->vert_patch_uv[vert_offset] = make_float2(uv.x, uv.y);
73
74         if(params.ptex) {
75                 Attribute *attr_ptex_uv = params.mesh->attributes.add(ATTR_STD_PTEX_UV);
76                 params.mesh->attributes.resize();
77
78                 float3 *ptex_uv = attr_ptex_uv->data_float3();
79                 ptex_uv[vert_offset] = make_float3(uv.x, uv.y, 0.0f);
80         }
81
82         params.mesh->num_subd_verts++;
83
84         return vert_offset++;
85 }
86
87 void EdgeDice::add_triangle(Patch *patch, int v0, int v1, int v2)
88 {
89         Mesh *mesh = params.mesh;
90
91         /* todo: optimize so we can reserve in advance, this is like push_back_slow() */
92         if(mesh->triangles.size() == mesh->triangles.capacity())
93                 mesh->reserve_mesh(mesh->verts.size(), size_t(max(mesh->num_triangles() + 1, 1) * 1.2));
94
95         mesh->add_triangle(v0, v1, v2, patch->shader, true);
96         params.mesh->triangle_patch[params.mesh->num_triangles()-1] = patch->patch_index;
97
98         if(params.ptex) {
99                 Attribute *attr_ptex_face_id = params.mesh->attributes.add(ATTR_STD_PTEX_FACE_ID);
100                 params.mesh->attributes.resize();
101
102                 float *ptex_face_id = attr_ptex_face_id->data_float();
103                 ptex_face_id[tri_offset] = (float)patch->ptex_face_id();
104         }
105
106         tri_offset++;
107 }
108
109 void EdgeDice::stitch_triangles(Patch *patch, vector<int>& outer, vector<int>& inner)
110 {
111         if(inner.size() == 0 || outer.size() == 0)
112                 return; // XXX avoid crashes for Mu or Mv == 1, missing polygons
113
114         /* stitch together two arrays of verts with triangles. at each step,
115          * we compare using the next verts on both sides, to find the split
116          * direction with the smallest diagonal, and use that in order to keep
117          * the triangle shape reasonable. */
118         for(size_t i = 0, j = 0; i+1 < inner.size() || j+1 < outer.size();) {
119                 int v0, v1, v2;
120
121                 v0 = inner[i];
122                 v1 = outer[j];
123
124                 if(j+1 == outer.size()) {
125                         v2 = inner[++i];
126                 }
127                 else if(i+1 == inner.size()) {
128                         v2 = outer[++j];
129                 }
130                 else {
131                         /* length of diagonals */
132                         float len1 = len_squared(mesh_P[inner[i]] - mesh_P[outer[j+1]]);
133                         float len2 = len_squared(mesh_P[outer[j]] - mesh_P[inner[i+1]]);
134
135                         /* use smallest diagonal */
136                         if(len1 < len2)
137                                 v2 = outer[++j];
138                         else
139                                 v2 = inner[++i];
140                 }
141
142                 add_triangle(patch, v0, v1, v2);
143         }
144 }
145
146 /* QuadDice */
147
148 QuadDice::QuadDice(const SubdParams& params_)
149 : EdgeDice(params_)
150 {
151 }
152
153 void QuadDice::reserve(EdgeFactors& ef, int Mu, int Mv)
154 {
155         /* XXX need to make this also work for edge factor 0 and 1 */
156         int num_verts = (ef.tu0 + ef.tu1 + ef.tv0 + ef.tv1) + (Mu - 1)*(Mv - 1);
157         EdgeDice::reserve(num_verts);
158 }
159
160 float2 QuadDice::map_uv(SubPatch& sub, float u, float v)
161 {
162         /* map UV from subpatch to patch parametric coordinates */
163         float2 d0 = interp(sub.P00, sub.P01, v);
164         float2 d1 = interp(sub.P10, sub.P11, v);
165         return interp(d0, d1, u);
166 }
167
168 float3 QuadDice::eval_projected(SubPatch& sub, float u, float v)
169 {
170         float2 uv = map_uv(sub, u, v);
171         float3 P;
172
173         sub.patch->eval(&P, NULL, NULL, NULL, uv.x, uv.y);
174         if(params.camera)
175                 P = transform_perspective(&params.camera->worldtoraster, P);
176
177         return P;
178 }
179
180 int QuadDice::add_vert(SubPatch& sub, float u, float v)
181 {
182         return EdgeDice::add_vert(sub.patch, map_uv(sub, u, v));
183 }
184
185 void QuadDice::add_side_u(SubPatch& sub,
186         vector<int>& outer, vector<int>& inner,
187         int Mu, int Mv, int tu, int side, int offset)
188 {
189         outer.clear();
190         inner.clear();
191
192         /* set verts on the edge of the patch */
193         outer.push_back(offset + ((side)? 2: 0));
194
195         for(int i = 1; i < tu; i++) {
196                 float u = i/(float)tu;
197                 float v = (side)? 1.0f: 0.0f;
198
199                 outer.push_back(add_vert(sub, u, v));
200         }
201
202         outer.push_back(offset + ((side)? 3: 1));
203
204         /* set verts on the edge of the inner grid */
205         for(int i = 0; i < Mu-1; i++) {
206                 int j = (side)? Mv-1-1: 0;
207                 inner.push_back(offset + 4 + i + j*(Mu-1));
208         }
209 }
210
211 void QuadDice::add_side_v(SubPatch& sub,
212         vector<int>& outer, vector<int>& inner,
213         int Mu, int Mv, int tv, int side, int offset)
214 {
215         outer.clear();
216         inner.clear();
217
218         /* set verts on the edge of the patch */
219         outer.push_back(offset + ((side)? 1: 0));
220
221         for(int j = 1; j < tv; j++) {
222                 float u = (side)? 1.0f: 0.0f;
223                 float v = j/(float)tv;
224
225                 outer.push_back(add_vert(sub, u, v));
226         }
227
228         outer.push_back(offset + ((side)? 3: 2));
229
230         /* set verts on the edge of the inner grid */
231         for(int j = 0; j < Mv-1; j++) {
232                 int i = (side)? Mu-1-1: 0;
233                 inner.push_back(offset + 4 + i + j*(Mu-1));
234         }
235 }
236
237 float QuadDice::quad_area(const float3& a, const float3& b, const float3& c, const float3& d)
238 {
239         return triangle_area(a, b, d) + triangle_area(a, d, c);
240 }
241
242 float QuadDice::scale_factor(SubPatch& sub, EdgeFactors& ef, int Mu, int Mv)
243 {
244         /* estimate area as 4x largest of 4 quads */
245         float3 P[3][3];
246
247         for(int i = 0; i < 3; i++)
248                 for(int j = 0; j < 3; j++)
249                         P[i][j] = eval_projected(sub, i*0.5f, j*0.5f);
250
251         float A1 = quad_area(P[0][0], P[1][0], P[0][1], P[1][1]);
252         float A2 = quad_area(P[1][0], P[2][0], P[1][1], P[2][1]);
253         float A3 = quad_area(P[0][1], P[1][1], P[0][2], P[1][2]);
254         float A4 = quad_area(P[1][1], P[2][1], P[1][2], P[2][2]);
255         float Apatch = max(A1, max(A2, max(A3, A4)))*4.0f;
256
257         /* solve for scaling factor */
258         float Atri = params.dicing_rate*params.dicing_rate*0.5f;
259         float Ntris = Apatch/Atri;
260
261         // XXX does the -sqrt solution matter
262         // XXX max(D, 0.0) is highly suspicious, need to test cases
263         // where D goes negative
264         float N = 0.5f*(Ntris - (ef.tu0 + ef.tu1 + ef.tv0 + ef.tv1));
265         float D = 4.0f*N*Mu*Mv + (Mu + Mv)*(Mu + Mv);
266         float S = (Mu + Mv + sqrtf(max(D, 0.0f)))/(2*Mu*Mv);
267
268         return S;
269 }
270
271 void QuadDice::add_corners(SubPatch& sub)
272 {
273         /* add verts for patch corners */
274         add_vert(sub, 0.0f, 0.0f);
275         add_vert(sub, 1.0f, 0.0f);
276         add_vert(sub, 0.0f, 1.0f);
277         add_vert(sub, 1.0f, 1.0f);
278 }
279
280 void QuadDice::add_grid(SubPatch& sub, int Mu, int Mv, int offset)
281 {
282         /* create inner grid */
283         float du = 1.0f/(float)Mu;
284         float dv = 1.0f/(float)Mv;
285
286         for(int j = 1; j < Mv; j++) {
287                 for(int i = 1; i < Mu; i++) {
288                         float u = i*du;
289                         float v = j*dv;
290
291                         add_vert(sub, u, v);
292
293                         if(i < Mu-1 && j < Mv-1) {
294                                 int i1 = offset + 4 + (i-1) + (j-1)*(Mu-1);
295                                 int i2 = offset + 4 + i + (j-1)*(Mu-1);
296                                 int i3 = offset + 4 + i + j*(Mu-1);
297                                 int i4 = offset + 4 + (i-1) + j*(Mu-1);
298
299                                 add_triangle(sub.patch, i1, i2, i3);
300                                 add_triangle(sub.patch, i1, i3, i4);
301                         }
302                 }
303         }
304 }
305
306 void QuadDice::dice(SubPatch& sub, EdgeFactors& ef)
307 {
308         /* compute inner grid size with scale factor */
309         int Mu = max(ef.tu0, ef.tu1);
310         int Mv = max(ef.tv0, ef.tv1);
311
312 #if 0 /* Doesnt work very well, especially at grazing angles. */
313         float S = scale_factor(sub, ef, Mu, Mv);
314 #else
315         float S = 1.0f;
316 #endif
317
318         Mu = max((int)ceil(S*Mu), 2); // XXX handle 0 & 1?
319         Mv = max((int)ceil(S*Mv), 2); // XXX handle 0 & 1?
320
321         /* reserve space for new verts */
322         int offset = params.mesh->verts.size();
323         reserve(ef, Mu, Mv);
324
325         /* corners and inner grid */
326         add_corners(sub);
327         add_grid(sub, Mu, Mv, offset);
328
329         /* bottom side */
330         vector<int> outer, inner;
331
332         add_side_u(sub, outer, inner, Mu, Mv, ef.tu0, 0, offset);
333         stitch_triangles(sub.patch, outer, inner);
334
335         /* top side */
336         add_side_u(sub, outer, inner, Mu, Mv, ef.tu1, 1, offset);
337         stitch_triangles(sub.patch, inner, outer);
338
339         /* left side */
340         add_side_v(sub, outer, inner, Mu, Mv, ef.tv0, 0, offset);
341         stitch_triangles(sub.patch, inner, outer);
342
343         /* right side */
344         add_side_v(sub, outer, inner, Mu, Mv, ef.tv1, 1, offset);
345         stitch_triangles(sub.patch, outer, inner);
346
347         assert(vert_offset == params.mesh->verts.size());
348 }
349
350 CCL_NAMESPACE_END
351