Workaround for deadlock in face/hole merge function in carve
[blender.git] / extern / carve / lib / intersect_face_division.cpp
1 // Begin License:
2 // Copyright (C) 2006-2011 Tobias Sargeant (tobias.sargeant@gmail.com).
3 // All rights reserved.
4 //
5 // This file is part of the Carve CSG Library (http://carve-csg.com/)
6 //
7 // This file may be used under the terms of the GNU General Public
8 // License version 2.0 as published by the Free Software Foundation
9 // and appearing in the file LICENSE.GPL2 included in the packaging of
10 // this file.
11 //
12 // This file is provided "AS IS" with NO WARRANTY OF ANY KIND,
13 // INCLUDING THE WARRANTIES OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
14 // A PARTICULAR PURPOSE.
15 // End:
16
17
18 #if defined(HAVE_CONFIG_H)
19 #  include <carve_config.h>
20 #endif
21
22 #include <carve/csg.hpp>
23 #include <carve/polyline.hpp>
24 #include <carve/debug_hooks.hpp>
25 #include <carve/timing.hpp>
26 #include <carve/triangulator.hpp>
27
28 #include <list>
29 #include <set>
30 #include <iostream>
31
32 #include <algorithm>
33
34 #include "csg_detail.hpp"
35 #include "csg_data.hpp"
36
37 #include "intersect_common.hpp"
38
39
40
41 #if defined(CARVE_DEBUG_WRITE_PLY_DATA)
42 void writePLY(const std::string &out_file, const carve::line::PolylineSet *lines, bool ascii);
43 #endif
44
45
46
47 namespace {
48
49
50
51 #if defined(CARVE_DEBUG_WRITE_PLY_DATA)
52   template<typename iter_t>
53   void dumpFacesAndHoles(iter_t f_begin, iter_t f_end,
54                          iter_t h_begin, iter_t h_end,
55                          const std::string &fname) {
56     std::cerr << "dumping " << std::distance(f_begin, f_end) << " faces, " << std::distance(h_begin, h_end) << " holes." << std::endl;
57     std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, size_t> v_included;
58
59     for (iter_t i = f_begin; i != f_end; ++i) {
60       for (size_t j = 0; j < (*i).size(); ++j) {
61         if (v_included.find((*i)[j]) == v_included.end()) {
62           size_t &p = v_included[(*i)[j]];
63           p = v_included.size() - 1;
64         }
65       }
66     }
67
68     for (iter_t i = h_begin; i != h_end; ++i) {
69       for (size_t j = 0; j < (*i).size(); ++j) {
70         if (v_included.find((*i)[j]) == v_included.end()) {
71           size_t &p = v_included[(*i)[j]];
72           p = v_included.size() - 1;
73         }
74       }
75     }
76
77     carve::line::PolylineSet fh;
78     fh.vertices.resize(v_included.size());
79     for (std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, size_t>::const_iterator
80            i = v_included.begin(); i != v_included.end(); ++i) {
81       fh.vertices[(*i).second].v = (*i).first->v;
82     }
83
84     {
85       std::vector<size_t> connected;
86       for (iter_t i = f_begin; i != f_end; ++i) {
87         connected.clear();
88         for (size_t j = 0; j < (*i).size(); ++j) {
89           connected.push_back(v_included[(*i)[j]]);
90         }
91         fh.addPolyline(true, connected.begin(), connected.end());
92       }
93       for (iter_t i = h_begin; i != h_end; ++i) {
94         connected.clear();
95         for (size_t j = 0; j < (*i).size(); ++j) {
96           connected.push_back(v_included[(*i)[j]]);
97         }
98         fh.addPolyline(true, connected.begin(), connected.end());
99       }
100     }
101
102     ::writePLY(fname, &fh, true);
103   }
104 #endif
105
106
107
108   template<typename T>
109   void populateVectorFromList(std::list<T> &l, std::vector<T> &v) {
110     v.clear();
111     v.reserve(l.size());
112     for (typename std::list<T>::iterator i = l.begin(); i != l.end(); ++i) {
113       v.push_back(T());
114       std::swap(*i, v.back());
115     }
116     l.clear();
117   }
118
119   template<typename T>
120   void populateListFromVector(std::vector<T> &v, std::list<T> &l) {
121     l.clear();
122     for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) {
123       l.push_back(T());
124       std::swap(v[i], l.back());
125     }
126     v.clear();
127   }
128
129
130
131   struct GraphEdge {
132     GraphEdge *next;
133     GraphEdge *prev;
134     GraphEdge *loop_next;
135     carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *src;
136     carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *tgt;
137     double ang;
138     int visited;
139
140     GraphEdge(carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *_src, carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *_tgt) :
141       next(NULL), prev(NULL), loop_next(NULL),
142       src(_src), tgt(_tgt),
143       ang(0.0), visited(-1) {
144     }
145   };
146
147
148
149   struct GraphEdges {
150     GraphEdge *edges;
151     carve::geom2d::P2 proj;
152
153     GraphEdges() : edges(NULL), proj() {
154     }
155   };
156
157
158
159   struct Graph {
160     typedef std::unordered_map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, GraphEdges> graph_t;
161
162     graph_t graph;
163
164     Graph() : graph() {
165     }
166
167     ~Graph() {
168       int c = 0;
169
170       GraphEdge *edge;
171       for (graph_t::iterator i = graph.begin(), e =  graph.end(); i != e; ++i) {
172         edge = (*i).second.edges;
173         while (edge) {
174           GraphEdge *temp = edge;
175           ++c;
176           edge = edge->next;
177           delete temp;
178         }
179       }
180
181       if (c) {
182         std::cerr << "warning: "
183                   << c
184                   << " edges should have already been removed at graph destruction time"
185                   << std::endl;
186       }
187     }
188
189     const carve::geom2d::P2 &projection(carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v) const {
190       graph_t::const_iterator i = graph.find(v);
191       CARVE_ASSERT(i != graph.end());
192       return (*i).second.proj;
193     }
194
195     void computeProjection(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face) {
196       for (graph_t::iterator i = graph.begin(), e =  graph.end(); i != e; ++i) {
197         (*i).second.proj = face->project((*i).first->v);
198       }
199       for (graph_t::iterator i = graph.begin(), e =  graph.end(); i != e; ++i) {
200         for (GraphEdge *e = (*i).second.edges; e; e = e->next) {
201           e->ang = carve::math::ANG(carve::geom2d::atan2(projection(e->tgt) - projection(e->src)));
202         }
203       }
204     }
205
206     void print(std::ostream &out, const carve::csg::VertexIntersections *vi) const {
207       for (graph_t::const_iterator i = graph.begin(), e =  graph.end(); i != e; ++i) {
208         out << (*i).first << (*i).first->v << '(' << projection((*i).first).x << ',' << projection((*i).first).y << ") :";
209         for (const GraphEdge *e = (*i).second.edges; e; e = e->next) {
210           out << ' ' << e->tgt << e->tgt->v << '(' << projection(e->tgt).x << ',' << projection(e->tgt).y << ')';
211         }
212         out << std::endl;
213         if (vi) {
214           carve::csg::VertexIntersections::const_iterator j = vi->find((*i).first);
215           if (j != vi->end()) {
216             out << "   (int) ";
217             for (carve::csg::IObjPairSet::const_iterator
218                    k = (*j).second.begin(), ke = (*j).second.end(); k != ke; ++k) {
219               if ((*k).first < (*k).second) {
220                 out << (*k).first << ".." << (*k).second << "; ";
221               }
222             }
223             out << std::endl;
224           }
225         }
226       }
227     }
228
229     void addEdge(carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v1, carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v2) {
230       GraphEdges &edges = graph[v1];
231       GraphEdge *edge = new GraphEdge(v1, v2);
232       if (edges.edges) edges.edges->prev = edge;
233       edge->next = edges.edges;
234       edges.edges = edge;
235     }
236
237     void removeEdge(GraphEdge *edge) {
238       if (edge->prev != NULL) {
239         edge->prev->next = edge->next;
240       } else {
241         if (edge->next != NULL) {
242           GraphEdges &edges = (graph[edge->src]);
243           edges.edges = edge->next;
244         } else {
245           graph.erase(edge->src);
246         }
247       }
248       if (edge->next != NULL) {
249         edge->next->prev = edge->prev;
250       }
251       delete edge;
252     }
253
254     bool empty() const {
255       return graph.size() == 0;
256     }
257
258     GraphEdge *pickStartEdge() {
259       // Try and find a vertex from which there is only one outbound edge. Won't always succeed.
260       for (graph_t::iterator i = graph.begin(); i != graph.end(); ++i) {
261         GraphEdges &ge = i->second;
262         if (ge.edges->next == NULL) {
263           return ge.edges;
264         }
265       }
266       return (*graph.begin()).second.edges;
267     }
268
269     GraphEdge *outboundEdges(carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v) {
270       return graph[v].edges;
271     }
272   };
273
274
275
276   /** 
277    * \brief Take a set of new edges and split a face based upon those edges.
278    * 
279    * @param[in] face The face to be split.
280    * @param[in] edges 
281    * @param[out] face_loops Output list of face loops
282    * @param[out] hole_loops Output list of hole loops
283    * @param vi 
284    */
285   static void splitFace(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
286                         const carve::csg::V2Set &edges,
287                         std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &face_loops,
288                         std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &hole_loops,
289                         const carve::csg::VertexIntersections & /* vi */) {
290     Graph graph;
291
292     for (carve::csg::V2Set::const_iterator
293            i = edges.begin(), e = edges.end();
294          i != e;
295          ++i) {
296       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v1 = ((*i).first), *v2 = ((*i).second);
297       if (carve::geom::equal(v1->v, v2->v)) std::cerr << "WARNING! " << v1->v << "==" << v2->v << std::endl;
298       graph.addEdge(v1, v2);
299     }
300
301     graph.computeProjection(face);
302
303     while (!graph.empty()) {
304       GraphEdge *edge;
305       GraphEdge *start;
306       start = edge = graph.pickStartEdge();
307
308       edge->visited = 0;
309
310       int len = 0;
311
312       for (;;) {
313         double in_ang = M_PI + edge->ang;
314         if (in_ang > M_TWOPI) in_ang -= M_TWOPI;
315
316         GraphEdge *opts;
317         GraphEdge *out = NULL;
318         double best = M_TWOPI + 1.0;
319
320         for (opts = graph.outboundEdges(edge->tgt); opts; opts = opts->next) {
321           if (opts->tgt == edge->src) {
322             if (out == NULL && opts->next == NULL) out = opts;
323           } else {
324             double out_ang = carve::math::ANG(in_ang - opts->ang);
325
326             if (out == NULL || out_ang < best) {
327               out = opts;
328               best = out_ang;
329             }
330           }
331         }
332
333         CARVE_ASSERT(out != NULL);
334
335         edge->loop_next = out;
336
337         if (out->visited >= 0) {
338           while (start != out) {
339             GraphEdge *e = start;
340             start = start->loop_next;
341             e->loop_next = NULL;
342             e->visited = -1;
343           }
344           len = edge->visited - out->visited + 1;
345           break;
346         }
347
348         out->visited = edge->visited + 1;
349         edge = out;
350       }
351
352       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> loop(len);
353       std::vector<carve::geom2d::P2> projected(len);
354
355       edge = start;
356       for (int i = 0; i < len; ++i) {
357         GraphEdge *next = edge->loop_next;
358         loop[i] = edge->src;
359         projected[i] = graph.projection(edge->src);
360         graph.removeEdge(edge);
361         edge = next;
362       }
363
364       CARVE_ASSERT(edge == start);
365
366       if (carve::geom2d::signedArea(projected) < 0) {
367         face_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
368         face_loops.back().swap(loop);
369       } else {
370         hole_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
371         hole_loops.back().swap(loop);
372       }
373     }
374   }
375
376
377
378   /** 
379    * \brief Determine the relationship between a face loop and a hole loop.
380    * 
381    * Determine whether a face and hole share an edge, or a vertex,
382    * or do not touch. Find a hole vertex that is not part of the
383    * face, and a hole,face vertex pair that are coincident, if such
384    * a pair exists.
385    *
386    * @param[in] f A face loop.
387    * @param[in] f_sort A vector indexing \a f in address order
388    * @param[in] h A hole loop.
389    * @param[in] h_sort A vector indexing \a h in address order
390    * @param[out] f_idx Index of a face vertex that is shared with the hole.
391    * @param[out] h_idx Index of the hole vertex corresponding to \a f_idx.
392    * @param[out] unmatched_h_idx Index of a hole vertex that is not part of the face.
393    * @param[out] shares_vertex Boolean indicating that the face and the hole share a vertex.
394    * @param[out] shares_edge Boolean indicating that the face and the hole share an edge.
395    */
396   static void compareFaceLoopAndHoleLoop(const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &f,
397                                          const std::vector<unsigned> &f_sort,
398                                          const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &h,
399                                          const std::vector<unsigned> &h_sort,
400                                          unsigned &f_idx,
401                                          unsigned &h_idx,
402                                          int &unmatched_h_idx,
403                                          bool &shares_vertex,
404                                          bool &shares_edge) {
405     const size_t F = f.size();
406     const size_t H = h.size();
407
408     shares_vertex = shares_edge = false;
409     unmatched_h_idx = -1;
410
411     unsigned I, J;
412     for (I = J = 0; I < F && J < H;) {
413       unsigned i = f_sort[I], j = h_sort[J];
414       if (f[i] == h[j]) {
415         shares_vertex = true;
416         f_idx = i;
417         h_idx = j;
418         if (f[(i + F - 1) % F] == h[(j + 1) % H]) {
419           shares_edge = true;
420         }
421         carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *t = f[i];
422         do { ++I; } while (I < F && f[f_sort[I]] == t);
423         do { ++J; } while (J < H && h[h_sort[J]] == t);
424       } else if (f[i] < h[j]) {
425         ++I;
426       } else {
427         unmatched_h_idx = j;
428         ++J;
429       }
430     }
431     if (J < H) {
432       unmatched_h_idx = h_sort[J];
433     }
434   }
435
436
437
438   /** 
439    * \brief Compute an embedding for a set of face loops and hole loops.
440    *
441    * Because face and hole loops may be contained within each other,
442    * it must be determined which hole loops are directly contained
443    * within a face loop.
444    * 
445    * @param[in] face The face from which these face and hole loops derive.
446    * @param[in] face_loops 
447    * @param[in] hole_loops 
448    * @param[out] containing_faces     A vector which for each hole loop
449    *                                  lists the indices of the face
450    *                                  loops it is containined in.
451    * @param[out] hole_shared_vertices A map from a face,hole pair to
452    *                                  a shared vertex pair.
453    */
454   static void computeContainment(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
455                                  std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &face_loops,
456                                  std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &hole_loops,
457                                  std::vector<std::vector<int> > &containing_faces,
458                                  std::map<int, std::map<int, std::pair<unsigned, unsigned> > > &hole_shared_vertices) {
459 #if defined(CARVE_DEBUG)
460     std::cerr << "input: "
461               << face_loops.size() << "faces, "
462               << hole_loops.size() << "holes."
463               << std::endl;
464 #endif
465
466     std::vector<std::vector<carve::geom2d::P2> > face_loops_projected, hole_loops_projected;
467     std::vector<carve::geom::aabb<2> > face_loop_aabb, hole_loop_aabb;
468     std::vector<std::vector<unsigned> > face_loops_sorted, hole_loops_sorted;
469
470     std::vector<double> face_loop_areas, hole_loop_areas;
471
472     face_loops_projected.resize(face_loops.size());
473     face_loops_sorted.resize(face_loops.size());
474     face_loop_aabb.resize(face_loops.size());
475     face_loop_areas.resize(face_loops.size());
476
477     hole_loops_projected.resize(hole_loops.size());
478     hole_loops_sorted.resize(hole_loops.size());
479     hole_loop_aabb.resize(hole_loops.size());
480     hole_loop_areas.resize(hole_loops.size());
481
482     // produce a projection of each face loop onto a 2D plane, and an
483     // index vector which sorts vertices by address.
484     for (size_t m = 0; m < face_loops.size(); ++m) {
485       const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &f_loop = (face_loops[m]);
486       face_loops_projected[m].reserve(f_loop.size());
487       face_loops_sorted[m].reserve(f_loop.size());
488       for (size_t n = 0; n < f_loop.size(); ++n) {
489         face_loops_projected[m].push_back(face->project(f_loop[n]->v));
490         face_loops_sorted[m].push_back(n);
491       }
492       face_loop_areas.push_back(carve::geom2d::signedArea(face_loops_projected[m]));
493
494       std::sort(face_loops_sorted[m].begin(), face_loops_sorted[m].end(), 
495                 carve::make_index_sort(face_loops[m].begin()));
496       face_loop_aabb[m].fit(face_loops_projected[m].begin(), face_loops_projected[m].end());
497     }
498
499     // produce a projection of each hole loop onto a 2D plane, and an
500     // index vector which sorts vertices by address.
501     for (size_t m = 0; m < hole_loops.size(); ++m) {
502       const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &h_loop = (hole_loops[m]);
503       hole_loops_projected[m].reserve(h_loop.size());
504       hole_loops_projected[m].reserve(h_loop.size());
505       for (size_t n = 0; n < h_loop.size(); ++n) {
506         hole_loops_projected[m].push_back(face->project(h_loop[n]->v));
507         hole_loops_sorted[m].push_back(n);
508       }
509       hole_loop_areas.push_back(carve::geom2d::signedArea(hole_loops_projected[m]));
510
511       std::sort(hole_loops_sorted[m].begin(), hole_loops_sorted[m].end(), 
512                 carve::make_index_sort(hole_loops[m].begin()));
513       hole_loop_aabb[m].fit(hole_loops_projected[m].begin(), hole_loops_projected[m].end());
514     }
515
516     containing_faces.resize(hole_loops.size());
517
518     for (unsigned i = 0; i < hole_loops.size(); ++i) {
519
520       for (unsigned j = 0; j < face_loops.size(); ++j) {
521         if (!face_loop_aabb[j].completelyContains(hole_loop_aabb[i])) {
522 #if defined(CARVE_DEBUG)
523           std::cerr << "face: " << j
524                     << " hole: " << i
525                     << " skipped test (aabb fail)"
526                     << std::endl;
527 #endif
528           continue;
529         }
530
531         unsigned f_idx, h_idx;
532         int unmatched_h_idx;
533         bool shares_vertex, shares_edge;
534         compareFaceLoopAndHoleLoop(face_loops[j],
535                                    face_loops_sorted[j],
536                                    hole_loops[i],
537                                    hole_loops_sorted[i],
538                                    f_idx, h_idx,
539                                    unmatched_h_idx,
540                                    shares_vertex,
541                                    shares_edge);
542
543 #if defined(CARVE_DEBUG)
544         std::cerr << "face: " << j
545                   << " hole: " << i
546                   << " shares_vertex: " << shares_vertex
547                   << " shares_edge: " << shares_edge
548                   << std::endl;
549 #endif
550
551         carve::geom3d::Vector test = hole_loops[i][0]->v;
552         carve::geom2d::P2 test_p = face->project(test);
553
554         if (shares_vertex) {
555           hole_shared_vertices[i][j] = std::make_pair(h_idx, f_idx);
556           // Hole touches face. Should be able to connect it up
557           // trivially. Still need to record its containment, so that
558           // the assignment below works.
559           if (unmatched_h_idx != -1) {
560 #if defined(CARVE_DEBUG)
561             std::cerr << "using unmatched vertex: " << unmatched_h_idx << std::endl;
562 #endif
563             test = hole_loops[i][unmatched_h_idx]->v;
564             test_p = face->project(test);
565           } else {
566             // XXX: hole shares ALL vertices with face. Pick a point
567             // internal to the projected poly.
568             if (shares_edge) {
569               // Hole shares edge with face => face can't contain hole.
570               continue;
571             }
572
573             // XXX: how is this possible? Doesn't share an edge, but
574             // also doesn't have any vertices that are not in
575             // common. Degenerate hole?
576
577             // XXX: come up with a test case for this.
578             CARVE_FAIL("implement me");
579           }
580         }
581
582
583         // XXX: use loop area to avoid some point-in-poly tests? Loop
584         // area is faster, but not sure which is more robust.
585         if (carve::geom2d::pointInPolySimple(face_loops_projected[j], test_p)) {
586 #if defined(CARVE_DEBUG)
587           std::cerr << "contains: " << i << " - " << j << std::endl;
588 #endif
589           containing_faces[i].push_back(j);
590         } else {
591 #if defined(CARVE_DEBUG)
592           std::cerr << "does not contain: " << i << " - " << j << std::endl;
593 #endif
594         }
595       }
596
597 #if defined(CARVE_DEBUG)
598       if (containing_faces[i].size() == 0) {
599         //HOOK(drawFaceLoopWireframe(hole_loops[i], face->normal, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0););
600         std::cerr << "hole loop: ";
601         for (unsigned j = 0; j < hole_loops[i].size(); ++j) {
602           std::cerr << " " << hole_loops[i][j] << ":" << hole_loops[i][j]->v;
603         }
604         std::cerr << std::endl;
605         for (unsigned j = 0; j < face_loops.size(); ++j) {
606           //HOOK(drawFaceLoopWireframe(face_loops[j], face->normal, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0););
607         }
608       }
609 #endif
610
611       // CARVE_ASSERT(containing_faces[i].size() >= 1);
612     }
613   }
614
615
616
617   /** 
618    * \brief Merge face loops and hole loops to produce a set of face loops without holes.
619    * 
620    * @param[in] face The face from which these face loops derive.
621    * @param[in,out] f_loops A list of face loops.
622    * @param[in] h_loops A list of hole loops to be incorporated into face loops.
623    */
624   static void mergeFacesAndHoles(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
625                                  std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &f_loops,
626                                  std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &h_loops,
627                                  carve::csg::CSG::Hooks & /* hooks */) {
628     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > face_loops;
629     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > hole_loops;
630
631     std::vector<std::vector<int> > containing_faces;
632     std::map<int, std::map<int, std::pair<unsigned, unsigned> > > hole_shared_vertices;
633
634 #if defined(CARVE_DEBUG_WRITE_PLY_DATA)
635     dumpFacesAndHoles(f_loops.begin(), f_loops.end(), h_loops.begin(), h_loops.end(), "/tmp/pre_merge.ply");
636 #endif
637
638     {
639       // move input face and hole loops to temp vectors.
640       size_t m;
641       face_loops.resize(f_loops.size());
642       m = 0;
643       for (std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> >::iterator
644              i = f_loops.begin(), ie = f_loops.end();
645            i != ie;
646            ++i, ++m) {
647         face_loops[m].swap((*i));
648       }
649
650       hole_loops.resize(h_loops.size());
651       m = 0;
652       for (std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> >::iterator
653              i = h_loops.begin(), ie = h_loops.end();
654            i != ie;
655            ++i, ++m) {
656         hole_loops[m].swap((*i));
657       }
658       f_loops.clear();
659       h_loops.clear();
660     }
661
662     // work out the embedding of holes and faces.
663     computeContainment(face, face_loops, hole_loops, containing_faces, hole_shared_vertices);
664
665     int unassigned = (int)hole_loops.size();
666
667     std::vector<std::vector<int> > face_holes;
668     face_holes.resize(face_loops.size());
669
670     for (unsigned i = 0; i < containing_faces.size(); ++i) {
671       if (containing_faces[i].size() == 0) {
672         std::map<int, std::map<int, std::pair<unsigned, unsigned> > >::iterator it = hole_shared_vertices.find(i);
673         if (it != hole_shared_vertices.end()) {
674           std::map<int, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator it2 = (*it).second.begin();
675           int f = (*it2).first;
676           unsigned h_idx = (*it2).second.first;
677           unsigned f_idx = (*it2).second.second;
678
679           // patch the hole into the face directly. because
680           // f_loop[f_idx] == h_loop[h_idx], we don't need to
681           // duplicate the f_loop vertex.
682
683           std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &f_loop = face_loops[f];
684           std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &h_loop = hole_loops[i];
685
686           f_loop.insert(f_loop.begin() + f_idx + 1, h_loop.size(), NULL);
687
688           unsigned p = f_idx + 1;
689           for (unsigned a = h_idx + 1; a < h_loop.size(); ++a, ++p) {
690             f_loop[p] = h_loop[a];
691           }
692           for (unsigned a = 0; a <= h_idx; ++a, ++p) {
693             f_loop[p] = h_loop[a];
694           }
695
696 #if defined(CARVE_DEBUG)
697           std::cerr << "hook face " << f << " to hole " << i << "(vertex)" << std::endl;
698 #endif
699         } else {
700           std::cerr << "uncontained hole loop does not share vertices with any face loop!" << std::endl;
701         }
702         unassigned--;
703       }
704     }
705
706
707     // work out which holes are directly contained within which faces.
708     while (unassigned) {
709       std::set<int> removed;
710
711       for (unsigned i = 0; i < containing_faces.size(); ++i) {
712         if (containing_faces[i].size() == 1) {
713           int f = containing_faces[i][0];
714           face_holes[f].push_back(i);
715 #if defined(CARVE_DEBUG)
716           std::cerr << "hook face " << f << " to hole " << i << std::endl;
717 #endif
718           removed.insert(f);
719           unassigned--;
720         }
721       }
722
723       if (!removed.size())
724         throw carve::exception("Failed to merge holes");
725
726       for (std::set<int>::iterator f = removed.begin(); f != removed.end(); ++f) {
727         for (unsigned i = 0; i < containing_faces.size(); ++i) {
728           containing_faces[i].erase(std::remove(containing_faces[i].begin(),
729                                                 containing_faces[i].end(),
730                                                 *f),
731                                     containing_faces[i].end());
732         }
733       }
734     }
735
736 #if 0
737     // use old templated projection code to patch holes into faces.
738     for (unsigned i = 0; i < face_loops.size(); ++i) {
739       std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > face_hole_loops;
740       face_hole_loops.resize(face_holes[i].size());
741       for (unsigned j = 0; j < face_holes[i].size(); ++j) {
742         face_hole_loops[j].swap(hole_loops[face_holes[i][j]]);
743       }
744       if (face_hole_loops.size()) {
745
746         f_loops.push_back(carve::triangulate::incorporateHolesIntoPolygon(
747           carve::mesh::MeshSet<3>::face_t::projection_mapping(face->project),
748           face_loops[i],
749           face_hole_loops));
750       } else {
751         f_loops.push_back(face_loops[i]);
752       }
753     }
754
755 #else
756     // use new 2d-only hole patching code.
757     for (size_t i = 0; i < face_loops.size(); ++i) {
758       if (!face_holes[i].size()) {
759         f_loops.push_back(face_loops[i]);
760         continue;
761       }
762
763       std::vector<std::vector<carve::geom2d::P2> > projected_poly;
764       projected_poly.resize(face_holes[i].size() + 1);
765       projected_poly[0].reserve(face_loops[i].size());
766       for (size_t j = 0; j < face_loops[i].size(); ++j) {
767         projected_poly[0].push_back(face->project(face_loops[i][j]->v));
768       }
769       for (size_t j = 0; j < face_holes[i].size(); ++j) {
770         projected_poly[j+1].reserve(hole_loops[face_holes[i][j]].size());
771         for (size_t k = 0; k < hole_loops[face_holes[i][j]].size(); ++k) {
772           projected_poly[j+1].push_back(face->project(hole_loops[face_holes[i][j]][k]->v));
773         }
774       }
775
776       std::vector<std::pair<size_t, size_t> > result = carve::triangulate::incorporateHolesIntoPolygon(projected_poly);
777
778       f_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
779       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &out = f_loops.back();
780       out.reserve(result.size());
781       for (size_t j = 0; j < result.size(); ++j) {
782         if (result[j].first == 0) {
783           out.push_back(face_loops[i][result[j].second]);
784         } else {
785           out.push_back(hole_loops[face_holes[i][result[j].first-1]][result[j].second]);
786         }
787       }
788     }
789 #endif
790 #if defined(CARVE_DEBUG_WRITE_PLY_DATA)
791     dumpFacesAndHoles(f_loops.begin(), f_loops.end(), h_loops.begin(), h_loops.end(), "/tmp/post_merge.ply");
792 #endif
793
794   }
795
796
797
798   /** 
799    * \brief Assemble the base loop for a face.
800    *
801    * The base loop is the original face loop, including vertices
802    * created by intersections crossing any of its edges.
803    * 
804    * @param[in] face The face to process.
805    * @param[in] vmap 
806    * @param[in] face_split_edges 
807    * @param[in] divided_edges A mapping from edge pointer to sets of
808    *            ordered vertices corrsponding to the intersection points
809    *            on that edge.
810    * @param[out] base_loop A vector of the vertices of the base loop.
811    */
812   static bool assembleBaseLoop(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
813                                const carve::csg::detail::Data &data,
814                                std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &base_loop) {
815     base_loop.clear();
816
817     // XXX: assumes that face->edges is in the same order as
818     // face->vertices. (Which it is)
819     carve::mesh::MeshSet<3>::edge_t *e = face->edge;
820     bool face_edge_intersected = false;
821     do {
822       base_loop.push_back(carve::csg::map_vertex(data.vmap, e->vert));
823
824       carve::csg::detail::EVVMap::const_iterator ev = data.divided_edges.find(e);
825
826       if (ev != data.divided_edges.end()) {
827         const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &ev_vec = ((*ev).second);
828
829         for (size_t k = 0, ke = ev_vec.size(); k < ke;) {
830           base_loop.push_back(ev_vec[k++]);
831         }
832
833         face_edge_intersected = true;
834       }
835       e = e->next;
836     } while (e != face->edge);
837
838     return face_edge_intersected;
839   }
840
841
842
843   // the crossing_data structure holds temporary information regarding
844   // paths, and their relationship to the loop of edges that forms the
845   // face perimeter.
846   struct crossing_data {
847     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *path;
848     size_t edge_idx[2];
849
850     crossing_data(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *p, size_t e1, size_t e2) : path(p) {
851       edge_idx[0] = e1; edge_idx[1] = e2;
852     }
853
854     bool operator<(const crossing_data &c) const {
855       // the sort order for paths is in order of increasing initial
856       // position on the edge loop, but decreasing final position.
857       return edge_idx[0] < c.edge_idx[0] || (edge_idx[0] == c.edge_idx[0] && edge_idx[1] > c.edge_idx[1]);
858     }
859   };
860
861
862
863   bool processCrossingEdges(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
864                             const carve::csg::VertexIntersections &vertex_intersections,
865                             carve::csg::CSG::Hooks &hooks,
866                             std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &base_loop,
867                             std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &paths,
868                             std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &face_loops_out) {
869     const size_t N = base_loop.size();
870     std::vector<crossing_data> endpoint_indices;
871
872     endpoint_indices.reserve(paths.size());
873
874     for (size_t i = 0; i < paths.size(); ++i) {
875       endpoint_indices.push_back(crossing_data(&paths[i], N, N));
876     }
877
878     // Step 1:
879     // locate endpoints of paths on the base loop.
880     for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
881       for (size_t j = 0; j < paths.size(); ++j) {
882         // test beginning of path.
883         if (paths[j].front() == base_loop[i]) {
884           if (endpoint_indices[j].edge_idx[0] == N) {
885             endpoint_indices[j].edge_idx[0] = i;
886           } else {
887             // there is a duplicated vertex in the face perimeter. The
888             // path might attach to either of the duplicate instances
889             // so we have to work out which is the right one to attach
890             // to. We assume it's the index currently being examined,
891             // if the path heads in a direction that's internal to the
892             // angle made by the prior and next edges of the face
893             // perimeter. Otherwise, leave it as the currently
894             // selected index (until another duplicate is found, if it
895             // exists, and is tested).
896             const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p = *endpoint_indices[j].path;
897             const size_t pN = p.size();
898
899             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *a, *b, *c;
900             a = base_loop[(i+N-1)%N];
901             b = base_loop[i];
902             c = base_loop[(i+1)%N];
903
904             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *adj = (p[0] == base_loop[i]) ? p[1] : p[pN-2];
905
906             if (carve::geom2d::internalToAngle(face->project(c->v),
907                                                face->project(b->v),
908                                                face->project(a->v),
909                                                face->project(adj->v))) {
910               endpoint_indices[j].edge_idx[0] = i;
911             }
912           }
913         }
914
915         // test end of path.
916         if (paths[j].back() == base_loop[i]) {
917           if (endpoint_indices[j].edge_idx[1] == N) {
918             endpoint_indices[j].edge_idx[1] = i;
919           } else {
920             // Work out which of the duplicated vertices is the right
921             // one to attach to, as above.
922             const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p = *endpoint_indices[j].path;
923             const size_t pN = p.size();
924
925             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *a, *b, *c;
926             a = base_loop[(i+N-1)%N];
927             b = base_loop[i];
928             c = base_loop[(i+1)%N];
929
930             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *adj = (p[0] == base_loop[i]) ? p[1] : p[pN-2];
931
932             if (carve::geom2d::internalToAngle(face->project(c->v),
933                                                face->project(b->v),
934                                                face->project(a->v),
935                                                face->project(adj->v))) {
936               endpoint_indices[j].edge_idx[1] = i;
937             }
938           }
939         }
940       }
941     }
942
943 #if defined(CARVE_DEBUG)
944     std::cerr << "### N: " << N << std::endl;
945     for (size_t i = 0; i < paths.size(); ++i) {
946       std::cerr << "### path: " << i << " endpoints: " << endpoint_indices[i].edge_idx[0] << " - " << endpoint_indices[i].edge_idx[1] << std::endl;
947     }
948 #endif
949
950
951     // Step 2:
952     // divide paths up into those that connect to the base loop in two
953     // places (cross), and those that do not (noncross).
954     std::vector<crossing_data> cross, noncross;
955     cross.reserve(endpoint_indices.size() + 1);
956     noncross.reserve(endpoint_indices.size());
957
958     for (size_t i = 0; i < endpoint_indices.size(); ++i) {
959 #if defined(CARVE_DEBUG)
960       std::cerr << "### orienting path: " << i << " endpoints: " << endpoint_indices[i].edge_idx[0] << " - " << endpoint_indices[i].edge_idx[1] << std::endl;
961 #endif
962       if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] != N && endpoint_indices[i].edge_idx[1] != N) {
963         // Orient each path correctly. Paths should progress from
964         // smaller perimeter index to larger, but if the path starts
965         // and ends at the same perimeter index, then the decision
966         // needs to be made based upon area.
967         if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] == endpoint_indices[i].edge_idx[1]) {
968           // The path forms a loop that starts and ends at the same
969           // vertex of the perimeter. In this case, we need to orient
970           // the path so that the constructed loop has the right
971           // signed area.
972           double area = carve::geom2d::signedArea(endpoint_indices[i].path->begin() + 1,
973                                                   endpoint_indices[i].path->end(),
974                                                   carve::mesh::MeshSet<3>::face_t::projection_mapping(face->project));
975           if (area < 0) {
976             // XXX: Create test case to check that this is the correct sign for the area.
977             std::reverse(endpoint_indices[i].path->begin(), endpoint_indices[i].path->end());
978           }
979         } else {
980           if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] > endpoint_indices[i].edge_idx[1]) {
981             std::swap(endpoint_indices[i].edge_idx[0], endpoint_indices[i].edge_idx[1]);
982             std::reverse(endpoint_indices[i].path->begin(), endpoint_indices[i].path->end());
983           }
984         }
985       }
986
987       if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] != N &&
988           endpoint_indices[i].edge_idx[1] != N &&
989           endpoint_indices[i].edge_idx[0] != endpoint_indices[i].edge_idx[1]) {
990         cross.push_back(endpoint_indices[i]);
991       } else {
992         noncross.push_back(endpoint_indices[i]);
993       }
994     }
995
996     // Step 3:
997     // add a temporary crossing path that connects the beginning and the
998     // end of the base loop. this stops us from needing special case
999     // code to handle the left over loop after all the other crossing
1000     // paths are considered.
1001     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop_temp_path;
1002     base_loop_temp_path.reserve(2);
1003     base_loop_temp_path.push_back(base_loop.front());
1004     base_loop_temp_path.push_back(base_loop.back());
1005
1006     cross.push_back(crossing_data(&base_loop_temp_path, 0, base_loop.size() - 1));
1007 #if defined(CARVE_DEBUG)
1008     std::cerr << "### crossing edge count (with sentinel): " << cross.size() << std::endl;
1009 #endif
1010
1011     // Step 4:
1012     // sort paths by increasing beginning point and decreasing ending point.
1013     std::sort(cross.begin(), cross.end());
1014     std::sort(noncross.begin(), noncross.end());
1015
1016     // Step 5:
1017     // divide up the base loop based upon crossing paths.
1018     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > divided_base_loop;
1019     divided_base_loop.reserve(cross.size());
1020     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> out;
1021
1022     for (size_t i = 0; i < cross.size(); ++i) {
1023       size_t j;
1024       for (j = i + 1;
1025            j < cross.size() &&
1026              cross[i].edge_idx[0] == cross[j].edge_idx[0] && 
1027              cross[i].edge_idx[1] == cross[j].edge_idx[1];
1028            ++j) {}
1029       if (j - i >= 2) {
1030         // when there are multiple paths that begin and end at the
1031         // same point, they need to be ordered so that the constructed
1032         // loops have the right orientation. this means that the loop
1033         // made by taking path(i+1) forward, then path(i) backward
1034         // needs to have negative area. this combined area is equal to
1035         // the area of path(i+1) minus the area of path(i). in turn
1036         // this means that the loop made by path path(i+1) alone has
1037         // to have smaller signed area than loop made by path(i).
1038         // thus, we sort paths in order of decreasing area.
1039
1040         std::vector<std::pair<double, std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *> > order;
1041         order.reserve(j - i);
1042         for (size_t k = i; k < j; ++k) {
1043           double area = carve::geom2d::signedArea(cross[k].path->begin(),
1044                                                   cross[k].path->end(),
1045                                                   carve::mesh::MeshSet<3>::face_t::projection_mapping(face->project));
1046 #if defined(CARVE_DEBUG)
1047           std::cerr << "### k=" << k << " area=" << area << std::endl;
1048 #endif
1049           order.push_back(std::make_pair(-area, cross[k].path));
1050         }
1051         std::sort(order.begin(), order.end());
1052         for (size_t k = i; k < j; ++k) {
1053           cross[k].path = order[k-i].second;
1054 #if defined(CARVE_DEBUG)
1055           std::cerr << "### post-sort k=" << k << " cross[k].path->size()=" << cross[k].path->size() << std::endl;
1056 #endif
1057         }
1058       }
1059     }
1060
1061     // Step 6:
1062     for (size_t i = 0; i < cross.size(); ++i) {
1063 #if defined(CARVE_DEBUG)
1064       std::cerr << "### i=" << i << " working on edge: " << cross[i].edge_idx[0] << " - " << cross[i].edge_idx[1] << std::endl;
1065 #endif
1066       size_t e1_0 = cross[i].edge_idx[0];
1067       size_t e1_1 = cross[i].edge_idx[1];
1068       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p1 = *cross[i].path;
1069 #if defined(CARVE_DEBUG)
1070       std::cerr << "###     path size = " << p1.size() << std::endl;
1071 #endif
1072
1073       out.clear();
1074
1075       if (i < cross.size() - 1 &&
1076           cross[i+1].edge_idx[1] <= cross[i].edge_idx[1]) {
1077 #if defined(CARVE_DEBUG)
1078         std::cerr << "###     complex case" << std::endl;
1079 #endif
1080         // complex case. crossing path with other crossing paths embedded within.
1081         size_t pos = e1_0;
1082
1083         size_t skip = i+1;
1084
1085         while (pos != e1_1) {
1086
1087           std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p2 = *cross[skip].path;
1088           size_t e2_0 = cross[skip].edge_idx[0];
1089           size_t e2_1 = cross[skip].edge_idx[1];
1090
1091           // copy up to the beginning of the next path.
1092           std::copy(base_loop.begin() + pos, base_loop.begin() + e2_0, std::back_inserter(out));
1093
1094           CARVE_ASSERT(base_loop[e2_0] == p2[0]);
1095           // copy the next path in the right direction.
1096           std::copy(p2.begin(), p2.end() - 1, std::back_inserter(out));
1097
1098           // move to the position of the end of the path.
1099           pos = e2_1;
1100
1101           // advance to the next hit path.
1102           do {
1103             ++skip;
1104           } while(skip != cross.size() && cross[skip].edge_idx[0] < e2_1);
1105
1106           if (skip == cross.size()) break;
1107
1108           // if the next hit path is past the start point of the current path, we're done.
1109           if (cross[skip].edge_idx[0] >= e1_1) break;
1110         }
1111
1112         // copy up to the end of the path.
1113                 if (pos < e1_1)
1114             std::copy(base_loop.begin() + pos, base_loop.begin() + e1_1, std::back_inserter(out));
1115
1116         CARVE_ASSERT(base_loop[e1_1] == p1.back());
1117         std::copy(p1.rbegin(), p1.rend() - 1, std::back_inserter(out));
1118       } else {
1119         size_t loop_size = (e1_1 - e1_0) + (p1.size() - 1);
1120         out.reserve(loop_size);
1121
1122         std::copy(base_loop.begin() + e1_0, base_loop.begin() + e1_1, std::back_inserter(out));
1123         std::copy(p1.rbegin(), p1.rend() - 1, std::back_inserter(out));
1124
1125         CARVE_ASSERT(out.size() == loop_size);
1126       }
1127       divided_base_loop.push_back(out);
1128
1129 #if defined(CARVE_DEBUG)
1130       {
1131         std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1132         projected.reserve(out.size());
1133         for (size_t n = 0; n < out.size(); ++n) {
1134           projected.push_back(face->project(out[n]->v));
1135         }
1136
1137         double A = carve::geom2d::signedArea(projected);
1138         std::cerr << "### out area=" << A << std::endl;
1139         CARVE_ASSERT(A <= 0);
1140       }
1141 #endif
1142     }
1143
1144     if (!noncross.size()) {
1145       // If there are no non-crossing paths then we're done.
1146       populateListFromVector(divided_base_loop, face_loops_out);
1147       return true;
1148     }
1149
1150     // for each divided base loop, work out which noncrossing paths and
1151     // loops are part of it. use the old algorithm to combine these into
1152     // the divided base loop. if none, the divided base loop is just
1153     // output.
1154     std::vector<std::vector<carve::geom2d::P2> > proj;
1155     std::vector<carve::geom::aabb<2> > proj_aabb;
1156     proj.resize(divided_base_loop.size());
1157     proj_aabb.resize(divided_base_loop.size());
1158
1159     // calculate an aabb for each divided base loop, to avoid expensive
1160     // point-in-poly tests.
1161     for (size_t i = 0; i < divided_base_loop.size(); ++i) {
1162       proj[i].reserve(divided_base_loop[i].size());
1163       for (size_t j = 0; j < divided_base_loop[i].size(); ++j) {
1164         proj[i].push_back(face->project(divided_base_loop[i][j]->v));
1165       }
1166       proj_aabb[i].fit(proj[i].begin(), proj[i].end());
1167     }
1168
1169     for (size_t i = 0; i < divided_base_loop.size(); ++i) {
1170       std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *> inc;
1171       carve::geom2d::P2 test;
1172
1173       // for each noncrossing path, choose an endpoint that isn't on the
1174       // base loop as a test point.
1175       for (size_t j = 0; j < noncross.size(); ++j) {
1176         if (noncross[j].edge_idx[0] < N) {
1177           if (noncross[j].path->front() == base_loop[noncross[j].edge_idx[0]]) {
1178             // noncrossing paths may be loops that run from the edge, back to the same vertex.
1179             if (noncross[j].path->front() == noncross[j].path->back()) {
1180               CARVE_ASSERT(noncross[j].path->size() > 2);
1181               test = face->project((*noncross[j].path)[1]->v);
1182             } else {
1183               test = face->project(noncross[j].path->back()->v);
1184             }
1185           } else {
1186             test = face->project(noncross[j].path->front()->v);
1187           }
1188         } else {
1189           test = face->project(noncross[j].path->front()->v);
1190         }
1191
1192         if (proj_aabb[i].intersects(test) &&
1193             carve::geom2d::pointInPoly(proj[i], test).iclass != carve::POINT_OUT) {
1194           inc.push_back(noncross[j].path);
1195         }
1196       }
1197
1198 #if defined(CARVE_DEBUG)
1199       std::cerr << "### divided base loop:" << i << " inc.size()=" << inc.size() << std::endl;
1200       std::cerr << "### inc = [";
1201       for (size_t j = 0; j < inc.size(); ++j) {
1202         std::cerr << " " << inc[j];
1203       }
1204       std::cerr << " ]" << std::endl;
1205 #endif
1206
1207       if (inc.size()) {
1208         carve::csg::V2Set face_edges;
1209
1210         for (size_t j = 0; j < divided_base_loop[i].size() - 1; ++j) {
1211           face_edges.insert(std::make_pair(divided_base_loop[i][j],
1212                                            divided_base_loop[i][j+1]));
1213         }
1214
1215         face_edges.insert(std::make_pair(divided_base_loop[i].back(),
1216                                          divided_base_loop[i].front()));
1217
1218         for (size_t j = 0; j < inc.size(); ++j) {
1219           std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &path = *inc[j];
1220           for (size_t k = 0; k < path.size() - 1; ++k) {
1221             face_edges.insert(std::make_pair(path[k], path[k+1]));
1222             face_edges.insert(std::make_pair(path[k+1], path[k]));
1223           }
1224         }
1225
1226         std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > face_loops;
1227         std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > hole_loops;
1228
1229         splitFace(face, face_edges, face_loops, hole_loops, vertex_intersections);
1230
1231         if (hole_loops.size()) {
1232           mergeFacesAndHoles(face, face_loops, hole_loops, hooks);
1233         }
1234         std::copy(face_loops.begin(), face_loops.end(), std::back_inserter(face_loops_out));
1235       } else {
1236         face_loops_out.push_back(divided_base_loop[i]);
1237       }
1238     }
1239     return true;
1240   }
1241
1242
1243
1244   void composeEdgesIntoPaths(const carve::csg::V2Set &edges,
1245                              const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &extra_endpoints,
1246                              std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &paths,
1247                              std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &cuts,
1248                              std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &loops) {
1249     using namespace carve::csg;
1250
1251     detail::VVSMap vertex_graph;
1252     detail::VSet endpoints;
1253     detail::VSet cut_endpoints;
1254
1255     typedef std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> vvec_t;
1256     vvec_t path;
1257
1258     std::list<vvec_t> path_list, cut_list, loop_list;
1259
1260     // build graph from edges.
1261     for (V2Set::const_iterator i = edges.begin(); i != edges.end(); ++i) {
1262 #if defined(CARVE_DEBUG)
1263       std::cerr << "###    edge: " << (*i).first << " - " << (*i).second << std::endl;
1264 #endif
1265       vertex_graph[(*i).first].insert((*i).second);
1266       vertex_graph[(*i).second].insert((*i).first);
1267     }
1268
1269     // find the endpoints in the graph.
1270     // every vertex with number of incident edges != 2 is an endpoint.
1271     for (detail::VVSMap::const_iterator i = vertex_graph.begin(); i != vertex_graph.end(); ++i) {
1272       if ((*i).second.size() != 2) {
1273 #if defined(CARVE_DEBUG)
1274         std::cerr << "###    endpoint: " << (*i).first << std::endl;
1275 #endif
1276         endpoints.insert((*i).first);
1277         if ((*i).second.size() == 1) {
1278           cut_endpoints.insert((*i).first);
1279         }
1280       }
1281     }
1282
1283     // every vertex on the perimeter of the face is also an endpoint.
1284     for (size_t i = 0; i < extra_endpoints.size(); ++i) {
1285       if (vertex_graph.find(extra_endpoints[i]) != vertex_graph.end()) {
1286 #if defined(CARVE_DEBUG)
1287         std::cerr << "###    extra endpoint: " << extra_endpoints[i] << std::endl;
1288 #endif
1289         endpoints.insert(extra_endpoints[i]);
1290         cut_endpoints.erase(extra_endpoints[i]);
1291       }
1292     }
1293
1294     while (endpoints.size()) {
1295       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v = *endpoints.begin();
1296       detail::VVSMap::iterator p = vertex_graph.find(v);
1297       if (p == vertex_graph.end()) {
1298         endpoints.erase(endpoints.begin());
1299         continue;
1300       }
1301
1302       path.clear();
1303       path.push_back(v);
1304
1305       for (;;) {
1306         CARVE_ASSERT(p != vertex_graph.end());
1307
1308         // pick a connected vertex to move to.
1309         if ((*p).second.size() == 0) break;
1310
1311         carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *n = *((*p).second.begin());
1312         detail::VVSMap::iterator q = vertex_graph.find(n);
1313
1314         // remove the link.
1315         (*p).second.erase(n);
1316         (*q).second.erase(v);
1317
1318         // move on.
1319         v = n;
1320         path.push_back(v);
1321
1322         if ((*p).second.size() == 0) vertex_graph.erase(p);
1323         if ((*q).second.size() == 0) {
1324           vertex_graph.erase(q);
1325           q = vertex_graph.end();
1326         }
1327
1328         p = q;
1329
1330         if (v == path[0] || p == vertex_graph.end() || endpoints.find(v) != endpoints.end()) break;
1331       }
1332       CARVE_ASSERT(endpoints.find(path.back()) != endpoints.end());
1333
1334       bool is_cut =
1335         cut_endpoints.find(path.front()) != cut_endpoints.end() &&
1336         cut_endpoints.find(path.back()) != cut_endpoints.end();
1337
1338       if (is_cut) {
1339         cut_list.push_back(vvec_t()); path.swap(cut_list.back());
1340       } else {
1341         path_list.push_back(vvec_t()); path.swap(path_list.back());
1342       }
1343     }
1344
1345     populateVectorFromList(path_list, paths);
1346     populateVectorFromList(cut_list, cuts);
1347
1348     // now only loops should remain in the graph.
1349     while (vertex_graph.size()) {
1350       detail::VVSMap::iterator p = vertex_graph.begin();
1351       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v = (*p).first;
1352       CARVE_ASSERT((*p).second.size() == 2);
1353
1354       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> path;
1355       path.clear();
1356       path.push_back(v);
1357
1358       for (;;) {
1359         CARVE_ASSERT(p != vertex_graph.end());
1360         // pick a connected vertex to move to.
1361
1362         carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *n = *((*p).second.begin());
1363         detail::VVSMap::iterator q = vertex_graph.find(n);
1364
1365         // remove the link.
1366         (*p).second.erase(n);
1367         (*q).second.erase(v);
1368
1369         // move on.
1370         v = n;
1371         path.push_back(v);
1372
1373         if ((*p).second.size() == 0) vertex_graph.erase(p);
1374         if ((*q).second.size() == 0) vertex_graph.erase(q);
1375
1376         p = q;
1377
1378         if (v == path[0]) break;
1379       }
1380
1381       loop_list.push_back(vvec_t()); path.swap(loop_list.back());
1382     }
1383  
1384     populateVectorFromList(loop_list, loops);
1385   }
1386
1387
1388
1389   template<typename T>
1390   std::string ptrstr(const T *ptr) {
1391     std::ostringstream s;
1392     s << ptr;
1393     return s.str().substr(1);
1394   }
1395
1396   void dumpAsGraph(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
1397                    const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &base_loop,
1398                    const carve::csg::V2Set &face_edges,
1399                    const carve::csg::V2Set &split_edges) {
1400     std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, carve::geom2d::P2> proj;
1401
1402     for (size_t i = 0; i < base_loop.size(); ++i) {
1403       proj[base_loop[i]] = face->project(base_loop[i]->v);
1404     }
1405     for (carve::csg::V2Set::const_iterator i = split_edges.begin(); i != split_edges.end(); ++i) {
1406       proj[(*i).first] = face->project((*i).first->v);
1407       proj[(*i).second] = face->project((*i).second->v);
1408     }
1409
1410     {
1411       carve::geom2d::P2 lo, hi;
1412       std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, carve::geom2d::P2>::iterator i;
1413       i = proj.begin();
1414       lo = hi = (*i).second;
1415       for (; i != proj.end(); ++i) {
1416         lo.x = std::min(lo.x, (*i).second.x); lo.y = std::min(lo.y, (*i).second.y);
1417         hi.x = std::max(hi.x, (*i).second.x); hi.y = std::max(hi.y, (*i).second.y);
1418       }
1419       for (i = proj.begin(); i != proj.end(); ++i) {
1420         (*i).second.x = ((*i).second.x - lo.x) / (hi.x - lo.x) * 10;
1421         (*i).second.y = ((*i).second.y - lo.y) / (hi.y - lo.y) * 10;
1422       }
1423     }
1424
1425     std::cerr << "graph G {\nnode [shape=circle,style=filled,fixedsize=true,width=\".1\",height=\".1\"];\nedge [len=4]\n";
1426     for (std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, carve::geom2d::P2>::iterator i = proj.begin(); i != proj.end(); ++i) {
1427       std::cerr << "   " << ptrstr((*i).first) << " [pos=\"" << (*i).second.x << "," << (*i).second.y << "!\"];\n";
1428     }
1429     for (carve::csg::V2Set::const_iterator i = face_edges.begin(); i != face_edges.end(); ++i) {
1430       std::cerr << "   " << ptrstr((*i).first) << " -- " << ptrstr((*i).second) << ";\n";
1431     }
1432     for (carve::csg::V2Set::const_iterator i = split_edges.begin(); i != split_edges.end(); ++i) {
1433       std::cerr << "   " << ptrstr((*i).first) << " -- " << ptrstr((*i).second) << " [color=\"blue\"];\n";
1434     }
1435     std::cerr << "};\n";
1436   }
1437
1438   void generateOneFaceLoop(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
1439                            const carve::csg::detail::Data &data,
1440                            const carve::csg::VertexIntersections &vertex_intersections,
1441                            carve::csg::CSG::Hooks &hooks,
1442                            std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &face_loops) {
1443     using namespace carve::csg;
1444
1445     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1446     std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > hole_loops;
1447
1448     bool face_edge_intersected = assembleBaseLoop(face, data, base_loop);
1449
1450     detail::FV2SMap::const_iterator fse_iter = data.face_split_edges.find(face);
1451
1452     face_loops.clear();
1453
1454     if (fse_iter == data.face_split_edges.end()) {
1455       // simple case: input face is output face (possibly with the
1456       // addition of vertices at intersections).
1457       face_loops.push_back(base_loop);
1458       return;
1459     }
1460
1461     // complex case: input face is split into multiple output faces.
1462     V2Set face_edges;
1463
1464     for (size_t j = 0, je = base_loop.size() - 1; j < je; ++j) {
1465       face_edges.insert(std::make_pair(base_loop[j], base_loop[j + 1]));
1466     }
1467     face_edges.insert(std::make_pair(base_loop.back(), base_loop[0]));
1468
1469     // collect the split edges (as long as they're not on the perimeter)
1470     const detail::FV2SMap::mapped_type &fse = ((*fse_iter).second);
1471
1472     // split_edges contains all of the edges created by intersections
1473     // that aren't part of the perimeter of the face.
1474     V2Set split_edges;
1475
1476     for (detail::FV2SMap::mapped_type::const_iterator
1477            j = fse.begin(), je =  fse.end();
1478          j != je;
1479          ++j) {
1480       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v1 = ((*j).first), *v2 = ((*j).second);
1481
1482       if (face_edges.find(std::make_pair(v1, v2)) == face_edges.end() &&
1483           face_edges.find(std::make_pair(v2, v1)) == face_edges.end()) {
1484         // If the edge isn't part of the face perimeter, add it to
1485         // split_edges.
1486         split_edges.insert(ordered_edge(v1, v2));
1487       }
1488     }
1489
1490     // face is unsplit.
1491     if (!split_edges.size()) {
1492       face_loops.push_back(base_loop);
1493       return;
1494     }
1495
1496 #if defined(CARVE_DEBUG)
1497     dumpAsGraph(face, base_loop, face_edges, split_edges);
1498 #endif
1499
1500 #if 0
1501     // old face splitting method.
1502     for (V2Set::const_iterator i = split_edges.begin(); i != split_edges.end(); ++i) {
1503       face_edges.insert(std::make_pair((*i).first, (*i).second));
1504       face_edges.insert(std::make_pair((*i).second, (*i).first));
1505     }
1506     splitFace(face, face_edges, face_loops, hole_loops, vertex_intersections);
1507
1508     if (hole_loops.size()) {
1509       mergeFacesAndHoles(face, face_loops, hole_loops, hooks);
1510     }
1511     return;
1512 #endif
1513
1514 #if defined(CARVE_DEBUG)
1515     std::cerr << "### split_edges.size(): " << split_edges.size() << std::endl;
1516 #endif
1517     if (split_edges.size() == 1) {
1518       // handle the common case of a face that's split by a single edge.
1519       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v1 = split_edges.begin()->first;
1520       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v2 = split_edges.begin()->second;
1521
1522       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>::iterator vi1 = std::find(base_loop.begin(), base_loop.end(), v1);
1523       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>::iterator vi2 = std::find(base_loop.begin(), base_loop.end(), v2);
1524
1525       if (vi1 != base_loop.end() && vi2 != base_loop.end()) {
1526         // this is an inserted edge that connects two points on the base loop. nice and simple.
1527         if (vi2 < vi1) std::swap(vi1, vi2);
1528
1529         size_t loop1_size = vi2 - vi1 + 1;
1530         size_t loop2_size = base_loop.size() + 2 - loop1_size;
1531
1532         std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> l1;
1533         std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> l2;
1534
1535         l1.reserve(loop1_size);
1536         l2.reserve(loop2_size);
1537
1538         std::copy(vi1, vi2+1, std::back_inserter(l1));
1539         std::copy(vi2, base_loop.end(), std::back_inserter(l2));
1540         std::copy(base_loop.begin(), vi1+1, std::back_inserter(l2));
1541
1542         CARVE_ASSERT(l1.size() == loop1_size);
1543         CARVE_ASSERT(l2.size() == loop2_size);
1544
1545         face_loops.push_back(l1);
1546         face_loops.push_back(l2);
1547
1548         return;
1549       }
1550
1551       // Consider handling cases where one end of the edge touches the
1552       // perimeter, and where neither end does.
1553     }
1554
1555     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > paths;
1556     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > cuts;
1557     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > loops;
1558
1559     // Take the split edges and compose them into a set of paths and
1560     // loops. Loops are edge paths that do not touch the boundary, or
1561     // any other path or loop - they are holes cut out of the centre
1562     // of the face. Paths are made up of all the other edge segments,
1563     // and start and end at the face perimeter, or where they meet
1564     // another path (sometimes both cases will be true).
1565     composeEdgesIntoPaths(split_edges, base_loop, paths, cuts, loops);
1566
1567 #if defined(CARVE_DEBUG)
1568     std::cerr << "###   paths.size(): " << paths.size() << std::endl;
1569     std::cerr << "###   cuts.size():  " << cuts.size() << std::endl;
1570     std::cerr << "###   loops.size(): " << loops.size() << std::endl;
1571 #endif
1572
1573     if (!paths.size()) {
1574       // No complex paths.
1575       face_loops.push_back(base_loop);
1576     } else {
1577       if (processCrossingEdges(face, vertex_intersections, hooks, base_loop, paths, face_loops)) {
1578         // Worked.
1579       } else {
1580         // complex case - fall back to old edge tracing code.
1581 #if defined(CARVE_DEBUG)
1582         std::cerr << "### processCrossingEdges failed. Falling back to edge tracing code" << std::endl;
1583 #endif
1584         for (size_t i = 0; i < paths.size(); ++i) {
1585           for (size_t j = 0; j < paths[i].size() - 1; ++j) {
1586             face_edges.insert(std::make_pair(paths[i][j], paths[i][j+1]));
1587             face_edges.insert(std::make_pair(paths[i][j+1], paths[i][j]));
1588           }
1589         }
1590         splitFace(face, face_edges, face_loops, hole_loops, vertex_intersections);
1591       }
1592     }
1593
1594     // Now merge cuts and loops into face loops.
1595
1596     // every cut creates a hole.
1597     for (size_t i = 0; i < cuts.size(); ++i) {
1598       hole_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
1599       hole_loops.back().reserve(2 * cuts[i].size() - 2);
1600       std::copy(cuts[i].begin(), cuts[i].end(), std::back_inserter(hole_loops.back()));
1601       if (cuts[i].size() > 2) {
1602         std::copy(cuts[i].rbegin() + 1, cuts[i].rend() - 1, std::back_inserter(hole_loops.back()));
1603       }
1604     }
1605
1606     // every loop creates a hole and a corresponding face.
1607     for (size_t i = 0; i < loops.size(); ++i) {
1608       hole_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
1609       hole_loops.back().reserve(loops[i].size()-1);
1610       std::copy(loops[i].begin(), loops[i].end()-1, std::back_inserter(hole_loops.back()));
1611
1612       face_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
1613       face_loops.back().reserve(loops[i].size()-1);
1614       std::copy(loops[i].rbegin()+1, loops[i].rend(), std::back_inserter(face_loops.back()));
1615
1616       std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1617       projected.reserve(face_loops.back().size());
1618       for (size_t i = 0; i < face_loops.back().size(); ++i) {
1619         projected.push_back(face->project(face_loops.back()[i]->v));
1620       }
1621
1622       if (carve::geom2d::signedArea(projected) > 0.0) {
1623         std::swap(face_loops.back(), hole_loops.back());
1624       }
1625     }
1626
1627     // if there are holes, then they need to be merged with faces.
1628     if (hole_loops.size()) {
1629       mergeFacesAndHoles(face, face_loops, hole_loops, hooks);
1630     }
1631   }
1632 }
1633
1634
1635
1636 /** 
1637  * \brief Build a set of face loops for all (split) faces of a Polyhedron.
1638  * 
1639  * @param[in] poly The polyhedron to process
1640  * @param vmap 
1641  * @param face_split_edges 
1642  * @param divided_edges 
1643  * @param[out] face_loops_out The resulting face loops
1644  * 
1645  * @return The number of edges generated.
1646  */
1647 size_t carve::csg::CSG::generateFaceLoops(carve::mesh::MeshSet<3> *poly,
1648                                           const detail::Data &data,
1649                                           FaceLoopList &face_loops_out) {
1650   static carve::TimingName FUNC_NAME("CSG::generateFaceLoops()");
1651   carve::TimingBlock block(FUNC_NAME);
1652   size_t generated_edges = 0;
1653   std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1654   std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > face_loops;
1655   
1656   for (carve::mesh::MeshSet<3>::face_iter i = poly->faceBegin(); i != poly->faceEnd(); ++i) {
1657     carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face = (*i);
1658
1659 #if defined(CARVE_DEBUG)
1660     double in_area = 0.0, out_area = 0.0;
1661
1662     {
1663       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1664       assembleBaseLoop(face, data, base_loop);
1665
1666       {
1667         std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1668         projected.reserve(base_loop.size());
1669         for (size_t n = 0; n < base_loop.size(); ++n) {
1670           projected.push_back(face->project(base_loop[n]->v));
1671         }
1672
1673         in_area = carve::geom2d::signedArea(projected);
1674         std::cerr << "### in_area=" << in_area << std::endl;
1675       }
1676     }
1677 #endif
1678
1679     generateOneFaceLoop(face, data, vertex_intersections, hooks, face_loops);
1680
1681 #if defined(CARVE_DEBUG)
1682     {
1683       V2Set face_edges;
1684
1685       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1686       assembleBaseLoop(face, data, base_loop);
1687
1688       for (size_t j = 0, je = base_loop.size() - 1; j < je; ++j) {
1689         face_edges.insert(std::make_pair(base_loop[j+1], base_loop[j]));
1690       }
1691       face_edges.insert(std::make_pair(base_loop[0], base_loop.back()));
1692       for (std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> >::const_iterator fli = face_loops.begin(); fli != face_loops.end(); ++ fli) {
1693
1694         {
1695           std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1696           projected.reserve((*fli).size());
1697           for (size_t n = 0; n < (*fli).size(); ++n) {
1698             projected.push_back(face->project((*fli)[n]->v));
1699           }
1700
1701           double area = carve::geom2d::signedArea(projected);
1702           std::cerr << "### loop_area[" << std::distance((std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> >::const_iterator)face_loops.begin(), fli) << "]=" << area << std::endl;
1703           out_area += area;
1704         }
1705
1706         const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &fl = *fli;
1707         for (size_t j = 0, je = fl.size() - 1; j < je; ++j) {
1708           face_edges.insert(std::make_pair(fl[j], fl[j+1]));
1709         }
1710         face_edges.insert(std::make_pair(fl.back(), fl[0]));
1711       }
1712       for (V2Set::const_iterator j = face_edges.begin(); j != face_edges.end(); ++j) {
1713         if (face_edges.find(std::make_pair((*j).second, (*j).first)) == face_edges.end()) {
1714           std::cerr << "### error: unmatched edge [" << (*j).first << "-" << (*j).second << "]" << std::endl;
1715         }
1716       }
1717       std::cerr << "### out_area=" << out_area << std::endl;
1718       if (out_area != in_area) {
1719         std::cerr << "### error: area does not match. delta = " << (out_area - in_area) << std::endl;
1720         // CARVE_ASSERT(fabs(out_area - in_area) < 1e-5);
1721       }
1722     }
1723 #endif
1724
1725     // now record all the resulting face loops.
1726 #if defined(CARVE_DEBUG)
1727     std::cerr << "### ======" << std::endl;
1728 #endif
1729     for (std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> >::const_iterator
1730            f = face_loops.begin(), fe = face_loops.end();
1731          f != fe;
1732          ++f) {
1733 #if defined(CARVE_DEBUG)
1734       std::cerr << "### loop:";
1735       for (size_t i = 0; i < (*f).size(); ++i) {
1736         std::cerr << " " << (*f)[i];
1737       }
1738       std::cerr << std::endl;
1739 #endif
1740
1741       face_loops_out.append(new FaceLoop(face, *f));
1742       generated_edges += (*f).size();
1743     }
1744 #if defined(CARVE_DEBUG)
1745     std::cerr << "### ======" << std::endl;
1746 #endif
1747   }
1748   return generated_edges;
1749 }