c74b52dd557af86e928dc603677722db302d87f8
[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       for (std::set<int>::iterator f = removed.begin(); f != removed.end(); ++f) {
723         for (unsigned i = 0; i < containing_faces.size(); ++i) {
724           containing_faces[i].erase(std::remove(containing_faces[i].begin(),
725                                                 containing_faces[i].end(),
726                                                 *f),
727                                     containing_faces[i].end());
728         }
729       }
730     }
731
732 #if 0
733     // use old templated projection code to patch holes into faces.
734     for (unsigned i = 0; i < face_loops.size(); ++i) {
735       std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > face_hole_loops;
736       face_hole_loops.resize(face_holes[i].size());
737       for (unsigned j = 0; j < face_holes[i].size(); ++j) {
738         face_hole_loops[j].swap(hole_loops[face_holes[i][j]]);
739       }
740       if (face_hole_loops.size()) {
741
742         f_loops.push_back(carve::triangulate::incorporateHolesIntoPolygon(
743           carve::mesh::MeshSet<3>::face_t::projection_mapping(face->project),
744           face_loops[i],
745           face_hole_loops));
746       } else {
747         f_loops.push_back(face_loops[i]);
748       }
749     }
750
751 #else
752     // use new 2d-only hole patching code.
753     for (size_t i = 0; i < face_loops.size(); ++i) {
754       if (!face_holes[i].size()) {
755         f_loops.push_back(face_loops[i]);
756         continue;
757       }
758
759       std::vector<std::vector<carve::geom2d::P2> > projected_poly;
760       projected_poly.resize(face_holes[i].size() + 1);
761       projected_poly[0].reserve(face_loops[i].size());
762       for (size_t j = 0; j < face_loops[i].size(); ++j) {
763         projected_poly[0].push_back(face->project(face_loops[i][j]->v));
764       }
765       for (size_t j = 0; j < face_holes[i].size(); ++j) {
766         projected_poly[j+1].reserve(hole_loops[face_holes[i][j]].size());
767         for (size_t k = 0; k < hole_loops[face_holes[i][j]].size(); ++k) {
768           projected_poly[j+1].push_back(face->project(hole_loops[face_holes[i][j]][k]->v));
769         }
770       }
771
772       std::vector<std::pair<size_t, size_t> > result = carve::triangulate::incorporateHolesIntoPolygon(projected_poly);
773
774       f_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
775       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &out = f_loops.back();
776       out.reserve(result.size());
777       for (size_t j = 0; j < result.size(); ++j) {
778         if (result[j].first == 0) {
779           out.push_back(face_loops[i][result[j].second]);
780         } else {
781           out.push_back(hole_loops[face_holes[i][result[j].first-1]][result[j].second]);
782         }
783       }
784     }
785 #endif
786 #if defined(CARVE_DEBUG_WRITE_PLY_DATA)
787     dumpFacesAndHoles(f_loops.begin(), f_loops.end(), h_loops.begin(), h_loops.end(), "/tmp/post_merge.ply");
788 #endif
789
790   }
791
792
793
794   /** 
795    * \brief Assemble the base loop for a face.
796    *
797    * The base loop is the original face loop, including vertices
798    * created by intersections crossing any of its edges.
799    * 
800    * @param[in] face The face to process.
801    * @param[in] vmap 
802    * @param[in] face_split_edges 
803    * @param[in] divided_edges A mapping from edge pointer to sets of
804    *            ordered vertices corrsponding to the intersection points
805    *            on that edge.
806    * @param[out] base_loop A vector of the vertices of the base loop.
807    */
808   static bool assembleBaseLoop(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
809                                const carve::csg::detail::Data &data,
810                                std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &base_loop) {
811     base_loop.clear();
812
813     // XXX: assumes that face->edges is in the same order as
814     // face->vertices. (Which it is)
815     carve::mesh::MeshSet<3>::edge_t *e = face->edge;
816     bool face_edge_intersected = false;
817     do {
818       base_loop.push_back(carve::csg::map_vertex(data.vmap, e->vert));
819
820       carve::csg::detail::EVVMap::const_iterator ev = data.divided_edges.find(e);
821
822       if (ev != data.divided_edges.end()) {
823         const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &ev_vec = ((*ev).second);
824
825         for (size_t k = 0, ke = ev_vec.size(); k < ke;) {
826           base_loop.push_back(ev_vec[k++]);
827         }
828
829         face_edge_intersected = true;
830       }
831       e = e->next;
832     } while (e != face->edge);
833
834     return face_edge_intersected;
835   }
836
837
838
839   // the crossing_data structure holds temporary information regarding
840   // paths, and their relationship to the loop of edges that forms the
841   // face perimeter.
842   struct crossing_data {
843     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *path;
844     size_t edge_idx[2];
845
846     crossing_data(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *p, size_t e1, size_t e2) : path(p) {
847       edge_idx[0] = e1; edge_idx[1] = e2;
848     }
849
850     bool operator<(const crossing_data &c) const {
851       // the sort order for paths is in order of increasing initial
852       // position on the edge loop, but decreasing final position.
853       return edge_idx[0] < c.edge_idx[0] || (edge_idx[0] == c.edge_idx[0] && edge_idx[1] > c.edge_idx[1]);
854     }
855   };
856
857
858
859   bool processCrossingEdges(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
860                             const carve::csg::VertexIntersections &vertex_intersections,
861                             carve::csg::CSG::Hooks &hooks,
862                             std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &base_loop,
863                             std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &paths,
864                             std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &face_loops_out) {
865     const size_t N = base_loop.size();
866     std::vector<crossing_data> endpoint_indices;
867
868     endpoint_indices.reserve(paths.size());
869
870     for (size_t i = 0; i < paths.size(); ++i) {
871       endpoint_indices.push_back(crossing_data(&paths[i], N, N));
872     }
873
874     // Step 1:
875     // locate endpoints of paths on the base loop.
876     for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
877       for (size_t j = 0; j < paths.size(); ++j) {
878         // test beginning of path.
879         if (paths[j].front() == base_loop[i]) {
880           if (endpoint_indices[j].edge_idx[0] == N) {
881             endpoint_indices[j].edge_idx[0] = i;
882           } else {
883             // there is a duplicated vertex in the face perimeter. The
884             // path might attach to either of the duplicate instances
885             // so we have to work out which is the right one to attach
886             // to. We assume it's the index currently being examined,
887             // if the path heads in a direction that's internal to the
888             // angle made by the prior and next edges of the face
889             // perimeter. Otherwise, leave it as the currently
890             // selected index (until another duplicate is found, if it
891             // exists, and is tested).
892             const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p = *endpoint_indices[j].path;
893             const size_t pN = p.size();
894
895             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *a, *b, *c;
896             a = base_loop[(i+N-1)%N];
897             b = base_loop[i];
898             c = base_loop[(i+1)%N];
899
900             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *adj = (p[0] == base_loop[i]) ? p[1] : p[pN-2];
901
902             if (carve::geom2d::internalToAngle(face->project(c->v),
903                                                face->project(b->v),
904                                                face->project(a->v),
905                                                face->project(adj->v))) {
906               endpoint_indices[j].edge_idx[0] = i;
907             }
908           }
909         }
910
911         // test end of path.
912         if (paths[j].back() == base_loop[i]) {
913           if (endpoint_indices[j].edge_idx[1] == N) {
914             endpoint_indices[j].edge_idx[1] = i;
915           } else {
916             // Work out which of the duplicated vertices is the right
917             // one to attach to, as above.
918             const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p = *endpoint_indices[j].path;
919             const size_t pN = p.size();
920
921             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *a, *b, *c;
922             a = base_loop[(i+N-1)%N];
923             b = base_loop[i];
924             c = base_loop[(i+1)%N];
925
926             carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *adj = (p[0] == base_loop[i]) ? p[1] : p[pN-2];
927
928             if (carve::geom2d::internalToAngle(face->project(c->v),
929                                                face->project(b->v),
930                                                face->project(a->v),
931                                                face->project(adj->v))) {
932               endpoint_indices[j].edge_idx[1] = i;
933             }
934           }
935         }
936       }
937     }
938
939 #if defined(CARVE_DEBUG)
940     std::cerr << "### N: " << N << std::endl;
941     for (size_t i = 0; i < paths.size(); ++i) {
942       std::cerr << "### path: " << i << " endpoints: " << endpoint_indices[i].edge_idx[0] << " - " << endpoint_indices[i].edge_idx[1] << std::endl;
943     }
944 #endif
945
946
947     // Step 2:
948     // divide paths up into those that connect to the base loop in two
949     // places (cross), and those that do not (noncross).
950     std::vector<crossing_data> cross, noncross;
951     cross.reserve(endpoint_indices.size() + 1);
952     noncross.reserve(endpoint_indices.size());
953
954     for (size_t i = 0; i < endpoint_indices.size(); ++i) {
955 #if defined(CARVE_DEBUG)
956       std::cerr << "### orienting path: " << i << " endpoints: " << endpoint_indices[i].edge_idx[0] << " - " << endpoint_indices[i].edge_idx[1] << std::endl;
957 #endif
958       if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] != N && endpoint_indices[i].edge_idx[1] != N) {
959         // Orient each path correctly. Paths should progress from
960         // smaller perimeter index to larger, but if the path starts
961         // and ends at the same perimeter index, then the decision
962         // needs to be made based upon area.
963         if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] == endpoint_indices[i].edge_idx[1]) {
964           // The path forms a loop that starts and ends at the same
965           // vertex of the perimeter. In this case, we need to orient
966           // the path so that the constructed loop has the right
967           // signed area.
968           double area = carve::geom2d::signedArea(endpoint_indices[i].path->begin() + 1,
969                                                   endpoint_indices[i].path->end(),
970                                                   carve::mesh::MeshSet<3>::face_t::projection_mapping(face->project));
971           if (area < 0) {
972             // XXX: Create test case to check that this is the correct sign for the area.
973             std::reverse(endpoint_indices[i].path->begin(), endpoint_indices[i].path->end());
974           }
975         } else {
976           if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] > endpoint_indices[i].edge_idx[1]) {
977             std::swap(endpoint_indices[i].edge_idx[0], endpoint_indices[i].edge_idx[1]);
978             std::reverse(endpoint_indices[i].path->begin(), endpoint_indices[i].path->end());
979           }
980         }
981       }
982
983       if (endpoint_indices[i].edge_idx[0] != N &&
984           endpoint_indices[i].edge_idx[1] != N &&
985           endpoint_indices[i].edge_idx[0] != endpoint_indices[i].edge_idx[1]) {
986         cross.push_back(endpoint_indices[i]);
987       } else {
988         noncross.push_back(endpoint_indices[i]);
989       }
990     }
991
992     // Step 3:
993     // add a temporary crossing path that connects the beginning and the
994     // end of the base loop. this stops us from needing special case
995     // code to handle the left over loop after all the other crossing
996     // paths are considered.
997     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop_temp_path;
998     base_loop_temp_path.reserve(2);
999     base_loop_temp_path.push_back(base_loop.front());
1000     base_loop_temp_path.push_back(base_loop.back());
1001
1002     cross.push_back(crossing_data(&base_loop_temp_path, 0, base_loop.size() - 1));
1003 #if defined(CARVE_DEBUG)
1004     std::cerr << "### crossing edge count (with sentinel): " << cross.size() << std::endl;
1005 #endif
1006
1007     // Step 4:
1008     // sort paths by increasing beginning point and decreasing ending point.
1009     std::sort(cross.begin(), cross.end());
1010     std::sort(noncross.begin(), noncross.end());
1011
1012     // Step 5:
1013     // divide up the base loop based upon crossing paths.
1014     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > divided_base_loop;
1015     divided_base_loop.reserve(cross.size());
1016     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> out;
1017
1018     for (size_t i = 0; i < cross.size(); ++i) {
1019       size_t j;
1020       for (j = i + 1;
1021            j < cross.size() &&
1022              cross[i].edge_idx[0] == cross[j].edge_idx[0] && 
1023              cross[i].edge_idx[1] == cross[j].edge_idx[1];
1024            ++j) {}
1025       if (j - i >= 2) {
1026         // when there are multiple paths that begin and end at the
1027         // same point, they need to be ordered so that the constructed
1028         // loops have the right orientation. this means that the loop
1029         // made by taking path(i+1) forward, then path(i) backward
1030         // needs to have negative area. this combined area is equal to
1031         // the area of path(i+1) minus the area of path(i). in turn
1032         // this means that the loop made by path path(i+1) alone has
1033         // to have smaller signed area than loop made by path(i).
1034         // thus, we sort paths in order of decreasing area.
1035
1036         std::vector<std::pair<double, std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *> > order;
1037         order.reserve(j - i);
1038         for (size_t k = i; k < j; ++k) {
1039           double area = carve::geom2d::signedArea(cross[k].path->begin(),
1040                                                   cross[k].path->end(),
1041                                                   carve::mesh::MeshSet<3>::face_t::projection_mapping(face->project));
1042 #if defined(CARVE_DEBUG)
1043           std::cerr << "### k=" << k << " area=" << area << std::endl;
1044 #endif
1045           order.push_back(std::make_pair(-area, cross[k].path));
1046         }
1047         std::sort(order.begin(), order.end());
1048         for (size_t k = i; k < j; ++k) {
1049           cross[k].path = order[k-i].second;
1050 #if defined(CARVE_DEBUG)
1051           std::cerr << "### post-sort k=" << k << " cross[k].path->size()=" << cross[k].path->size() << std::endl;
1052 #endif
1053         }
1054       }
1055     }
1056
1057     // Step 6:
1058     for (size_t i = 0; i < cross.size(); ++i) {
1059 #if defined(CARVE_DEBUG)
1060       std::cerr << "### i=" << i << " working on edge: " << cross[i].edge_idx[0] << " - " << cross[i].edge_idx[1] << std::endl;
1061 #endif
1062       size_t e1_0 = cross[i].edge_idx[0];
1063       size_t e1_1 = cross[i].edge_idx[1];
1064       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p1 = *cross[i].path;
1065 #if defined(CARVE_DEBUG)
1066       std::cerr << "###     path size = " << p1.size() << std::endl;
1067 #endif
1068
1069       out.clear();
1070
1071       if (i < cross.size() - 1 &&
1072           cross[i+1].edge_idx[1] <= cross[i].edge_idx[1]) {
1073 #if defined(CARVE_DEBUG)
1074         std::cerr << "###     complex case" << std::endl;
1075 #endif
1076         // complex case. crossing path with other crossing paths embedded within.
1077         size_t pos = e1_0;
1078
1079         size_t skip = i+1;
1080
1081         while (pos != e1_1) {
1082
1083           std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &p2 = *cross[skip].path;
1084           size_t e2_0 = cross[skip].edge_idx[0];
1085           size_t e2_1 = cross[skip].edge_idx[1];
1086
1087           // copy up to the beginning of the next path.
1088           std::copy(base_loop.begin() + pos, base_loop.begin() + e2_0, std::back_inserter(out));
1089
1090           CARVE_ASSERT(base_loop[e2_0] == p2[0]);
1091           // copy the next path in the right direction.
1092           std::copy(p2.begin(), p2.end() - 1, std::back_inserter(out));
1093
1094           // move to the position of the end of the path.
1095           pos = e2_1;
1096
1097           // advance to the next hit path.
1098           do {
1099             ++skip;
1100           } while(skip != cross.size() && cross[skip].edge_idx[0] < e2_1);
1101
1102           if (skip == cross.size()) break;
1103
1104           // if the next hit path is past the start point of the current path, we're done.
1105           if (cross[skip].edge_idx[0] >= e1_1) break;
1106         }
1107
1108         // copy up to the end of the path.
1109                 if (pos < e1_1)
1110             std::copy(base_loop.begin() + pos, base_loop.begin() + e1_1, std::back_inserter(out));
1111
1112         CARVE_ASSERT(base_loop[e1_1] == p1.back());
1113         std::copy(p1.rbegin(), p1.rend() - 1, std::back_inserter(out));
1114       } else {
1115         size_t loop_size = (e1_1 - e1_0) + (p1.size() - 1);
1116         out.reserve(loop_size);
1117
1118         std::copy(base_loop.begin() + e1_0, base_loop.begin() + e1_1, std::back_inserter(out));
1119         std::copy(p1.rbegin(), p1.rend() - 1, std::back_inserter(out));
1120
1121         CARVE_ASSERT(out.size() == loop_size);
1122       }
1123       divided_base_loop.push_back(out);
1124
1125 #if defined(CARVE_DEBUG)
1126       {
1127         std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1128         projected.reserve(out.size());
1129         for (size_t n = 0; n < out.size(); ++n) {
1130           projected.push_back(face->project(out[n]->v));
1131         }
1132
1133         double A = carve::geom2d::signedArea(projected);
1134         std::cerr << "### out area=" << A << std::endl;
1135         CARVE_ASSERT(A <= 0);
1136       }
1137 #endif
1138     }
1139
1140     if (!noncross.size()) {
1141       // If there are no non-crossing paths then we're done.
1142       populateListFromVector(divided_base_loop, face_loops_out);
1143       return true;
1144     }
1145
1146     // for each divided base loop, work out which noncrossing paths and
1147     // loops are part of it. use the old algorithm to combine these into
1148     // the divided base loop. if none, the divided base loop is just
1149     // output.
1150     std::vector<std::vector<carve::geom2d::P2> > proj;
1151     std::vector<carve::geom::aabb<2> > proj_aabb;
1152     proj.resize(divided_base_loop.size());
1153     proj_aabb.resize(divided_base_loop.size());
1154
1155     // calculate an aabb for each divided base loop, to avoid expensive
1156     // point-in-poly tests.
1157     for (size_t i = 0; i < divided_base_loop.size(); ++i) {
1158       proj[i].reserve(divided_base_loop[i].size());
1159       for (size_t j = 0; j < divided_base_loop[i].size(); ++j) {
1160         proj[i].push_back(face->project(divided_base_loop[i][j]->v));
1161       }
1162       proj_aabb[i].fit(proj[i].begin(), proj[i].end());
1163     }
1164
1165     for (size_t i = 0; i < divided_base_loop.size(); ++i) {
1166       std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> *> inc;
1167       carve::geom2d::P2 test;
1168
1169       // for each noncrossing path, choose an endpoint that isn't on the
1170       // base loop as a test point.
1171       for (size_t j = 0; j < noncross.size(); ++j) {
1172         if (noncross[j].edge_idx[0] < N) {
1173           if (noncross[j].path->front() == base_loop[noncross[j].edge_idx[0]]) {
1174             // noncrossing paths may be loops that run from the edge, back to the same vertex.
1175             if (noncross[j].path->front() == noncross[j].path->back()) {
1176               CARVE_ASSERT(noncross[j].path->size() > 2);
1177               test = face->project((*noncross[j].path)[1]->v);
1178             } else {
1179               test = face->project(noncross[j].path->back()->v);
1180             }
1181           } else {
1182             test = face->project(noncross[j].path->front()->v);
1183           }
1184         } else {
1185           test = face->project(noncross[j].path->front()->v);
1186         }
1187
1188         if (proj_aabb[i].intersects(test) &&
1189             carve::geom2d::pointInPoly(proj[i], test).iclass != carve::POINT_OUT) {
1190           inc.push_back(noncross[j].path);
1191         }
1192       }
1193
1194 #if defined(CARVE_DEBUG)
1195       std::cerr << "### divided base loop:" << i << " inc.size()=" << inc.size() << std::endl;
1196       std::cerr << "### inc = [";
1197       for (size_t j = 0; j < inc.size(); ++j) {
1198         std::cerr << " " << inc[j];
1199       }
1200       std::cerr << " ]" << std::endl;
1201 #endif
1202
1203       if (inc.size()) {
1204         carve::csg::V2Set face_edges;
1205
1206         for (size_t j = 0; j < divided_base_loop[i].size() - 1; ++j) {
1207           face_edges.insert(std::make_pair(divided_base_loop[i][j],
1208                                            divided_base_loop[i][j+1]));
1209         }
1210
1211         face_edges.insert(std::make_pair(divided_base_loop[i].back(),
1212                                          divided_base_loop[i].front()));
1213
1214         for (size_t j = 0; j < inc.size(); ++j) {
1215           std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &path = *inc[j];
1216           for (size_t k = 0; k < path.size() - 1; ++k) {
1217             face_edges.insert(std::make_pair(path[k], path[k+1]));
1218             face_edges.insert(std::make_pair(path[k+1], path[k]));
1219           }
1220         }
1221
1222         std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > face_loops;
1223         std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > hole_loops;
1224
1225         splitFace(face, face_edges, face_loops, hole_loops, vertex_intersections);
1226
1227         if (hole_loops.size()) {
1228           mergeFacesAndHoles(face, face_loops, hole_loops, hooks);
1229         }
1230         std::copy(face_loops.begin(), face_loops.end(), std::back_inserter(face_loops_out));
1231       } else {
1232         face_loops_out.push_back(divided_base_loop[i]);
1233       }
1234     }
1235     return true;
1236   }
1237
1238
1239
1240   void composeEdgesIntoPaths(const carve::csg::V2Set &edges,
1241                              const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &extra_endpoints,
1242                              std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &paths,
1243                              std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &cuts,
1244                              std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &loops) {
1245     using namespace carve::csg;
1246
1247     detail::VVSMap vertex_graph;
1248     detail::VSet endpoints;
1249     detail::VSet cut_endpoints;
1250
1251     typedef std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> vvec_t;
1252     vvec_t path;
1253
1254     std::list<vvec_t> path_list, cut_list, loop_list;
1255
1256     // build graph from edges.
1257     for (V2Set::const_iterator i = edges.begin(); i != edges.end(); ++i) {
1258 #if defined(CARVE_DEBUG)
1259       std::cerr << "###    edge: " << (*i).first << " - " << (*i).second << std::endl;
1260 #endif
1261       vertex_graph[(*i).first].insert((*i).second);
1262       vertex_graph[(*i).second].insert((*i).first);
1263     }
1264
1265     // find the endpoints in the graph.
1266     // every vertex with number of incident edges != 2 is an endpoint.
1267     for (detail::VVSMap::const_iterator i = vertex_graph.begin(); i != vertex_graph.end(); ++i) {
1268       if ((*i).second.size() != 2) {
1269 #if defined(CARVE_DEBUG)
1270         std::cerr << "###    endpoint: " << (*i).first << std::endl;
1271 #endif
1272         endpoints.insert((*i).first);
1273         if ((*i).second.size() == 1) {
1274           cut_endpoints.insert((*i).first);
1275         }
1276       }
1277     }
1278
1279     // every vertex on the perimeter of the face is also an endpoint.
1280     for (size_t i = 0; i < extra_endpoints.size(); ++i) {
1281       if (vertex_graph.find(extra_endpoints[i]) != vertex_graph.end()) {
1282 #if defined(CARVE_DEBUG)
1283         std::cerr << "###    extra endpoint: " << extra_endpoints[i] << std::endl;
1284 #endif
1285         endpoints.insert(extra_endpoints[i]);
1286         cut_endpoints.erase(extra_endpoints[i]);
1287       }
1288     }
1289
1290     while (endpoints.size()) {
1291       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v = *endpoints.begin();
1292       detail::VVSMap::iterator p = vertex_graph.find(v);
1293       if (p == vertex_graph.end()) {
1294         endpoints.erase(endpoints.begin());
1295         continue;
1296       }
1297
1298       path.clear();
1299       path.push_back(v);
1300
1301       for (;;) {
1302         CARVE_ASSERT(p != vertex_graph.end());
1303
1304         // pick a connected vertex to move to.
1305         if ((*p).second.size() == 0) break;
1306
1307         carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *n = *((*p).second.begin());
1308         detail::VVSMap::iterator q = vertex_graph.find(n);
1309
1310         // remove the link.
1311         (*p).second.erase(n);
1312         (*q).second.erase(v);
1313
1314         // move on.
1315         v = n;
1316         path.push_back(v);
1317
1318         if ((*p).second.size() == 0) vertex_graph.erase(p);
1319         if ((*q).second.size() == 0) {
1320           vertex_graph.erase(q);
1321           q = vertex_graph.end();
1322         }
1323
1324         p = q;
1325
1326         if (v == path[0] || p == vertex_graph.end() || endpoints.find(v) != endpoints.end()) break;
1327       }
1328       CARVE_ASSERT(endpoints.find(path.back()) != endpoints.end());
1329
1330       bool is_cut =
1331         cut_endpoints.find(path.front()) != cut_endpoints.end() &&
1332         cut_endpoints.find(path.back()) != cut_endpoints.end();
1333
1334       if (is_cut) {
1335         cut_list.push_back(vvec_t()); path.swap(cut_list.back());
1336       } else {
1337         path_list.push_back(vvec_t()); path.swap(path_list.back());
1338       }
1339     }
1340
1341     populateVectorFromList(path_list, paths);
1342     populateVectorFromList(cut_list, cuts);
1343
1344     // now only loops should remain in the graph.
1345     while (vertex_graph.size()) {
1346       detail::VVSMap::iterator p = vertex_graph.begin();
1347       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v = (*p).first;
1348       CARVE_ASSERT((*p).second.size() == 2);
1349
1350       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> path;
1351       path.clear();
1352       path.push_back(v);
1353
1354       for (;;) {
1355         CARVE_ASSERT(p != vertex_graph.end());
1356         // pick a connected vertex to move to.
1357
1358         carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *n = *((*p).second.begin());
1359         detail::VVSMap::iterator q = vertex_graph.find(n);
1360
1361         // remove the link.
1362         (*p).second.erase(n);
1363         (*q).second.erase(v);
1364
1365         // move on.
1366         v = n;
1367         path.push_back(v);
1368
1369         if ((*p).second.size() == 0) vertex_graph.erase(p);
1370         if ((*q).second.size() == 0) vertex_graph.erase(q);
1371
1372         p = q;
1373
1374         if (v == path[0]) break;
1375       }
1376
1377       loop_list.push_back(vvec_t()); path.swap(loop_list.back());
1378     }
1379  
1380     populateVectorFromList(loop_list, loops);
1381   }
1382
1383
1384
1385   template<typename T>
1386   std::string ptrstr(const T *ptr) {
1387     std::ostringstream s;
1388     s << ptr;
1389     return s.str().substr(1);
1390   }
1391
1392   void dumpAsGraph(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
1393                    const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &base_loop,
1394                    const carve::csg::V2Set &face_edges,
1395                    const carve::csg::V2Set &split_edges) {
1396     std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, carve::geom2d::P2> proj;
1397
1398     for (size_t i = 0; i < base_loop.size(); ++i) {
1399       proj[base_loop[i]] = face->project(base_loop[i]->v);
1400     }
1401     for (carve::csg::V2Set::const_iterator i = split_edges.begin(); i != split_edges.end(); ++i) {
1402       proj[(*i).first] = face->project((*i).first->v);
1403       proj[(*i).second] = face->project((*i).second->v);
1404     }
1405
1406     {
1407       carve::geom2d::P2 lo, hi;
1408       std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, carve::geom2d::P2>::iterator i;
1409       i = proj.begin();
1410       lo = hi = (*i).second;
1411       for (; i != proj.end(); ++i) {
1412         lo.x = std::min(lo.x, (*i).second.x); lo.y = std::min(lo.y, (*i).second.y);
1413         hi.x = std::max(hi.x, (*i).second.x); hi.y = std::max(hi.y, (*i).second.y);
1414       }
1415       for (i = proj.begin(); i != proj.end(); ++i) {
1416         (*i).second.x = ((*i).second.x - lo.x) / (hi.x - lo.x) * 10;
1417         (*i).second.y = ((*i).second.y - lo.y) / (hi.y - lo.y) * 10;
1418       }
1419     }
1420
1421     std::cerr << "graph G {\nnode [shape=circle,style=filled,fixedsize=true,width=\".1\",height=\".1\"];\nedge [len=4]\n";
1422     for (std::map<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *, carve::geom2d::P2>::iterator i = proj.begin(); i != proj.end(); ++i) {
1423       std::cerr << "   " << ptrstr((*i).first) << " [pos=\"" << (*i).second.x << "," << (*i).second.y << "!\"];\n";
1424     }
1425     for (carve::csg::V2Set::const_iterator i = face_edges.begin(); i != face_edges.end(); ++i) {
1426       std::cerr << "   " << ptrstr((*i).first) << " -- " << ptrstr((*i).second) << ";\n";
1427     }
1428     for (carve::csg::V2Set::const_iterator i = split_edges.begin(); i != split_edges.end(); ++i) {
1429       std::cerr << "   " << ptrstr((*i).first) << " -- " << ptrstr((*i).second) << " [color=\"blue\"];\n";
1430     }
1431     std::cerr << "};\n";
1432   }
1433
1434   void generateOneFaceLoop(carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face,
1435                            const carve::csg::detail::Data &data,
1436                            const carve::csg::VertexIntersections &vertex_intersections,
1437                            carve::csg::CSG::Hooks &hooks,
1438                            std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > &face_loops) {
1439     using namespace carve::csg;
1440
1441     std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1442     std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > hole_loops;
1443
1444     bool face_edge_intersected = assembleBaseLoop(face, data, base_loop);
1445
1446     detail::FV2SMap::const_iterator fse_iter = data.face_split_edges.find(face);
1447
1448     face_loops.clear();
1449
1450     if (fse_iter == data.face_split_edges.end()) {
1451       // simple case: input face is output face (possibly with the
1452       // addition of vertices at intersections).
1453       face_loops.push_back(base_loop);
1454       return;
1455     }
1456
1457     // complex case: input face is split into multiple output faces.
1458     V2Set face_edges;
1459
1460     for (size_t j = 0, je = base_loop.size() - 1; j < je; ++j) {
1461       face_edges.insert(std::make_pair(base_loop[j], base_loop[j + 1]));
1462     }
1463     face_edges.insert(std::make_pair(base_loop.back(), base_loop[0]));
1464
1465     // collect the split edges (as long as they're not on the perimeter)
1466     const detail::FV2SMap::mapped_type &fse = ((*fse_iter).second);
1467
1468     // split_edges contains all of the edges created by intersections
1469     // that aren't part of the perimeter of the face.
1470     V2Set split_edges;
1471
1472     for (detail::FV2SMap::mapped_type::const_iterator
1473            j = fse.begin(), je =  fse.end();
1474          j != je;
1475          ++j) {
1476       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v1 = ((*j).first), *v2 = ((*j).second);
1477
1478       if (face_edges.find(std::make_pair(v1, v2)) == face_edges.end() &&
1479           face_edges.find(std::make_pair(v2, v1)) == face_edges.end()) {
1480         // If the edge isn't part of the face perimeter, add it to
1481         // split_edges.
1482         split_edges.insert(ordered_edge(v1, v2));
1483       }
1484     }
1485
1486     // face is unsplit.
1487     if (!split_edges.size()) {
1488       face_loops.push_back(base_loop);
1489       return;
1490     }
1491
1492 #if defined(CARVE_DEBUG)
1493     dumpAsGraph(face, base_loop, face_edges, split_edges);
1494 #endif
1495
1496 #if 0
1497     // old face splitting method.
1498     for (V2Set::const_iterator i = split_edges.begin(); i != split_edges.end(); ++i) {
1499       face_edges.insert(std::make_pair((*i).first, (*i).second));
1500       face_edges.insert(std::make_pair((*i).second, (*i).first));
1501     }
1502     splitFace(face, face_edges, face_loops, hole_loops, vertex_intersections);
1503
1504     if (hole_loops.size()) {
1505       mergeFacesAndHoles(face, face_loops, hole_loops, hooks);
1506     }
1507     return;
1508 #endif
1509
1510 #if defined(CARVE_DEBUG)
1511     std::cerr << "### split_edges.size(): " << split_edges.size() << std::endl;
1512 #endif
1513     if (split_edges.size() == 1) {
1514       // handle the common case of a face that's split by a single edge.
1515       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v1 = split_edges.begin()->first;
1516       carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *v2 = split_edges.begin()->second;
1517
1518       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>::iterator vi1 = std::find(base_loop.begin(), base_loop.end(), v1);
1519       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>::iterator vi2 = std::find(base_loop.begin(), base_loop.end(), v2);
1520
1521       if (vi1 != base_loop.end() && vi2 != base_loop.end()) {
1522         // this is an inserted edge that connects two points on the base loop. nice and simple.
1523         if (vi2 < vi1) std::swap(vi1, vi2);
1524
1525         size_t loop1_size = vi2 - vi1 + 1;
1526         size_t loop2_size = base_loop.size() + 2 - loop1_size;
1527
1528         std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> l1;
1529         std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> l2;
1530
1531         l1.reserve(loop1_size);
1532         l2.reserve(loop2_size);
1533
1534         std::copy(vi1, vi2+1, std::back_inserter(l1));
1535         std::copy(vi2, base_loop.end(), std::back_inserter(l2));
1536         std::copy(base_loop.begin(), vi1+1, std::back_inserter(l2));
1537
1538         CARVE_ASSERT(l1.size() == loop1_size);
1539         CARVE_ASSERT(l2.size() == loop2_size);
1540
1541         face_loops.push_back(l1);
1542         face_loops.push_back(l2);
1543
1544         return;
1545       }
1546
1547       // Consider handling cases where one end of the edge touches the
1548       // perimeter, and where neither end does.
1549     }
1550
1551     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > paths;
1552     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > cuts;
1553     std::vector<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > loops;
1554
1555     // Take the split edges and compose them into a set of paths and
1556     // loops. Loops are edge paths that do not touch the boundary, or
1557     // any other path or loop - they are holes cut out of the centre
1558     // of the face. Paths are made up of all the other edge segments,
1559     // and start and end at the face perimeter, or where they meet
1560     // another path (sometimes both cases will be true).
1561     composeEdgesIntoPaths(split_edges, base_loop, paths, cuts, loops);
1562
1563 #if defined(CARVE_DEBUG)
1564     std::cerr << "###   paths.size(): " << paths.size() << std::endl;
1565     std::cerr << "###   cuts.size():  " << cuts.size() << std::endl;
1566     std::cerr << "###   loops.size(): " << loops.size() << std::endl;
1567 #endif
1568
1569     if (!paths.size()) {
1570       // No complex paths.
1571       face_loops.push_back(base_loop);
1572     } else {
1573       if (processCrossingEdges(face, vertex_intersections, hooks, base_loop, paths, face_loops)) {
1574         // Worked.
1575       } else {
1576         // complex case - fall back to old edge tracing code.
1577 #if defined(CARVE_DEBUG)
1578         std::cerr << "### processCrossingEdges failed. Falling back to edge tracing code" << std::endl;
1579 #endif
1580         for (size_t i = 0; i < paths.size(); ++i) {
1581           for (size_t j = 0; j < paths[i].size() - 1; ++j) {
1582             face_edges.insert(std::make_pair(paths[i][j], paths[i][j+1]));
1583             face_edges.insert(std::make_pair(paths[i][j+1], paths[i][j]));
1584           }
1585         }
1586         splitFace(face, face_edges, face_loops, hole_loops, vertex_intersections);
1587       }
1588     }
1589
1590     // Now merge cuts and loops into face loops.
1591
1592     // every cut creates a hole.
1593     for (size_t i = 0; i < cuts.size(); ++i) {
1594       hole_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
1595       hole_loops.back().reserve(2 * cuts[i].size() - 2);
1596       std::copy(cuts[i].begin(), cuts[i].end(), std::back_inserter(hole_loops.back()));
1597       if (cuts[i].size() > 2) {
1598         std::copy(cuts[i].rbegin() + 1, cuts[i].rend() - 1, std::back_inserter(hole_loops.back()));
1599       }
1600     }
1601
1602     // every loop creates a hole and a corresponding face.
1603     for (size_t i = 0; i < loops.size(); ++i) {
1604       hole_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
1605       hole_loops.back().reserve(loops[i].size()-1);
1606       std::copy(loops[i].begin(), loops[i].end()-1, std::back_inserter(hole_loops.back()));
1607
1608       face_loops.push_back(std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *>());
1609       face_loops.back().reserve(loops[i].size()-1);
1610       std::copy(loops[i].rbegin()+1, loops[i].rend(), std::back_inserter(face_loops.back()));
1611
1612       std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1613       projected.reserve(face_loops.back().size());
1614       for (size_t i = 0; i < face_loops.back().size(); ++i) {
1615         projected.push_back(face->project(face_loops.back()[i]->v));
1616       }
1617
1618       if (carve::geom2d::signedArea(projected) > 0.0) {
1619         std::swap(face_loops.back(), hole_loops.back());
1620       }
1621     }
1622
1623     // if there are holes, then they need to be merged with faces.
1624     if (hole_loops.size()) {
1625       mergeFacesAndHoles(face, face_loops, hole_loops, hooks);
1626     }
1627   }
1628 }
1629
1630
1631
1632 /** 
1633  * \brief Build a set of face loops for all (split) faces of a Polyhedron.
1634  * 
1635  * @param[in] poly The polyhedron to process
1636  * @param vmap 
1637  * @param face_split_edges 
1638  * @param divided_edges 
1639  * @param[out] face_loops_out The resulting face loops
1640  * 
1641  * @return The number of edges generated.
1642  */
1643 size_t carve::csg::CSG::generateFaceLoops(carve::mesh::MeshSet<3> *poly,
1644                                           const detail::Data &data,
1645                                           FaceLoopList &face_loops_out) {
1646   static carve::TimingName FUNC_NAME("CSG::generateFaceLoops()");
1647   carve::TimingBlock block(FUNC_NAME);
1648   size_t generated_edges = 0;
1649   std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1650   std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> > face_loops;
1651   
1652   for (carve::mesh::MeshSet<3>::face_iter i = poly->faceBegin(); i != poly->faceEnd(); ++i) {
1653     carve::mesh::MeshSet<3>::face_t *face = (*i);
1654
1655 #if defined(CARVE_DEBUG)
1656     double in_area = 0.0, out_area = 0.0;
1657
1658     {
1659       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1660       assembleBaseLoop(face, data, base_loop);
1661
1662       {
1663         std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1664         projected.reserve(base_loop.size());
1665         for (size_t n = 0; n < base_loop.size(); ++n) {
1666           projected.push_back(face->project(base_loop[n]->v));
1667         }
1668
1669         in_area = carve::geom2d::signedArea(projected);
1670         std::cerr << "### in_area=" << in_area << std::endl;
1671       }
1672     }
1673 #endif
1674
1675     generateOneFaceLoop(face, data, vertex_intersections, hooks, face_loops);
1676
1677 #if defined(CARVE_DEBUG)
1678     {
1679       V2Set face_edges;
1680
1681       std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> base_loop;
1682       assembleBaseLoop(face, data, base_loop);
1683
1684       for (size_t j = 0, je = base_loop.size() - 1; j < je; ++j) {
1685         face_edges.insert(std::make_pair(base_loop[j+1], base_loop[j]));
1686       }
1687       face_edges.insert(std::make_pair(base_loop[0], base_loop.back()));
1688       for (std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> >::const_iterator fli = face_loops.begin(); fli != face_loops.end(); ++ fli) {
1689
1690         {
1691           std::vector<carve::geom2d::P2> projected;
1692           projected.reserve((*fli).size());
1693           for (size_t n = 0; n < (*fli).size(); ++n) {
1694             projected.push_back(face->project((*fli)[n]->v));
1695           }
1696
1697           double area = carve::geom2d::signedArea(projected);
1698           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;
1699           out_area += area;
1700         }
1701
1702         const std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> &fl = *fli;
1703         for (size_t j = 0, je = fl.size() - 1; j < je; ++j) {
1704           face_edges.insert(std::make_pair(fl[j], fl[j+1]));
1705         }
1706         face_edges.insert(std::make_pair(fl.back(), fl[0]));
1707       }
1708       for (V2Set::const_iterator j = face_edges.begin(); j != face_edges.end(); ++j) {
1709         if (face_edges.find(std::make_pair((*j).second, (*j).first)) == face_edges.end()) {
1710           std::cerr << "### error: unmatched edge [" << (*j).first << "-" << (*j).second << "]" << std::endl;
1711         }
1712       }
1713       std::cerr << "### out_area=" << out_area << std::endl;
1714       if (out_area != in_area) {
1715         std::cerr << "### error: area does not match. delta = " << (out_area - in_area) << std::endl;
1716         // CARVE_ASSERT(fabs(out_area - in_area) < 1e-5);
1717       }
1718     }
1719 #endif
1720
1721     // now record all the resulting face loops.
1722 #if defined(CARVE_DEBUG)
1723     std::cerr << "### ======" << std::endl;
1724 #endif
1725     for (std::list<std::vector<carve::mesh::MeshSet<3>::vertex_t *> >::const_iterator
1726            f = face_loops.begin(), fe = face_loops.end();
1727          f != fe;
1728          ++f) {
1729 #if defined(CARVE_DEBUG)
1730       std::cerr << "### loop:";
1731       for (size_t i = 0; i < (*f).size(); ++i) {
1732         std::cerr << " " << (*f)[i];
1733       }
1734       std::cerr << std::endl;
1735 #endif
1736
1737       face_loops_out.append(new FaceLoop(face, *f));
1738       generated_edges += (*f).size();
1739     }
1740 #if defined(CARVE_DEBUG)
1741     std::cerr << "### ======" << std::endl;
1742 #endif
1743   }
1744   return generated_edges;
1745 }