polygon.c

   1 #include "image.h"
   2 #include "draw.h"
   3 #include "log.h"
   4
   5
   6 #define IMTRUNC(x) ((int)((x)*16))
   7
   8 #define coarse(x) ((x)/16)
   9 #define fine(x)   ((x)%16)
  10
  11 #define POLY_DEB(x)
  12
  13
  14
  15 typedef int pcord;
  16
  17 typedef struct {
  18   int n;
  19   pcord x,y;
  20 } p_point;
  21
  22 typedef struct {
  23   int n;
  24   pcord x1,y1;
  25   pcord x2,y2;
  26   pcord miny,maxy;
  27   pcord minx,maxx;
  28   int updown; /* -1 means down, 0 vertical, 1 up */
  29 } p_line;
  30
  31 typedef struct {
  32   int n;
  33   double x;
  34 } p_slice;
  35
  36 typedef struct {
  37   int start;
  38   int stop;
  39 } ss_pair;
  40
  41 typedef struct {
  42   int *line;            /* temporary buffer for scanline */
  43   int linelen;          /* length of scanline */
  44   ss_pair *ss_list;     /* list of start stop linepairs */
  45   int ssnext;           /* index of the next pair to use */
  46   int sslen;            /* maximum number of start stop pairs */
  47 } ss_scanline;
  48
  49
  50
  51
  52
  53
  54
  55
  56 static
  57 int
  58 p_compy(const p_point *p1, const p_point *p2) {
  59   if (p1->y > p2->y) return 1;
  60   if (p1->y < p2->y) return -1;
  61   return 0;
  62 }
  63
  64 static
  65 int
  66 p_compx(const p_slice *p1, const p_slice *p2) {
  67   if (p1->x > p2->x) return 1;
  68   if (p1->x < p2->x) return -1;
  69   return 0;
  70 }
  71
  72 /* Change this to int? and round right goddamn it! */
  73
  74 static
  75 double
  76 p_eval_aty(p_line *l, pcord y) {
  77   int t;
  78   t=l->y2-l->y1;
  79   if (t) return ( (y-l->y1)*l->x2 + (l->y2-y)*l->x1 )/t;
  80   return (l->x1+l->x2)/2.0;
  81 }
  82
  83 static
  84 double
  85 p_eval_atx(p_line *l, pcord x) {
  86   int t;
  87   t = l->x2-l->x1;
  88   if (t) return ( (x-l->x1)*l->y2 + (l->x2-x)*l->y1 )/t;
  89   return (l->y1+l->y2)/2.0;
  90 }
  91
  92 static
  93 p_line *
  94 line_set_new(double *x, double *y, int l) {
  95   int i;
  96   p_line *lset = mymalloc(sizeof(p_line) * l);
  97
  98   for(i=0; i<l; i++) {
  99     lset[i].n=i;
 100     lset[i].x1 = IMTRUNC(x[i]);
 101     lset[i].y1 = IMTRUNC(y[i]);
 102     lset[i].x2 = IMTRUNC(x[(i+1)%l]);
 103     lset[i].y2 = IMTRUNC(y[(i+1)%l]);
 104     lset[i].miny=min(lset[i].y1,lset[i].y2);
 105     lset[i].maxy=max(lset[i].y1,lset[i].y2);
 106     lset[i].minx=min(lset[i].x1,lset[i].x2);
 107     lset[i].maxx=max(lset[i].x1,lset[i].x2);
 108   }
 109   return lset;
 110 }
 111
 112 static
 113 p_point *
 114 point_set_new(double *x, double *y, int l) {
 115   int i;
 116   p_point *pset = mymalloc(sizeof(p_point) * l);
 117
 118   for(i=0; i<l; i++) {
 119     pset[i].n=i;
 120     pset[i].x=IMTRUNC(x[i]);
 121     pset[i].y=IMTRUNC(y[i]);
 122   }
 123   return pset;
 124 }
 125
 126 static
 127 void
 128 p_line_dump(p_line *l) {
 129   printf("%d (%d,%d)->(%d,%d) [%d-%d,%d-%d]\n", l->n, l->x1, l->y1, l->x2, l->y2,
 130          l->minx, l->maxx, l->miny, l->maxy);
 131 }
 132
 133
 134 static
 135 void
 136 ss_scanline_reset(ss_scanline *ss) {
 137   ss->ssnext = 0;
 138   memset(ss->line, 0, sizeof(int) * ss->linelen);
 139 }
 140
 141 static
 142 void
 143 ss_scanline_init(ss_scanline *ss, int linelen, int linepairs) {
 144   ss->line    = mymalloc( sizeof(int) * linelen );
 145   ss->linelen = linelen;
 146   ss->ss_list = mymalloc( sizeof(ss_pair) * linepairs );
 147   ss->sslen   = linepairs;
 148   ss_scanline_reset(ss);
 149 }
 150
 151
 152 /* returns the number of matches */
 153
 154 static
 155 int
 156 lines_in_interval(p_line *lset, int l, p_slice *tllist, pcord cc) {
 157   int k;
 158   int count = 0;
 159   for(k=0; k<l; k++) {
 160     if (cc >= lset[k].miny && cc <=  lset[k].maxy) {
 161       if (lset[k].miny == lset[k].maxy) {
 162         POLY_DEB( printf(" HORIZONTAL - skipped\n") );
 163       }
 164       else {
 165         tllist[count].x=p_eval_aty(&lset[k],cc);
 166         tllist[count].n=k;
 167         count++;
 168       }
 169     }
 170   }
 171   return count;
 172 }
 173
 174 /* marks the up variable for all lines in a slice */
 175
 176 static
 177 void
 178 mark_updown_slices(p_line *lset, p_slice *tllist, int count) {
 179   p_line *l, *r;
 180   int k;
 181   for(k=0; k<count; k+=2) {
 182     l = lset + tllist[k].n;
 183     r = lset + tllist[k+1].n;
 184
 185     if (l->y1 == l->y2) {
 186       mm_log((1, "mark_updown_slices: horizontal line being marked: internal error!\n"));
 187       exit(3);
 188     }
 189
 190     if (r->y1 == r->y2) {
 191       mm_log((1, "mark_updown_slices: horizontal line being marked: internal error!\n"));
 192       exit(3);
 193     }
 194
 195     l->updown = (l->x1 == l->x2) ?
 196       0 :
 197       (l->x1 > l->x2)
 198       ?
 199       (l->y1 > l->y2) ? -1 : 1
 200       :
 201       (l->y1 > l->y2) ? 1 : -1;
 202
 203     r->updown = (r->x1 == r->x2) ?
 204       0 :
 205       (r->x1 > r->x2)
 206       ?
 207       (r->y1 > r->y2) ? -1 : 1
 208       :
 209       (r->y1 > r->y2) ? 1 : -1;
 210
 211     POLY_DEB( printf("marking left line %d as %s(%d)\n", l->n,
 212                      l->updown ?  l->updown == 1 ? "up" : "down" : "vert", l->updown, l->updown);
 213               printf("marking right line %d as %s(%d)\n", r->n,
 214                      r->updown ?  r->updown == 1 ? "up" : "down" : "vert", r->updown, r->updown);
 215               );
 216   }
 217 }
 218
 219
 220
 221 static
 222 unsigned char
 223 saturate(int in) {
 224   if (in>255) { return 255; }
 225   else if (in>0) return in;
 226   return 0;
 227 }
 228
 229
 230 /* This function must be modified later to do proper blending */
 231
 232 void
 233 scanline_flush(i_img *im, ss_scanline *ss, int y, i_color *val) {
 234   int x, ch, tv;
 235   i_color t;
 236   for(x=0; x<im->xsize; x++) {
 237     tv = saturate(ss->line[x]);
 238     i_gpix(im, x, y, &t);
 239     for(ch=0; ch<im->channels; ch++)
 240       t.channel[ch] = tv/255.0 * val->channel[ch] + (1.0-tv/255.0) * t.channel[ch];
 241     i_ppix(im, x, y, &t);
 242   }
 243 }
 244
 245
 246
 247 static
 248 int
 249 trap_square(pcord xlen, pcord ylen, double xl, double yl) {
 250   POLY_DEB( printf("trap_square: %d %d %.2f %.2f\n", xlen, ylen, xl, yl) );
 251   return xlen*ylen-(xl*yl)/2.0;
 252 }
 253
 254
 255 /*
 256    pixel_coverage calculates the 'left side' pixel coverage of a pixel that is
 257    within the min/max ranges.  The shape always corresponds to a square with some
 258    sort of a triangle cut from it (which can also yield a triangle).
 259 */
 260
 261
 262 static
 263 int
 264 pixel_coverage(p_line *line, pcord minx, pcord maxx, pcord  miny, pcord maxy) {
 265   double lycross, rycross;
 266   int l, r;
 267
 268   double xs, ys;
 269
 270   if (!line->updown) {
 271     l = r = 0;
 272   } else {
 273     lycross = p_eval_atx(line, minx);
 274     rycross = p_eval_atx(line, maxx);
 275     l = lycross <= maxy && lycross >= miny; /* true if it enters through left side */
 276     r = rycross <= maxy && rycross >= miny; /* true if it enters through left side */
 277   }
 278   POLY_DEB(
 279            printf("%4s(%+d): ", line->updown ?  line->updown == 1 ? "up" : "down" : "vert", line->updown);
 280            printf("(%2d,%2d) [%3d-%3d, %3d-%3d] lycross=%.2f rycross=%.2f", coarse(minx), coarse(miny), minx, maxx, miny, maxy, lycross, rycross);
 281            printf("    l=%d r=%d\n", l, r)
 282            );
 283
 284   if (l && r)
 285     return line->updown == 1 ?
 286       (double)(maxx-minx) * (2.0*maxy-lycross-rycross)/2.0  /* up case */
 287       :
 288       (double)(maxx-minx) * (lycross+rycross-2*miny)/2.0;  /* down case */
 289
 290   if (!l && !r) return (maxy-miny)*(maxx*2-p_eval_aty(line, miny)-p_eval_aty(line, maxy))/2.0;
 291
 292   if (l && !r)
 293     return line->updown == 1 ?
 294       trap_square(maxx-minx, maxy-miny, p_eval_aty(line, miny)-minx, p_eval_atx(line, minx)-miny) :
 295       trap_square(maxx-minx, maxy-miny, p_eval_aty(line, maxy)-minx, maxy-p_eval_atx(line, minx));
 296
 297
 298   if (!l && r) {
 299     int r = line->updown == 1 ?
 300       (maxx-p_eval_aty(line, maxy))*(maxy-p_eval_atx(line, maxx))/2.0 :
 301       (maxx-p_eval_aty(line, miny))*(p_eval_atx(line, maxx)-miny)/2.0;
 302     return r;
 303   }
 304 }
 305
 306
 307
 308
 309
 310 /*
 311    handle the scanline slice in three steps
 312
 313    1.  Where only the left edge is inside a pixel
 314    2a. Where both left and right edge are inside a pixel
 315    2b. Where neither left or right edge are inside a pixel
 316    3.  Where only the right edge is inside a pixel
 317 */
 318
 319 static
 320 void
 321 render_slice_scanline(ss_scanline *ss, int y, p_line *l, p_line *r) {
 322
 323   pcord miny, maxy;     /* y bounds in fine coordinates */
 324   pcord lminx, lmaxx;   /* left line min/max within y bounds in fine coords */
 325   pcord rminx, rmaxx;   /* right line min/max within y bounds in fine coords */
 326   int cpix;             /* x-coordinate of current pixel */
 327   int thin;             /* boolean for thin/thick segment */
 328   int startpix;         /* temporary variable for "start of this interval" */
 329   int stoppix;          /* temporary variable for "end of this interval" */
 330   int step2end;         /* temporary variable to mark where step2 ends */
 331
 332   /* Find the y bounds of scanline_slice */
 333
 334   maxy = min( l->maxy, r->maxy );
 335   miny = max( l->miny, r->miny );
 336
 337   maxy = min( maxy, (y+1)*16 );
 338   miny = max( miny,  y*16 );
 339
 340   lminx = min( p_eval_aty(l, maxy), p_eval_aty(l, miny) );
 341   lmaxx = max( p_eval_aty(l, maxy), p_eval_aty(l, miny) );
 342
 343   rminx = min( p_eval_aty(r, maxy), p_eval_aty(r, miny) );
 344   rmaxx = max( p_eval_aty(r, maxy), p_eval_aty(r, miny) );
 345
 346   thin = coarse(lmaxx) >= coarse(rminx);
 347
 348   startpix = max( coarse(lminx), 0 );
 349   stoppix  = min( coarse(rmaxx-1), ss->linelen-1 );
 350
 351   for(cpix=startpix; cpix<=stoppix; cpix++) {
 352     int lt = coarse(lmaxx-1) >= cpix;
 353     int rt = coarse(rminx) <= cpix;
 354
 355     int A, B, C;
 356
 357     POLY_DEB( printf("(%d,%d) lt=%d rt=%d\n", cpix, y, lt, rt) );
 358
 359     A = lt ? pixel_coverage(l, cpix*16, cpix*16+16, miny, maxy) : 0;
 360     B = lt ? 0 : 16*(maxy-miny);
 361     C = rt ? pixel_coverage(r, cpix*16, cpix*16+16, miny, maxy) : 0;
 362
 363     POLY_DEB( printf("A=%d B=%d C=%d\n", A, B, C) );
 364
 365     ss->line[cpix] += A+B-C;
 366
 367   }
 368
 369 }
 370
 371
 372
 373 static
 374 void
 375 render_slice_scanline_old(ss_scanline *ss, int y, p_line *l, p_line *r) {
 376
 377   pcord miny, maxy;     /* y bounds in fine coordinates */
 378   pcord lminx, lmaxx;   /* left line min/max within y bounds in fine coords */
 379   pcord rminx, rmaxx;   /* right line min/max within y bounds in fine coords */
 380   int cpix;             /* x-coordinate of current pixel */
 381   int thin;             /* boolean for thin/thick segment */
 382   int startpix;         /* temporary variable for "start of this interval" */
 383   int stoppix;          /* temporary variable for "end of this interval" */
 384   int step2end;         /* temporary variable to mark where step2 ends */
 385
 386   /* Find the y bounds of scanline_slice */
 387
 388   maxy = min( l->maxy, r->maxy );
 389   miny = max( l->miny, r->miny );
 390
 391   maxy = min( maxy, (y+1)*16 );
 392   miny = max( miny,  y*16 );
 393
 394   lminx = min( p_eval_aty(l, maxy), p_eval_aty(l, miny) );
 395   lmaxx = max( p_eval_aty(l, maxy), p_eval_aty(l, miny) );
 396
 397   rminx = min( p_eval_aty(r, maxy), p_eval_aty(r, miny) );
 398   rmaxx = max( p_eval_aty(r, maxy), p_eval_aty(r, miny) );
 399
 400   thin = coarse(lmaxx) >= coarse(rminx);
 401
 402
 403   /* First step */
 404   startpix = coarse(lminx);                             /* includes tricky starting pixel */
 405   stoppix  = min(coarse(lmaxx), coarse(rminx) );        /* last pixel is tricky */
 406
 407   /* handle start pixel */
 408
 409   cpix = startpix;
 410   if (cpix < stoppix) {
 411     ss->line[cpix] += pixel_coverage(l, cpix*16, cpix*16+16, miny, maxy);
 412     printf("%2d: step1 - start pixel\n", cpix);
 413   }
 414
 415   for(cpix=startpix+1; cpix<stoppix; cpix++) {
 416     printf("%2d: step1 pixel\n", cpix);
 417     ss->line[cpix] += l->updown == 1 ?
 418       8.0 * (2*maxy-p_eval_atx(l, 16*cpix)-p_eval_atx(l, 16*cpix+16))   /* up case */
 419       :
 420       8.0 * (p_eval_atx(l, 16*cpix)+p_eval_atx(l, 16*cpix+16)-2*miny);  /* down case */
 421   }
 422
 423
 424   /* handle stop pixel */
 425
 426   if (thin) { /* step 2a */
 427     startpix = coarse(rminx);
 428     stoppix = coarse(lmaxx+15); /* one more than needed */
 429
 430     for(cpix=startpix; cpix<stoppix; cpix++) {
 431       printf("%2d: step2a pixel\n", cpix);
 432       ss->line[cpix] +=
 433         pixel_coverage(l, cpix*16, cpix*16+16, miny, maxy)
 434         +(cpix*16+16-min(cpix*16+16, l->maxx))*(maxy-miny)
 435         -pixel_coverage(r, cpix*16, cpix*16+16, miny, maxy);
 436     }
 437   } else { /* step 2b */
 438     stoppix = coarse(rminx);
 439     for(/* cpix already correct */; cpix<stoppix; cpix++) {
 440       printf("%2d: step2b pixel\n", cpix);
 441       ss->line[cpix] += 16.0*(maxy-miny);
 442     }
 443   }
 444
 445   /* step 3 */
 446
 447   cpix = max(coarse(rminx), coarse(lmaxx+15));
 448   stoppix = coarse(rmaxx-15);
 449
 450   printf("step3 from %d to %d\n", cpix, stoppix);
 451
 452   for(; cpix<stoppix; cpix++) {
 453     printf("%2d: step3 pixel\n", cpix);
 454     ss->line[cpix] += 0+
 455       (l->updown == 1 ?
 456        8.0 * (2*maxy-p_eval_atx(r, 16*cpix)-p_eval_atx(r, 16*cpix+16))  /* up case */
 457        :
 458        8.0 * (p_eval_atx(r, 16*cpix)+p_eval_atx(r, 16*cpix+16)-2*miny));  /* down case */
 459   }
 460
 461   ss->line[cpix] += (16.0)*(maxy-miny) - pixel_coverage(r, cpix*16, cpix*16+16, miny, maxy);
 462 }
 463
 464
 465
 466
 467
 468
 469 /* Antialiasing polygon algorithm
 470    specs:
 471    1. only nice polygons - no crossovers
 472    2. 1/16 pixel resolution
 473    3. full antialiasing ( complete spectrum of blends )
 474    4. uses hardly any memory
 475    5. no subsampling phase
 476
 477
 478    Algorithm outline:
 479    1. Split into vertical intervals.
 480    2. handle each interval
 481
 482    For each interval we must:
 483    1. find which lines are in it
 484    2. order the lines from in increasing x order.
 485       since we are assuming no crossovers it is sufficent
 486       to check a single point on each line.
 487 */
 488
 489 /*
 490   Definitions:
 491
 492   1. Interval:  A vertical segment in which no lines cross nor end.
 493   2. Scanline:  A physical line, contains 16 subpixels in the horizontal direction
 494   3. Slice:     A start stop line pair.
 495
 496  */
 497
 498
 499 void
 500 i_poly_aa(i_img *im, int l, double *x, double *y, i_color *val) {
 501   int i ,k;                     /* Index variables */
 502   int clc;                      /* Lines inside current interval */
 503   pcord miny ,maxy;             /* Min and max values of the current slice in the subcord system */
 504   pcord tempy;
 505   int cscl;                     /* Current scanline */
 506
 507   ss_scanline templine;         /* scanline accumulator */
 508   p_point *pset;                /* List of points in polygon */
 509   p_line  *lset;                /* List of lines in polygon */
 510   p_slice *tllist;              /* List of slices */
 511
 512   fflush(stdout);
 513   setbuf(stdout, NULL);
 514
 515
 516   tllist   = mymalloc(sizeof(p_slice)*l);
 517
 518   ss_scanline_init(&templine, im->xsize, l);
 519
 520   pset     = point_set_new(x, y, l);
 521   lset     = line_set_new(x, y, l);
 522
 523
 524   qsort(pset, l, sizeof(p_point), (int(*)(const void *,const void *))p_compy);
 525
 526   POLY_DEB(
 527            for(i=0;i<l;i++) {
 528              printf("%d [ %d ] (%d , %d) -> (%d , %d) yspan ( %d , %d )\n",
 529                     i, lset[i].n, lset[i].x1, lset[i].y1, lset[i].x2, lset[i].y2, lset[i].miny, lset[i].maxy);
 530            }
 531            printf("MAIN LOOP\n\n");
 532            );
 533
 534
 535   /* loop on intervals */
 536   for(i=0; i<l-1; i++) {
 537     int startscan = max( coarse(pset[i].y), 0);
 538     int stopscan = min( coarse(pset[i+1].y+15), im->ysize-1);
 539     pcord cc = (pset[i].y + pset[i+1].y)/2;
 540
 541     POLY_DEB(
 542              printf("current slice is %d: %d to %d ( cpoint %d ) scanlines %d to %d\n",
 543                     i, pset[i].y, pset[i+1].y, cc, startscan, stopscan)
 544              );
 545
 546     if (pset[i].y == pset[i+1].y) {
 547       POLY_DEB( printf("current slice thickness = 0 => skipping\n") );
 548       continue;
 549     }
 550
 551     clc = lines_in_interval(lset, l, tllist, cc);
 552     qsort(tllist, clc, sizeof(p_slice), (int(*)(const void *,const void *))p_compx);
 553
 554     mark_updown_slices(lset, tllist, clc);
 555
 556     POLY_DEB( printf("Interval contains %d lines\n", clc) );
 557
 558     for(k=0; k<clc; k++) {
 559       int lno = tllist[k].n;
 560       p_line *ln = lset+lno;
 561       POLY_DEB(
 562                printf("%d:  line #%2d: (%2d, %2d)->(%2d, %2d) (%2d/%2d, %2d/%2d) -> (%2d/%2d, %2d/%2d) alignment=%s\n",
 563                       k, lno, ln->x1, ln->y1, ln->x2, ln->y2,
 564                       coarse(ln->x1), fine(ln->x1),
 565                       coarse(ln->y1), fine(ln->y1),
 566                       coarse(ln->x2), fine(ln->x2),
 567                       coarse(ln->y2), fine(ln->y2),
 568                       ln->updown == 0 ? "vert" : ln->updown == 1 ? "up" : "down")
 569                );
 570     }
 571     for(cscl=startscan; cscl<stopscan; cscl++) {
 572       tempy = min(cscl*16+16, pset[i+1].y);
 573       POLY_DEB( printf("evaluating scan line %d \n", cscl) );
 574       for(k=0; k<clc-1; k+=2) {
 575         render_slice_scanline(&templine, cscl, lset+tllist[k].n, lset+tllist[k+1].n);
 576       }
 577       if (16*coarse(tempy) == tempy) {
 578         POLY_DEB( printf("flushing scan line %d\n", cscl) );
 579         scanline_flush(im, &templine, cscl, val);
 580         ss_scanline_reset(&templine);
 581       }
 582       /*
 583         else {
 584         scanline_flush(im, &templine, cscl, val);
 585         ss_scanline_reset(&templine);
 586         return 0;
 587         }
 588       */
 589     }
 590   } /* Intervals */
 591   if (16*coarse(tempy) != tempy)
 592     scanline_flush(im, &templine, cscl-1, val);
 593 } /* Function */
 594