[rt #77063] improve rotate(degrees => ...) results.
[imager.git] / rotate.im
1 /*
2 =head1 NAME
3
4   rotate.im - implements image rotations
5
6 =head1 SYNOPSIS
7
8   i_img *i_rotate90(i_img *src, int degrees)
9
10 =head1 DESCRIPTION
11
12 Implements basic 90 degree rotations of an image.
13
14 Other rotations will be added as tuits become available.
15
16 =cut
17 */
18
19 #include "imager.h"
20 #include "imageri.h"
21 #include <math.h> /* for floor() */
22
23 #define ROT_DEBUG(x)
24
25 i_img *i_rotate90(i_img *src, int degrees) {
26   i_img *targ;
27   i_img_dim x, y;
28
29   i_clear_error();
30
31   if (degrees == 180) {
32     /* essentially the same as flipxy(..., 2) except that it's not
33        done in place */
34     targ = i_sametype(src, src->xsize, src->ysize);
35     if (src->type == i_direct_type) {
36 #code src->bits <= 8
37       IM_COLOR *vals = mymalloc(src->xsize * sizeof(IM_COLOR));
38       for (y = 0; y < src->ysize; ++y) {
39         IM_COLOR tmp;
40         IM_GLIN(src, 0, src->xsize, y, vals);
41         for (x = 0; x < src->xsize/2; ++x) {
42           tmp = vals[x];
43           vals[x] = vals[src->xsize - x - 1];
44           vals[src->xsize - x - 1] = tmp;
45         }
46         IM_PLIN(targ, 0, src->xsize, src->ysize - y - 1, vals);
47       }
48       myfree(vals);
49 #/code
50     }
51     else {
52       i_palidx *vals = mymalloc(src->xsize * sizeof(i_palidx));
53
54       for (y = 0; y < src->ysize; ++y) {
55         i_palidx tmp;
56         i_gpal(src, 0, src->xsize, y, vals);
57         for (x = 0; x < src->xsize/2; ++x) {
58           tmp = vals[x];
59           vals[x] = vals[src->xsize - x - 1];
60           vals[src->xsize - x - 1] = tmp;
61         }
62         i_ppal(targ, 0, src->xsize, src->ysize - y - 1, vals);
63       }
64       
65       myfree(vals);
66     }
67
68     return targ;
69   }
70   else if (degrees == 270 || degrees == 90) {
71     i_img_dim tx, txstart, txinc;
72     i_img_dim ty, tystart, tyinc;
73
74     if (degrees == 270) {
75       txstart = 0;
76       txinc = 1;
77       tystart = src->xsize-1;
78       tyinc = -1;
79     }
80     else {
81       txstart = src->ysize-1;
82       txinc = -1;
83       tystart = 0;
84       tyinc = 1;
85     }
86     targ = i_sametype(src, src->ysize, src->xsize);
87     if (src->type == i_direct_type) {
88 #code src->bits <= 8
89       IM_COLOR *vals = mymalloc(src->xsize * sizeof(IM_COLOR));
90
91       tx = txstart;
92       for (y = 0; y < src->ysize; ++y) {
93         IM_GLIN(src, 0, src->xsize, y, vals);
94         ty = tystart;
95         for (x = 0; x < src->xsize; ++x) {
96           IM_PPIX(targ, tx, ty, vals+x);
97           ty += tyinc;
98         }
99         tx += txinc;
100       }
101       myfree(vals);
102 #/code
103     }
104     else {
105       i_palidx *vals = mymalloc(src->xsize * sizeof(i_palidx));
106       
107       tx = txstart;
108       for (y = 0; y < src->ysize; ++y) {
109         i_gpal(src, 0, src->xsize, y, vals);
110         ty = tystart;
111         for (x = 0; x < src->xsize; ++x) {
112           i_ppal(targ, tx, tx+1, ty, vals+x);
113           ty += tyinc;
114         }
115         tx += txinc;
116       }
117       myfree(vals);
118     }
119     return targ;
120   }
121   else {
122     i_push_error(0, "i_rotate90() only rotates at 90, 180, or 270 degrees");
123     return NULL;
124   }
125 }
126
127 /* linear interpolation */
128 static i_color interp_i_color(i_color before, i_color after, double pos,
129                               int channels) {
130   i_color out;
131   int ch;
132
133   pos -= floor(pos);
134   if (channels == 1 || channels == 3) {
135     for (ch = 0; ch < channels; ++ch)
136       out.channel[ch] = ((1-pos) * before.channel[ch] + pos * after.channel[ch]) + 0.5;
137   }
138   else {
139     int total_cover = (1-pos) * before.channel[channels-1]
140       + pos * after.channel[channels-1];
141
142     total_cover = I_LIMIT_8(total_cover);
143     if (total_cover) {
144       double before_alpha = before.channel[channels-1] / 255.0;
145       double after_alpha = after.channel[channels-1] / 255.0;
146       double total_alpha = before_alpha * (1-pos) + after_alpha * pos;
147
148       for (ch = 0; ch < channels-1; ++ch) {
149         int out_level = ((1-pos) * before.channel[ch] * before_alpha + 
150                          pos * after.channel[ch] * after_alpha) / total_alpha + 0.5;
151
152         out.channel[ch] = I_LIMIT_8(out_level);
153       }
154     }
155
156     out.channel[channels-1] = total_cover;
157   }
158
159   return out;
160 }
161
162 /* hopefully this will be inlined  (it is with -O3 with gcc 2.95.4) */
163 /* linear interpolation */
164 static i_fcolor interp_i_fcolor(i_fcolor before, i_fcolor after, double pos,
165                                 int channels) {
166   i_fcolor out;
167   int ch;
168
169   pos -= floor(pos);
170   if (channels == 1 || channels == 3) {
171     for (ch = 0; ch < channels; ++ch)
172       out.channel[ch] = (1-pos) * before.channel[ch] + pos * after.channel[ch];
173   }
174   else {
175     double total_cover = (1-pos) * before.channel[channels-1]
176       + pos * after.channel[channels-1];
177
178     total_cover = I_LIMIT_DOUBLE(total_cover);
179     if (total_cover) {
180       double before_alpha = before.channel[channels-1];
181       double after_alpha = after.channel[channels-1];
182       double total_alpha = before_alpha * (1-pos) + after_alpha * pos;
183
184       for (ch = 0; ch < channels-1; ++ch) {
185         double out_level = ((1-pos) * before.channel[ch] * before_alpha + 
186                          pos * after.channel[ch] * after_alpha) / total_alpha;
187
188         out.channel[ch] = I_LIMIT_DOUBLE(out_level);
189       }
190     }
191
192     out.channel[channels-1] = total_cover;
193   }
194
195   return out;
196 }
197
198 i_img *i_matrix_transform_bg(i_img *src, i_img_dim xsize, i_img_dim ysize, const double *matrix,
199                              const i_color *backp, const i_fcolor *fbackp) {
200   i_img *result = i_sametype(src, xsize, ysize);
201   i_img_dim x, y;
202   int ch;
203   i_img_dim i, j;
204   double sx, sy, sz;
205
206   if (src->type == i_direct_type) {
207 #code src->bits <= 8
208     IM_COLOR *vals = mymalloc(xsize * sizeof(IM_COLOR));
209     IM_COLOR back;
210     i_fsample_t fsamp;
211
212 #ifdef IM_EIGHT_BIT
213     if (backp) {
214       back = *backp;
215     }
216     else if (fbackp) {
217       for (ch = 0; ch < src->channels; ++ch) {
218         fsamp = fbackp->channel[ch];
219         back.channel[ch] = fsamp < 0 ? 0 : fsamp > 1 ? 255 : fsamp * 255;
220       }
221     }
222 #else
223 #define interp_i_color interp_i_fcolor
224     if (fbackp) {
225       back = *fbackp;
226     }
227     else if (backp) {
228       for (ch = 0; ch < src->channels; ++ch)
229         back.channel[ch] = backp->channel[ch] / 255.0;
230     }
231 #endif
232     else {
233       for (ch = 0; ch < src->channels; ++ch)
234         back.channel[ch] = 0;
235     }
236
237     for (y = 0; y < ysize; ++y) {
238       for (x = 0; x < xsize; ++x) {
239         /* dividing by sz gives us the ability to do perspective 
240            transforms */
241         sz = x * matrix[6] + y * matrix[7] + matrix[8];
242         if (fabs(sz) > 0.0000001) {
243           sx = (x * matrix[0] + y * matrix[1] + matrix[2]) / sz;
244           sy = (x * matrix[3] + y * matrix[4] + matrix[5]) / sz;
245         }
246         else {
247           sx = sy = 0;
248         }
249         
250         /* anything outside these ranges is either a broken co-ordinate
251            or outside the source */
252         if (fabs(sz) > 0.0000001 
253             && sx >= -1 && sx < src->xsize
254             && sy >= -1 && sy < src->ysize) {
255
256           ROT_DEBUG(fprintf(stderr, "map " i_DFp " to %g,%g\n", i_DFcp(x, y), sx, sy));
257           if (sx != (i_img_dim)sx) {
258             if (sy != (i_img_dim)sy) {
259               IM_COLOR c[2][2]; 
260               IM_COLOR ci2[2];
261               ROT_DEBUG(fprintf(stderr, " both non-int\n"));
262               for (i = 0; i < 2; ++i)
263                 for (j = 0; j < 2; ++j)
264                   if (IM_GPIX(src, floor(sx)+i, floor(sy)+j, &c[j][i]))
265                     c[j][i] = back;
266               for (j = 0; j < 2; ++j)
267                 ci2[j] = interp_i_color(c[j][0], c[j][1], sx, src->channels);
268               vals[x] = interp_i_color(ci2[0], ci2[1], sy, src->channels);
269             }
270             else {
271               IM_COLOR ci2[2];
272               ROT_DEBUG(fprintf(stderr, " y int, x non-int\n"));
273               for (i = 0; i < 2; ++i)
274                 if (IM_GPIX(src, floor(sx)+i, sy, ci2+i))
275                   ci2[i] = back;
276               vals[x] = interp_i_color(ci2[0], ci2[1], sx, src->channels);
277             }
278           }
279           else {
280             if (sy != (i_img_dim)sy) {
281               IM_COLOR ci2[2];
282               ROT_DEBUG(fprintf(stderr, " x int, y non-int\n"));
283               for (i = 0; i < 2; ++i)
284                 if (IM_GPIX(src, sx, floor(sy)+i, ci2+i))
285                   ci2[i] = back;
286               vals[x] = interp_i_color(ci2[0], ci2[1], sy, src->channels);
287             }
288             else {
289               ROT_DEBUG(fprintf(stderr, " both int\n"));
290               /* all the world's an integer */
291               if (IM_GPIX(src, sx, sy, vals+x))
292                 vals[x] = back;
293             }
294           }
295         }
296         else {
297           vals[x] = back;
298         }
299       }
300       IM_PLIN(result, 0, xsize, y, vals);
301     }
302     myfree(vals);
303 #undef interp_i_color
304 #/code
305   }
306   else {
307     /* don't interpolate for a palette based image */
308     i_palidx *vals = mymalloc(xsize * sizeof(i_palidx));
309     i_palidx back = 0;
310     i_color min;
311     int minval = 256 * 4;
312     i_img_dim ix, iy;
313     i_color want_back;
314     i_fsample_t fsamp;
315
316     if (backp) {
317       want_back = *backp;
318     }
319     else if (fbackp) {
320       for (ch = 0; ch < src->channels; ++ch) {
321         fsamp = fbackp->channel[ch];
322         want_back.channel[ch] = fsamp < 0 ? 0 : fsamp > 1 ? 255 : fsamp * 255;
323       }
324     }
325     else {
326       for (ch = 0; ch < src->channels; ++ch)
327         want_back.channel[ch] = 0;
328     }
329     
330     /* find the closest color */
331     for (i = 0; i < i_colorcount(src); ++i) {
332       i_color temp;
333       int tempval;
334       i_getcolors(src, i, &temp, 1);
335       tempval = 0;
336       for (ch = 0; ch < src->channels; ++ch) {
337         tempval += abs(want_back.channel[ch] - temp.channel[ch]);
338       }
339       if (tempval < minval) {
340         back = i;
341         min = temp;
342         minval = tempval;
343       }
344     }
345
346     for (y = 0; y < ysize; ++y) {
347       for (x = 0; x < xsize; ++x) {
348         /* dividing by sz gives us the ability to do perspective 
349            transforms */
350         sz = x * matrix[6] + y * matrix[7] + matrix[8];
351         if (abs(sz) > 0.0000001) {
352           sx = (x * matrix[0] + y * matrix[1] + matrix[2]) / sz;
353           sy = (x * matrix[3] + y * matrix[4] + matrix[5]) / sz;
354         }
355         else {
356           sx = sy = 0;
357         }
358         
359         /* anything outside these ranges is either a broken co-ordinate
360            or outside the source */
361         if (abs(sz) > 0.0000001 
362             && sx >= -0.5 && sx < src->xsize-0.5
363             && sy >= -0.5 && sy < src->ysize-0.5) {
364           
365           /* all the world's an integer */
366           ix = (i_img_dim)(sx+0.5);
367           iy = (i_img_dim)(sy+0.5);
368           if (!i_gpal(src, ix, ix+1, iy, vals+x))
369             vals[i] = back;
370         }
371         else {
372           vals[x] = back;
373         }
374       }
375       i_ppal(result, 0, xsize, y, vals);
376     }
377     myfree(vals);
378   }
379
380   return result;
381 }
382
383 i_img *i_matrix_transform(i_img *src, i_img_dim xsize, i_img_dim ysize, const double *matrix) {
384   return i_matrix_transform_bg(src, xsize, ysize, matrix, NULL, NULL);
385 }
386
387 static void
388 i_matrix_mult(double *dest, const double *left, const double *right) {
389   int i, j, k;
390   double accum;
391   
392   for (i = 0; i < 3; ++i) {
393     for (j = 0; j < 3; ++j) {
394       accum = 0.0;
395       for (k = 0; k < 3; ++k) {
396         accum += left[3*i+k] * right[3*k+j];
397       }
398       dest[3*i+j] = accum;
399     }
400   }
401 }
402
403 #define numfmt "%23g"
404
405 ROT_DEBUG(static dump_mat(const char *name, double *f) {
406   fprintf(stderr, "%s:\n  " numfmt " " numfmt " " numfmt "\n"
407           "  " numfmt " " numfmt " " numfmt "\n"
408           "  " numfmt " " numfmt " " numfmt "\n",
409           name, f[0], f[1], f[2], f[3], f[4], f[5], f[6], f[7], f[8]);
410   })
411
412 i_img *i_rotate_exact_bg(i_img *src, double amount, 
413                          const i_color *backp, const i_fcolor *fbackp) {
414   double xlate1[9] = { 0 };
415   double rotate[9];
416   double xlate2[9] = { 0 };
417   double temp[9], matrix[9];
418   i_img_dim x1, x2, y1, y2, newxsize, newysize;
419
420   /* first translate the centre of the image to (0,0) */
421   xlate1[0] = 1;
422   xlate1[2] = (src->xsize-1)/2.0;
423   xlate1[4] = 1;
424   xlate1[5] = (src->ysize-1)/2.0;
425   xlate1[8] = 1;
426
427   ROT_DEBUG(dump_mat("xlate1", xlate1));
428
429   /* rotate around (0.0) */
430   rotate[0] = cos(amount);
431   rotate[1] = sin(amount);
432   rotate[2] = 0;
433   rotate[3] = -rotate[1];
434   rotate[4] = rotate[0];
435   rotate[5] = 0;
436   rotate[6] = 0;
437   rotate[7] = 0;
438   rotate[8] = 1;
439
440   ROT_DEBUG(dump_mat("rotate", rotate));
441
442   ROT_DEBUG(fprintf(stderr, "cos %g sin %g\n", rotate[0], rotate[1]));
443
444   x1 = ceil(fabs(src->xsize * rotate[0] + src->ysize * rotate[1]) - 0.0001);
445   x2 = ceil(fabs(src->xsize * rotate[0] - src->ysize * rotate[1]) - 0.0001);
446   y1 = ceil(fabs(src->xsize * rotate[3] + src->ysize * rotate[4]) - 0.0001);
447   y2 = ceil(fabs(src->xsize * rotate[3] - src->ysize * rotate[4]) - 0.0001);
448   ROT_DEBUG(fprintf(stderr, "x1 y1 " i_DFp " x2 y2 " i_DFp "\n", i_DFcp(x1, y1), i_DFcp(x2, y2)));
449   newxsize = x1 > x2 ? x1 : x2;
450   newysize = y1 > y2 ? y1 : y2;
451   /* translate the centre back to the center of the image */
452   xlate2[0] = 1;
453   xlate2[2] = -(newxsize-1)/2.0;
454   xlate2[4] = 1;
455   xlate2[5] = -(newysize-1)/2.0;
456   xlate2[8] = 1;
457
458   ROT_DEBUG(dump_mat("xlate2", xlate2));
459
460   i_matrix_mult(temp, xlate1, rotate);
461   i_matrix_mult(matrix, temp, xlate2);
462
463   ROT_DEBUG(dump_mat("matrxi", matrix));
464
465   return i_matrix_transform_bg(src, newxsize, newysize, matrix, backp, fbackp);
466 }
467
468 i_img *i_rotate_exact(i_img *src, double amount) {
469   return i_rotate_exact_bg(src, amount, NULL, NULL);
470 }
471
472
473 /*
474 =back
475
476 =head1 AUTHOR
477
478 Tony Cook <tony@develop-help.com>
479
480 =head1 SEE ALSO
481
482 Imager(3)
483
484 =cut
485 */