interpolate.c

   1 /*
   2  * increases the resolution of a conformation by interpolation
   3  */
   4
   5 #include "mgraph.h"
   6
   7 #define OXBITS (XBITS-1)
   8 #define OX (1<<OXBITS)
   9 #define OY (Y/2 + 1)
  10 #define ON (OX*OY)
  11 #define INC 2
  12
  13 /* filled in by read_input: */
  14 static struct Vertices all;
  15 static int computed_count[N];
  16
  17 static void note_computed(int v, int k) {
  18   assert(computed_count[v] == k);
  19   computed_count[v]++;
  20 }
  21
  22 static void characterise_input(void) {
  23   struct stat stab;
  24   int r;
  25
  26   r= fstat(0,&stab);  if (r) diee("fstat input to find length");
  27
  28   if (!stab.st_size || stab.st_size % (sizeof(double)*D3) ||
  29       stab.st_size > INT_MAX)
  30     fail("input file is not reasonable whole number of vertices\n");
  31
  32   fprintf(stderr,"XBITS=%d XY=%d*%d=%d\n", XBITS, X,Y,N);
  33   fprintf(stderr,"OXBITS=%d OXY=%d*%d=%d\n", OXBITS, OX,OY,ON);
  34   fprintf(stderr,"sizeof(double)=%d st_size=%lu\n",
  35           (int)sizeof(double), (unsigned long)stab.st_size);
  36
  37   if (stab.st_size != (ON*sizeof(double)*D3))
  38     fail("input file wrong size\n");
  39 }
  40
  41 static void read_input(void) {
  42   int x,y, ox,oy, v,ov;
  43
  44   for (oy=0; oy<OY; oy++) {
  45     y= oy*2;
  46     fprintf(stderr, "y=%2d>%2d", oy,y);
  47     for (ox=0; ox<OX; ox++) {
  48       x= ox*2 + (oy&1);
  49       if (x>=X) { y= (Y-1)-y; x-=X; }
  50       errno= 0;
  51       ov= (oy << OXBITS) | ox;
  52       v= (y << YSHIFT) | x;
  53       fprintf(stderr, " 0%02o->0x%02x", ov, v);
  54       if (fread(all.a[v], sizeof(double), D3, stdin) != D3)
  55         diee("\nread input");
  56       computed_count[v]= -1;
  57     }
  58     fputc('\n',stderr);
  59   }
  60 }
  61
  62   /* We use GSL's interpolation functions.  Each xa array is simple
  63    * integers, and we do the interpolation three times for each line
  64    * of topologically colinear vertices (once, separately, for each of
  65    * the three spatial coordinates in the ya array).  The `horizontal'
  66    * lines are done with periodic boundary conditions, obviously.
  67    *
  68    * This directly gives the required additional vertices:
  69    *
  70    *         ,O.                   O  original vertex
  71    *        /   \                  *  new vertex
  72    *      ,* - - *.                dashed lines are new edges,
  73    *     /  `   '  \                not directly represented
  74    *    O----`*'----O               or manipulated by this program
  75    *
  76    */
  77
  78 typedef struct {
  79   int v, e;
  80 } Traverse;
  81
  82 static void traverse_next(Traverse *t) {
  83   int v2;
  84
  85   if (t->v<0)
  86     return;
  87
  88   v2= EDGE_END2(t->v, t->e);
  89   if (v2>=0) {
  90     int e2= edge_reverse(t->v, t->e);
  91     assert(EDGE_END2(v2,e2) == t->v);
  92     t->e= (e2+3) % V6;
  93   }
  94   t->v= v2;
  95 }
  96
  97 static void interpolate(void) {
  98   /* four points P Q R S, although P and S may be missing
  99    * interpolate in QR finding M. */
 100   int xq,yq,eqr, vp,vq,vm,vr,vs, k;
 101   double pqtarg[D3], srtarg[D3];
 102
 103   for (eqr=1; eqr!=4; eqr+=5, eqr%=V6) { /* each old edge exactly once */
 104     fprintf(stderr,"eqr=%d\n",eqr);
 105     for (yq=0; yq<Y; yq+=INC) {
 106       fprintf(stderr," yq=%2d ",yq);
 107       for (xq=((yq>>1)&1); xq<X; xq+=INC) {
 108         vq= yq << YSHIFT | xq;
 109         Traverse trav; trav.v=vq; trav.e=eqr;
 110
 111         traverse_next(&trav);
 112         vm= trav.v;
 113         if (vm<0) continue;
 114
 115         traverse_next(&trav);
 116         vr= trav.v;
 117         assert(vr>=0);
 118
 119         traverse_next(&trav);
 120         traverse_next(&trav);
 121         vs= trav.v;
 122
 123         trav.v= vq; trav.e= EDGE_OPPOSITE(eqr);
 124         traverse_next(&trav);
 125         traverse_next(&trav);
 126         vp= trav.v;
 127
 128         fprintf(stderr," 0x%02x-##-%02x-!%02x!-%02x-##-%02x",
 129                 vp&0xff,vq,vm,vr,vs&0xff);
 130
 131         if (vp>=0)
 132           K pqtarg[k]= all.a[vq][k]*2 - all.a[vp][k];
 133         else
 134           K pqtarg[k]= all.a[vr][k];
 135
 136         if (vs>=0)
 137           K srtarg[k]= all.a[vr][k]*2 - all.a[vs][k];
 138         else
 139           K srtarg[k]= all.a[vq][k];
 140
 141         K {
 142           all.a[vm][k]= 0.5 * (all.a[vq][k] + all.a[vr][k]);
 143 //        pqtarg[k]= 0.5 * (pqtarg[k] + all.a[vm][k]);
 144 //        srtarg[k]= 0.5 * (srtarg[k] + all.a[vm][k]);
 145 //        all.a[vm][k]= 0.5 * (pqtarg[k] + srtarg[k]);
 146           note_computed(vm,k);
 147         }
 148       }
 149       fputc('\n',stderr);
 150     }
 151   }
 152 }
 153
 154 #if 0
 155
 156 static void interpolate_line(int startvertex,
 157                              int direction /* edge number */,
 158                              int nmax) {
 159   double xa[nmax], ya[D3][nmax];
 160   const gsl_interp_type *it;
 161   gsl_interp *interp;
 162   gsl_interp_accel *accel;
 163   int i, k, nold, nnew;
 164   Traverse traverse;
 165
 166 #define STARTV (traverse.v=startvertex, traverse.e=direction)
 167 #define NEXTV (traverse_next(&traverse), fprintf(stderr,"-%02x",traverse.v))
 168
 169   fprintf(stderr,"interpolate_line 0x%02x,%d nmax=%d ",
 170           startvertex,direction,nmax);
 171
 172   for (i=0, STARTV;
 173        ;
 174        ) {
 175     assert(traverse.v>=0);
 176     assert(i < nmax);
 177     xa[i]= i;
 178     K ya[k][i]= all.a[traverse.v][k];
 179     fputc('*',stderr);
 180     if (i && traverse.v==startvertex) { fputc('@',stderr); break; }
 181     i++;
 182     NEXTV;
 183     if (traverse.v<0) break;
 184     NEXTV;
 185   }
 186   if (traverse.v>=0) {
 187     it= gsl_interp_akima_periodic;
 188     nold= i+1;
 189     nnew= i;
 190   } else {
 191     it= gsl_interp_akima;
 192     nold= i;
 193     nnew= i-1;
 194   }
 195
 196   fprintf(stderr,"  n=%d->%d loop=0x%02x", nold,nnew,traverse.v);
 197
 198   K {
 199     fprintf(stderr,"\n  k=%d ", k);
 200
 201     interp= gsl_interp_alloc(it,nold); if (!interp) diee("gsl_interp_alloc");
 202     accel= gsl_interp_accel_alloc(); if(!accel) diee("gsl_interp_accel_alloc");
 203     GA( gsl_interp_init(interp,xa,ya[k],nold) );
 204
 205     for (i=0, STARTV;
 206          i<nnew;
 207          i++, NEXTV) {
 208       assert(traverse.v>=0); NEXTV; assert(traverse.v>=0);
 209       fputc('#',stderr);
 210       GA( gsl_interp_eval_e(interp,xa,ya[k], i+0.5, accel,
 211                             &all.a[traverse.v][k]) );
 212       note_computed(traverse.v, k);
 213     }
 214
 215     gsl_interp_accel_free(accel);
 216     gsl_interp_free(interp);
 217   }
 218   fprintf(stderr,"    done\n");
 219 }
 220
 221 static void interpolate(void) {
 222   int x,y;
 223
 224   for (y=0; y<(Y+1)/2; y+=INC) {
 225     interpolate_line(y<<YSHIFT, 0, OX*2+1);
 226   }
 227   for (x=0; x<X; x+=INC) {
 228     interpolate_line(                x, 5, OY);
 229     interpolate_line((Y-1)<<YSHIFT | x, 1, OY);
 230   }
 231 }
 232 #endif
 233
 234 static void write_output(void) {
 235   int x, y, v, c, bad=0;
 236   for (y=0; y<Y; y++) {
 237     fprintf(stderr,"checking y=%d ", y);
 238     for (x=0; x<X; x++) {
 239       v= y<<YSHIFT | x;
 240       fprintf(stderr," %02x",v);
 241       c= computed_count[v];
 242       if (c==D3) fputc('#',stderr);
 243       else if (c==-1) fputc('*',stderr);
 244       else { fprintf(stderr,"!%d",c); bad++; }
 245     }
 246     fputc('\n',stderr);
 247   }
 248   assert(!bad);
 249   if (fwrite(all.a,sizeof(all.a),1,stdout) != 1) diee("fwrite");
 250   fprintf(stderr,"interpolated\n");
 251 }
 252
 253 int main(int argc, const char **argv) {
 254   if (argc!=1 || isatty(0) || isatty(1))
 255     { fputs("usage: interpolate <INPUT.cfm >OUTPUT.cfm\n",stderr); exit(8); }
 256
 257   characterise_input();
 258   read_input();
 259   interpolate();
 260   write_output();
 261   if (fclose(stdout)) diee("fclose stdout");
 262   return 0;
 263 }