project.c

   1 /*
   2  * Displays a conformation
   3  */
   4
   5 #include <X11/Xlib.h>
   6 #include <X11/Xutil.h>
   7
   8 #include "mgraph.h"
   9
  10 #define MAXTRIS (N*2)
  11
  12 typedef struct { double vertex[3][D3]; } Triangle;
  13
  14 static Triangle trisbuffer[MAXTRIS], *displaylist[MAXTRIS];
  15 static int ntris;
  16 static Vertices conformation;
  17
  18 static double transform[D3][D3]= {{1,0,0}, {0,1,0}, {0,0,1}};
  19 static GSL_MATRIX(transform);
  20
  21 const char *input_filename;
  22
  23 static void read_input(void) {
  24   FILE *f;
  25   int r;
  26
  27   f= fopen(input_filename, "rb");  if (!f) diee("input file");
  28   errno= 0;
  29   r= fread(&conformation,sizeof(conformation),1,f);  if (r!=1) diee("fread");
  30   fclose(f);
  31 }
  32
  33 static void transform_coordinates(void) {
  34   double result[D3];
  35   GSL_VECTOR(result);
  36   gsl_vector input_gsl= { D3,1 };
  37
  38   int v, k;
  39
  40   FOR_VERTEX(v) {
  41     input_gsl.data= &conformation[v][0];
  42     GA( gsl_blas_dgemv(CblasNoTrans, 1.0,&transform_gsl, &input_gsl,
  43                        0.0, &result_gsl) );
  44     K conformation[v][k]= result[k];
  45   }
  46 }
  47
  48 static void addtriangle(int va, int vb, int vc) {
  49   Triangle *t= &trisbuffer[ntris];
  50   int k;
  51
  52   assert(ntris < MAXTRIS);
  53   K {
  54     t->vertex[0][k]= conformation[va][k];
  55     t->vertex[1][k]= conformation[vb][k];
  56     t->vertex[2][k]= conformation[vc][k];
  57   }
  58   displaylist[ntris++]= t;
  59 }
  60
  61 static void generate_display_list(void) {
  62   int vb, ve[3], e;
  63
  64   ntris= 0;
  65   FOR_VERTEX(vb) {
  66     /* We use the two triangles in the parallelogram vb, vb+e1, vb+e0, vb+e2.
  67      * We go round each triangle clockwise (although our surface is non-
  68      * orientable so it shouldn't matter).
  69      */
  70     for (e=0; e<3; e++) ve[e]= EDGE_END2(vb,e);
  71     if (ve[0]>=0) {
  72       if (ve[1]>=0) addtriangle(vb,ve[0],ve[1]);
  73       if (ve[2]>=0) addtriangle(vb,ve[2],ve[0]);
  74     }
  75   }
  76 }
  77
  78 static int dl_compare(const void *tav, const void *tbv) {
  79   const Triangle *const *tap= tav, *ta= *tap;
  80   const Triangle *const *tbp= tbp, *tb= *tbp;
  81   double za= ta->vertex[0][2];
  82   double zb= tb->vertex[0][2];
  83   return za > zb ? -1 :
  84          za < zb ? +1 : 0;
  85 }
  86
  87 static void sort_display_list(void) {
  88   qsort(displaylist, ntris, sizeof(*displaylist), dl_compare);
  89 }
  90
  91 /*---------- X stuff ----------*/
  92
  93 #define WSZ 400
  94
  95 static Display *display;
  96 static Pixmap pixmap, doublebuffers[2];
  97 static Window window;
  98 static GC linegc, fillgc;
  99 static int wwidth=WSZ, wheight=WSZ, wmindim=WSZ, wmaxdim=WSZ;
 100 static int ncut, currentbuffer, x11depth, x11screen;
 101
 102 static double scale= 0.3;
 103 static double eye_z= -10, eye_x= 0;
 104 static double cut_z= -9;
 105
 106 static void drawtriangle(const Triangle *t) {
 107   XPoint points[4];
 108   int i;
 109
 110   for (i=0; i<3; i++) {
 111     double *v= t->vertex[i];
 112     double x= v[0];
 113     double y= v[1];
 114     double z= v[2];
 115
 116     if (z < cut_z) { ncut++; return; }
 117
 118     double zezezp= eye_z / (eye_z - z);
 119     points[i].x= scale * wmindim * (zezezp * (x - eye_x) + eye_x) + wwidth/2;
 120     points[i].y= scale * wmindim * (zezezp *  y                 ) + wheight/2;
 121   }
 122   points[3]= points[0];
 123
 124   XA( XFillPolygon(display,pixmap,fillgc, points,3,Convex,CoordModeOrigin) );
 125   XA( XDrawLines(display,pixmap,linegc,points, 4,CoordModeOrigin) );
 126 }
 127
 128 static const unsigned long core_event_mask=
 129   ButtonPressMask|ButtonReleaseMask|StructureNotifyMask|ButtonMotionMask;
 130
 131 static void mkpixmaps(void) {
 132   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++) {
 133     XA( pixmap= XCreatePixmap(display,window,wwidth,wheight,x11depth) );
 134     doublebuffers[currentbuffer]= pixmap;
 135   }
 136   currentbuffer= 0;
 137 }
 138
 139 static void display_prepare(void) {
 140   XGCValues gcv;
 141   XSetWindowAttributes wa;
 142   XVisualInfo vinfo;
 143   XSizeHints hints;
 144
 145   XA( display= XOpenDisplay(0) );
 146   x11screen= DefaultScreen(display);
 147   x11depth= DefaultDepth(display,x11screen);
 148   XA( XMatchVisualInfo(display,x11screen,x11depth, TrueColor,&vinfo) );
 149
 150   wa.event_mask= core_event_mask;
 151   XA( window= XCreateWindow(display, DefaultRootWindow(display),
 152                             0,0, wwidth,wheight, 0,x11depth,
 153                             InputOutput, vinfo.visual,
 154                             CWEventMask, &wa) );
 155
 156   hints.flags= USPosition;
 157   hints.x= 10;
 158   hints.y= 10;
 159   XSetWMNormalHints(display,window,&hints);
 160
 161   mkpixmaps();
 162
 163   gcv.function= GXcopy;
 164   gcv.plane_mask= ~0UL;
 165   gcv.foreground= WhitePixel(display,x11screen);
 166   linegc= XCreateGC(display,pixmap, GCFunction|GCPlaneMask|GCForeground, &gcv);
 167
 168   gcv.function= GXclear;
 169   gcv.plane_mask= ~0UL;
 170   fillgc= XCreateGC(display,pixmap, GCFunction|GCPlaneMask, &gcv);
 171 }
 172
 173 static void display_conformation(void) {
 174   Triangle *const *t;
 175   int i;
 176
 177   pixmap= doublebuffers[currentbuffer];
 178   XA( XFillRectangle(display,pixmap,fillgc,0,0,wwidth,wheight) );
 179   for (i=0, t=displaylist, ncut=0; i<ntris; i++, t++)
 180     drawtriangle(*t);
 181   printf("shown, %d/%d triangles cut\n", ncut, ntris);
 182
 183   XA( XSetWindowBackgroundPixmap(display,window,pixmap) );
 184   XA( XClearWindow(display,window) );
 185   currentbuffer= !currentbuffer;
 186 }
 187
 188 static void show(void) {
 189   read_input();
 190   transform_coordinates();
 191   generate_display_list();
 192   sort_display_list();
 193   display_conformation();
 194 }
 195
 196 typedef struct {
 197   const char *name;
 198   void (*start)(void);
 199   void (*delta)(double dx, double dy);
 200   void (*conclude)(void);
 201   void (*abandon)(void);
 202 } Drag;
 203
 204 #define DRAG(x)                                 \
 205   static const Drag drag_##x= {                 \
 206     #x, drag_##x##_start, drag_##x##_delta,     \
 207     drag_##x##_conclude, drag_##x##_abandon     \
 208   }
 209
 210 #define DRAG_SAVING(x, thing)                           \
 211   static typeof(thing) original_##thing;                \
 212   static void drag_##x##_start(void) {                  \
 213     memcpy(&original_##thing, &thing, sizeof(thing));   \
 214   }                                                     \
 215   static void drag_##x##_conclude(void) { }             \
 216   static void drag_##x##_abandon(void) {                \
 217     memcpy(&thing, &original_##thing, sizeof(thing));   \
 218     show();                                             \
 219   }                                                     \
 220   DRAG(x)
 221
 222 static void drag_none_start(void) { }
 223 static void drag_none_delta(double dx, double dy) { }
 224 static void drag_none_conclude(void) { }
 225 static void drag_none_abandon(void) { }
 226 DRAG(none);
 227
 228 static void pvectorcore(const char *n, double v[D3]) {
 229   int k;
 230   printf("%10s [ ",n);
 231   K printf("%# 10.10f ",v[k]);
 232   printf("]\n");
 233 }
 234 static void pvector(const char *n, double v[D3]) {
 235   pvectorcore(n,v);
 236   putchar('\n');
 237 }
 238 static void pmatrix(const char *n, double m[D3][D3]) {
 239   int j;
 240   for (j=0; j<D3; j++) { pvectorcore(n,m[j]); n=""; }
 241   putchar('\n');
 242 }
 243 #define PMATRIX(x) pmatrix(#x,x);
 244
 245 static void drag_rotate_delta(double dx, double dy) {
 246   /* We multiple our transformation matrix by a matrix:
 247    *
 248    * If we just had y movement, we would rotate about x axis:
 249    *  rotation X = [  1    0   0 ]
 250    *               [  0   cy  sy ]
 251    *               [  0  -sy  cy ]
 252    *  where cy and sy are sin and cos of y rotation
 253    *
 254    * But we should pre-rotate this by a rotation about the z axis
 255    * to get it to the right angle (to include x rotation).  So
 256    * we make cy and sy be cos() and sin(hypot(x,y)) and use
 257    * with cr,sr as cos() and sin(atan2(y,y)):
 258    *
 259    * Ie we would do  T' = R^T X R T   where
 260    *             or  T' =    C    T   where  C = R^T X R  and
 261    *
 262    *  adjustment R = [  cr  sr  0 ]
 263    *                 [ -sr  cr  0 ]
 264    *                 [  0    0  1 ]
 265    */
 266
 267   double rotx[D3][D3], adjr[D3][D3];
 268   GSL_MATRIX(rotx);
 269   GSL_MATRIX(adjr);
 270
 271   static double temp[D3][D3], change[D3][D3];
 272   static GSL_MATRIX(temp);
 273   static GSL_MATRIX(change);
 274
 275   double d= hypot(dx,dy);
 276   if (d < 1e-6) return;
 277
 278   double ang= d*2.0;
 279
 280   double cy= cos(ang);
 281   double sy= sin(ang);
 282   double cr= -dy / d;
 283   double sr=  dx / d;
 284   printf("\n d=%g cy,sy=%g,%g cr,sr=%g,%g\n\n", d,cy,sy,cr,sr);
 285
 286   rotx[0][0]=   1;    rotx[0][1]=   0;     rotx[0][2]=  0;
 287   rotx[1][0]=   0;    rotx[1][1]=  cy;     rotx[1][2]= sy;
 288   rotx[2][0]=   0;    rotx[2][1]= -sy;     rotx[2][2]= cy;
 289   PMATRIX(rotx);
 290
 291   adjr[0][0]=  cr;    adjr[0][1]=  sr;     adjr[0][2]=  0;
 292   adjr[1][0]= -sr;    adjr[1][1]=  cr;     adjr[1][2]=  0;
 293   adjr[2][0]=   0;    adjr[2][1]=   0;     adjr[2][2]=  1;
 294   PMATRIX(adjr);
 295
 296   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 297                      &rotx_gsl,&adjr_gsl,
 298                      0.0, &temp_gsl) );
 299   PMATRIX(temp);
 300
 301   GA( gsl_blas_dgemm(CblasTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 302                      &adjr_gsl,&temp_gsl,
 303                      0.0, &change_gsl) );
 304   PMATRIX(change);
 305
 306   static double skew[D3][D3];
 307   static GSL_MATRIX(skew);
 308
 309   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 310                      &change_gsl,&transform_gsl,
 311                      0.0, &skew_gsl) );
 312   PMATRIX(skew);
 313
 314   memcpy(&transform,&skew,sizeof(transform));
 315   show();
 316   return;
 317
 318   /* Now we want to normalise skew, the result becomes new transform */
 319   double svd_v[D3][D3];
 320   GSL_MATRIX(svd_v);
 321
 322   double sigma[D3], tau[D3];
 323   GSL_VECTOR(sigma);
 324   GSL_VECTOR(tau);
 325
 326   /* We use notation from Wikipedia Polar_decomposition
 327    *     Wikipedia's  W      is GSL's U
 328    *     Wikipedia's  Sigma  is GSL's S
 329    *     Wikipedia's  V      is GSL's V
 330    *     Wikipedia's  U      is our desired result
 331    * Wikipedia which says if the SVD is    A = W Sigma V*
 332    * then the polar decomposition is       A = U P
 333    *   where                               P = V Sigma V*
 334    *   and                                 U = W V*
 335    */
 336
 337   GA( gsl_linalg_SV_decomp(&skew_gsl, &svd_v_gsl, &sigma_gsl, &tau_gsl) );
 338   pmatrix("W",    skew);
 339   pvector("Sigma",sigma);
 340   pmatrix("V",    svd_v);
 341
 342   /* We only need U, not P. */
 343   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasTrans, 1.0,
 344                      &skew_gsl,&svd_v_gsl,
 345                      0.0,&transform_gsl) );
 346
 347   pmatrix("U", transform);
 348
 349   printf("drag_rotate_delta...\n");
 350   show();
 351 }
 352 DRAG_SAVING(rotate, transform);
 353
 354 static void drag_scale_delta(double dx, double dy) {
 355   scale *= pow(3.0, dy);
 356   show();
 357 }
 358 DRAG_SAVING(scale, scale);
 359
 360 static const Drag *drag= &drag_none;
 361
 362 static int drag_last_x, drag_last_y;
 363
 364 static void drag_position(int x, int y) {
 365   drag->delta((x - drag_last_x) * 1.0 / wmaxdim,
 366               (y - drag_last_y) * 1.0 / wmaxdim);
 367   drag_last_x= x;
 368   drag_last_y= y;
 369 }
 370
 371 static void event_button(XButtonEvent *e) {
 372   if (e->window != window || !e->same_screen) return;
 373   if (e->type == ButtonPress) {
 374     if (e->state || drag != &drag_none) {
 375       printf("drag=%s press state=0x%lx abandon\n",
 376              drag->name, (unsigned long)e->state);
 377       drag->abandon();
 378       drag= &drag_none;
 379       return;
 380     }
 381     switch (e->button) {
 382     case Button1: drag= &drag_rotate;  break;
 383     case Button2: drag= &drag_scale;   break;
 384     default: printf("unknown drag start %d\n", e->button);
 385     }
 386     printf("drag=%s press button=%lu start %d,%d\n",
 387            drag->name, (unsigned long)e->button, e->x, e->y);
 388     drag_last_x= e->x;
 389     drag_last_y= e->y;
 390     drag->start();
 391   }
 392   if (e->type == ButtonRelease) {
 393     printf("drag=%s release %d,%d\n", drag->name, e->x, e->y);
 394     drag_position(e->x, e->y);
 395     drag->conclude();
 396     drag= &drag_none;
 397   }
 398 }
 399
 400 static void event_motion(int x, int y) {
 401   printf("drag=%s motion %d,%d\n", drag->name, x, y);
 402   drag_position(x,y);
 403 }
 404
 405 static void event_config(XConfigureEvent *e) {
 406   if (e->width == wwidth && e->height == wheight)
 407     return;
 408
 409   wwidth= e->width;  wheight= e->height;
 410   wmaxdim= wwidth > wheight ? wwidth : wheight;
 411   wmindim= wwidth < wheight ? wwidth : wheight;
 412
 413   XA( XSetWindowBackground(display,window,BlackPixel(display,x11screen)) );
 414   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++)
 415     XA( XFreePixmap(display, doublebuffers[currentbuffer]) );
 416
 417   mkpixmaps();
 418   show();
 419 }
 420
 421 int main(int argc, const char *const *argv) {
 422   XEvent event;
 423   int k;
 424   int motion_deferred=0, motion_x=-1, motion_y=-1;
 425
 426   if (argc != 2 || argv[1][0]=='-') {
 427     fputs("need filename\n",stderr); exit(8);
 428   }
 429   input_filename= argv[1];
 430
 431   read_input();
 432   K transform[k][k]= 1.0;
 433   display_prepare();
 434   show();
 435
 436   XMapWindow(display,window);
 437   for (;;) {
 438     if (motion_deferred) {
 439       int r= XCheckMaskEvent(display,~0UL,&event);
 440       if (!r) {
 441         event_motion(motion_x, motion_y);
 442         motion_deferred=0;
 443         continue;
 444       }
 445     } else {
 446       XNextEvent(display,&event);
 447     }
 448     switch (event.type) {
 449
 450     case ButtonPress:
 451     case ButtonRelease:     event_button(&event.xbutton);     break;
 452
 453     case ConfigureNotify:   event_config(&event.xconfigure);  break;
 454
 455     case MotionNotify:
 456       motion_x= event.xmotion.x;
 457       motion_y= event.xmotion.y;
 458       motion_deferred= 1;
 459       continue;
 460
 461     default:
 462       printf("unknown event type %u 0x%x\n", event.type,event.type);
 463     }
 464   }
 465 }
 466