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 typedef struct { GC fillgc, linegc; } DrawingMode;
  96
  97 static Display *display;
  98 static Pixmap pixmap, doublebuffers[2];
  99 static Window window;
 100
 101 static DrawingMode dmred, dmblue, dmwhite;
 102 static const DrawingMode *dmcurrent;
 103 static int wwidth=WSZ, wheight=WSZ, wmindim=WSZ, wmaxdim=WSZ;
 104 static int ncut, currentbuffer, x11depth, x11screen;
 105 XVisualInfo visinfo;
 106
 107 static struct { double scale, eyes_apart; } sizeadj= { 0.3, 0.0 };
 108 static double scale_wmindim;
 109 static double eye_z= -10, eye_x=0;
 110 static double cut_z= -9;
 111
 112 static void drawtriangle(const Triangle *t) {
 113   XPoint points[4];
 114   int i;
 115
 116   for (i=0; i<3; i++) {
 117     double *v= t->vertex[i];
 118     double x= v[0];
 119     double y= v[1];
 120     double z= v[2];
 121
 122     if (z < cut_z) { ncut++; return; }
 123
 124     double zezezp= eye_z / (eye_z - z);
 125     points[i].x= scale_wmindim * (zezezp * (x - eye_x) + eye_x) + wwidth/2;
 126     points[i].y= scale_wmindim * (zezezp *  y                 ) + wheight/2;
 127   }
 128   points[3]= points[0];
 129
 130   XA( XFillPolygon(display,pixmap, dmcurrent->fillgc,
 131                    points,3,Convex,CoordModeOrigin) );
 132   XA( XDrawLines(display,pixmap, dmcurrent->linegc,
 133                  points, 4,CoordModeOrigin) );
 134 }
 135
 136 static const unsigned long core_event_mask=
 137   ButtonPressMask|ButtonReleaseMask|StructureNotifyMask|ButtonMotionMask;
 138
 139 static void mkpixmaps(void) {
 140   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++) {
 141     XA( pixmap= XCreatePixmap(display,window,wwidth,wheight,x11depth) );
 142     doublebuffers[currentbuffer]= pixmap;
 143   }
 144   currentbuffer= 0;
 145 }
 146
 147 static void mkgcs(DrawingMode *dm, unsigned long planes) {
 148   XGCValues gcv;
 149
 150   gcv.function= GXcopy;
 151   gcv.foreground= WhitePixel(display,x11screen);
 152   gcv.plane_mask= planes;
 153   dm->linegc= XCreateGC(display,pixmap,
 154                         GCFunction|GCForeground|GCPlaneMask,
 155                         &gcv);
 156
 157   gcv.function= GXclear;
 158   dm->fillgc= XCreateGC(display,pixmap,
 159                         GCFunction|GCPlaneMask,
 160                         &gcv);
 161 }
 162
 163 static void display_prepare(void) {
 164   XSetWindowAttributes wa;
 165   XSizeHints hints;
 166
 167   XA( display= XOpenDisplay(0) );
 168   x11screen= DefaultScreen(display);
 169   x11depth= DefaultDepth(display,x11screen);
 170   XA( XMatchVisualInfo(display,x11screen,x11depth, TrueColor,&visinfo) );
 171
 172   wa.event_mask= core_event_mask;
 173   XA( window= XCreateWindow(display, DefaultRootWindow(display),
 174                             0,0, wwidth,wheight, 0,x11depth,
 175                             InputOutput, visinfo.visual,
 176                             CWEventMask, &wa) );
 177
 178   hints.flags= USPosition;
 179   hints.x= 10;
 180   hints.y= 10;
 181   XSetWMNormalHints(display,window,&hints);
 182
 183   mkpixmaps();
 184
 185   mkgcs(&dmwhite, AllPlanes);
 186   mkgcs(&dmblue, visinfo.blue_mask);
 187   mkgcs(&dmred, visinfo.red_mask);
 188 }
 189
 190 static void drawtriangles(const DrawingMode *dm) {
 191   Triangle *const *t;
 192   int i;
 193
 194   dmcurrent= dm;
 195   for (i=0, t=displaylist, ncut=0; i<ntris; i++, t++)
 196     drawtriangle(*t);
 197 }
 198
 199 static void display_conformation(void) {
 200   pixmap= doublebuffers[currentbuffer];
 201
 202   XA( XFillRectangle(display,pixmap,dmwhite.fillgc,0,0,wwidth,wheight) );
 203
 204   if (sizeadj.eyes_apart > 0) {
 205     const double preferred=100, beyond=200;
 206
 207     eye_x= sizeadj.eyes_apart < preferred ? sizeadj.eyes_apart :
 208            sizeadj.eyes_apart < beyond ? preferred :
 209            sizeadj.eyes_apart - (beyond - preferred);
 210     eye_x /= scale_wmindim;
 211     drawtriangles(&dmblue);
 212     eye_x= -eye_x;
 213     drawtriangles(&dmred);
 214   } else {
 215     drawtriangles(&dmwhite);
 216     printf("shown, %d/%d triangles cut\n", ncut, ntris);
 217   }
 218
 219   XA( XSetWindowBackgroundPixmap(display,window,pixmap) );
 220   XA( XClearWindow(display,window) );
 221   currentbuffer= !currentbuffer;
 222 }
 223
 224 static void show(void) {
 225   scale_wmindim= sizeadj.scale * wmindim;
 226   read_input();
 227   transform_coordinates();
 228   generate_display_list();
 229   sort_display_list();
 230   display_conformation();
 231 }
 232
 233 typedef struct {
 234   const char *name;
 235   void (*start)(void);
 236   void (*delta)(double dx, double dy);
 237   void (*conclude)(void);
 238   void (*abandon)(void);
 239 } Drag;
 240
 241 #define DRAG(x)                                 \
 242   static const Drag drag_##x= {                 \
 243     #x, drag_##x##_start, drag_##x##_delta,     \
 244     drag_##x##_conclude, drag_##x##_abandon     \
 245   }
 246
 247 #define DRAG_SAVING(x, thing)                           \
 248   static typeof(thing) original_##thing;                \
 249   static void drag_##x##_start(void) {                  \
 250     memcpy(&original_##thing, &thing, sizeof(thing));   \
 251   }                                                     \
 252   static void drag_##x##_conclude(void) { }             \
 253   static void drag_##x##_abandon(void) {                \
 254     memcpy(&thing, &original_##thing, sizeof(thing));   \
 255     show();                                             \
 256   }                                                     \
 257   DRAG(x)
 258
 259 static void drag_none_start(void) { }
 260 static void drag_none_delta(double dx, double dy) { }
 261 static void drag_none_conclude(void) { }
 262 static void drag_none_abandon(void) { }
 263 DRAG(none);
 264
 265 static void pvectorcore(const char *n, double v[D3]) {
 266   int k;
 267   printf("%10s [ ",n);
 268   K printf("%# 10.10f ",v[k]);
 269   printf("]\n");
 270 }
 271 static void pvector(const char *n, double v[D3]) {
 272   pvectorcore(n,v);
 273   putchar('\n');
 274 }
 275 static void pmatrix(const char *n, double m[D3][D3]) {
 276   int j;
 277   for (j=0; j<D3; j++) { pvectorcore(n,m[j]); n=""; }
 278   putchar('\n');
 279 }
 280 #define PMATRIX(x) pmatrix(#x,x);
 281
 282 static void drag_rotate_delta(double dx, double dy) {
 283   /* We multiple our transformation matrix by a matrix:
 284    *
 285    * If we just had y movement, we would rotate about x axis:
 286    *  rotation X = [  1    0   0 ]
 287    *               [  0   cy  sy ]
 288    *               [  0  -sy  cy ]
 289    *  where cy and sy are sin and cos of y rotation
 290    *
 291    * But we should pre-rotate this by a rotation about the z axis
 292    * to get it to the right angle (to include x rotation).  So
 293    * we make cy and sy be cos() and sin(hypot(x,y)) and use
 294    * with cr,sr as cos() and sin(atan2(y,y)):
 295    *
 296    * Ie we would do  T' = R^T X R T   where
 297    *             or  T' =    C    T   where  C = R^T X R  and
 298    *
 299    *  adjustment R = [  cr  sr  0 ]
 300    *                 [ -sr  cr  0 ]
 301    *                 [  0    0  1 ]
 302    */
 303
 304   double rotx[D3][D3], adjr[D3][D3];
 305   GSL_MATRIX(rotx);
 306   GSL_MATRIX(adjr);
 307
 308   static double temp[D3][D3], change[D3][D3];
 309   static GSL_MATRIX(temp);
 310   static GSL_MATRIX(change);
 311
 312   double d= hypot(dx,dy);
 313   if (d < 1e-6) return;
 314
 315   double ang= d*2.0;
 316
 317   double cy= cos(ang);
 318   double sy= sin(ang);
 319   double cr= -dy / d;
 320   double sr=  dx / d;
 321   printf("\n d=%g cy,sy=%g,%g cr,sr=%g,%g\n\n", d,cy,sy,cr,sr);
 322
 323   rotx[0][0]=   1;    rotx[0][1]=   0;     rotx[0][2]=  0;
 324   rotx[1][0]=   0;    rotx[1][1]=  cy;     rotx[1][2]= sy;
 325   rotx[2][0]=   0;    rotx[2][1]= -sy;     rotx[2][2]= cy;
 326   PMATRIX(rotx);
 327
 328   adjr[0][0]=  cr;    adjr[0][1]=  sr;     adjr[0][2]=  0;
 329   adjr[1][0]= -sr;    adjr[1][1]=  cr;     adjr[1][2]=  0;
 330   adjr[2][0]=   0;    adjr[2][1]=   0;     adjr[2][2]=  1;
 331   PMATRIX(adjr);
 332
 333   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 334                      &rotx_gsl,&adjr_gsl,
 335                      0.0, &temp_gsl) );
 336   PMATRIX(temp);
 337
 338   GA( gsl_blas_dgemm(CblasTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 339                      &adjr_gsl,&temp_gsl,
 340                      0.0, &change_gsl) );
 341   PMATRIX(change);
 342
 343   static double skew[D3][D3];
 344   static GSL_MATRIX(skew);
 345
 346   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 347                      &change_gsl,&transform_gsl,
 348                      0.0, &skew_gsl) );
 349   PMATRIX(skew);
 350
 351   memcpy(&transform,&skew,sizeof(transform));
 352   show();
 353   return;
 354
 355   /* Now we want to normalise skew, the result becomes new transform */
 356   double svd_v[D3][D3];
 357   GSL_MATRIX(svd_v);
 358
 359   double sigma[D3], tau[D3];
 360   GSL_VECTOR(sigma);
 361   GSL_VECTOR(tau);
 362
 363   /* We use notation from Wikipedia Polar_decomposition
 364    *     Wikipedia's  W      is GSL's U
 365    *     Wikipedia's  Sigma  is GSL's S
 366    *     Wikipedia's  V      is GSL's V
 367    *     Wikipedia's  U      is our desired result
 368    * Wikipedia which says if the SVD is    A = W Sigma V*
 369    * then the polar decomposition is       A = U P
 370    *   where                               P = V Sigma V*
 371    *   and                                 U = W V*
 372    */
 373
 374   GA( gsl_linalg_SV_decomp(&skew_gsl, &svd_v_gsl, &sigma_gsl, &tau_gsl) );
 375   pmatrix("W",    skew);
 376   pvector("Sigma",sigma);
 377   pmatrix("V",    svd_v);
 378
 379   /* We only need U, not P. */
 380   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasTrans, 1.0,
 381                      &skew_gsl,&svd_v_gsl,
 382                      0.0,&transform_gsl) );
 383
 384   pmatrix("U", transform);
 385
 386   printf("drag_rotate_delta...\n");
 387   show();
 388 }
 389 DRAG_SAVING(rotate, transform);
 390
 391 static void drag_sizeadj_delta(double dx, double dy) {
 392   const double min_eyes_apart= -200;
 393   sizeadj.scale *= pow(3.0, dy);
 394
 395   sizeadj.eyes_apart += dx * wmaxdim;
 396   if (sizeadj.eyes_apart < min_eyes_apart) sizeadj.eyes_apart= min_eyes_apart;
 397   printf("sizeadj eyes_apart %g\n", sizeadj.eyes_apart);
 398   show();
 399 }
 400 DRAG_SAVING(sizeadj, sizeadj);
 401
 402 static const Drag *drag= &drag_none;
 403
 404 static int drag_last_x, drag_last_y;
 405
 406 static void drag_position(int x, int y) {
 407   drag->delta((x - drag_last_x) * 1.0 / wmaxdim,
 408               (y - drag_last_y) * 1.0 / wmaxdim);
 409   drag_last_x= x;
 410   drag_last_y= y;
 411 }
 412
 413 static void event_button(XButtonEvent *e) {
 414   if (e->window != window || !e->same_screen) return;
 415   if (e->type == ButtonPress) {
 416     if (e->state || drag != &drag_none) {
 417       printf("drag=%s press state=0x%lx abandon\n",
 418              drag->name, (unsigned long)e->state);
 419       drag->abandon();
 420       drag= &drag_none;
 421       return;
 422     }
 423     switch (e->button) {
 424     case Button1: drag= &drag_rotate;  break;
 425     case Button2: drag= &drag_sizeadj; break;
 426     case Button3: drag= &drag_3d; break;
 427     default: printf("unknown drag start %d\n", e->button);
 428     }
 429     printf("drag=%s press button=%lu start %d,%d\n",
 430            drag->name, (unsigned long)e->button, e->x, e->y);
 431     drag_last_x= e->x;
 432     drag_last_y= e->y;
 433     drag->start();
 434   }
 435   if (e->type == ButtonRelease) {
 436     printf("drag=%s release %d,%d\n", drag->name, e->x, e->y);
 437     drag_position(e->x, e->y);
 438     drag->conclude();
 439     drag= &drag_none;
 440   }
 441 }
 442
 443 static void event_motion(int x, int y) {
 444   printf("drag=%s motion %d,%d\n", drag->name, x, y);
 445   drag_position(x,y);
 446 }
 447
 448 static void event_config(XConfigureEvent *e) {
 449   if (e->width == wwidth && e->height == wheight)
 450     return;
 451
 452   wwidth= e->width;  wheight= e->height;
 453   wmaxdim= wwidth > wheight ? wwidth : wheight;
 454   wmindim= wwidth < wheight ? wwidth : wheight;
 455
 456   XA( XSetWindowBackground(display,window,BlackPixel(display,x11screen)) );
 457   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++)
 458     XA( XFreePixmap(display, doublebuffers[currentbuffer]) );
 459
 460   mkpixmaps();
 461   show();
 462 }
 463
 464 int main(int argc, const char *const *argv) {
 465   XEvent event;
 466   int k;
 467   int motion_deferred=0, motion_x=-1, motion_y=-1;
 468
 469   if (argc != 2 || argv[1][0]=='-') {
 470     fputs("need filename\n",stderr); exit(8);
 471   }
 472   input_filename= argv[1];
 473
 474   read_input();
 475   K transform[k][k]= 1.0;
 476   display_prepare();
 477   show();
 478
 479   XMapWindow(display,window);
 480   for (;;) {
 481     if (motion_deferred) {
 482       int r= XCheckMaskEvent(display,~0UL,&event);
 483       if (!r) {
 484         event_motion(motion_x, motion_y);
 485         motion_deferred=0;
 486         continue;
 487       }
 488     } else {
 489       XNextEvent(display,&event);
 490     }
 491     switch (event.type) {
 492
 493     case ButtonPress:
 494     case ButtonRelease:     event_button(&event.xbutton);     break;
 495
 496     case ConfigureNotify:   event_config(&event.xconfigure);  break;
 497
 498     case MotionNotify:
 499       motion_x= event.xmotion.x;
 500       motion_y= event.xmotion.y;
 501       motion_deferred= 1;
 502       continue;
 503
 504     default:
 505       printf("unknown event type %u 0x%x\n", event.type,event.type);
 506     }
 507   }
 508 }
 509