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 double sizeadj_scale= 0.3, eyes_apart, scale_wmindim;
 108 static double eye_z= -10, eye_x=0;
 109 static double cut_z= -9;
 110
 111 static void drawtriangle(const Triangle *t) {
 112   XPoint points[4];
 113   int i;
 114
 115   for (i=0; i<3; i++) {
 116     double *v= t->vertex[i];
 117     double x= v[0];
 118     double y= v[1];
 119     double z= v[2];
 120
 121     if (z < cut_z) { ncut++; return; }
 122
 123     double zezezp= eye_z / (eye_z - z);
 124     points[i].x= scale_wmindim * (zezezp * (x - eye_x) + eye_x) + wwidth/2;
 125     points[i].y= scale_wmindim * (zezezp *  y                 ) + wheight/2;
 126   }
 127   points[3]= points[0];
 128
 129   XA( XFillPolygon(display,pixmap, dmcurrent->fillgc,
 130                    points,3,Convex,CoordModeOrigin) );
 131   XA( XDrawLines(display,pixmap, dmcurrent->linegc,
 132                  points, 4,CoordModeOrigin) );
 133 }
 134
 135 static const unsigned long core_event_mask=
 136   ButtonPressMask|ButtonReleaseMask|StructureNotifyMask|ButtonMotionMask;
 137
 138 static void mkpixmaps(void) {
 139   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++) {
 140     XA( pixmap= XCreatePixmap(display,window,wwidth,wheight,x11depth) );
 141     doublebuffers[currentbuffer]= pixmap;
 142   }
 143   currentbuffer= 0;
 144 }
 145
 146 static void mkgcs(DrawingMode *dm, unsigned long planes) {
 147   XGCValues gcv;
 148
 149   gcv.function= GXcopy;
 150   gcv.foreground= WhitePixel(display,x11screen);
 151   gcv.plane_mask= planes;
 152   dm->linegc= XCreateGC(display,pixmap,
 153                         GCFunction|GCForeground|GCPlaneMask,
 154                         &gcv);
 155
 156   gcv.function= GXclear;
 157   dm->fillgc= XCreateGC(display,pixmap,
 158                         GCFunction|GCPlaneMask,
 159                         &gcv);
 160 }
 161
 162 static void display_prepare(void) {
 163   XSetWindowAttributes wa;
 164   XSizeHints hints;
 165
 166   XA( display= XOpenDisplay(0) );
 167   x11screen= DefaultScreen(display);
 168   x11depth= DefaultDepth(display,x11screen);
 169   XA( XMatchVisualInfo(display,x11screen,x11depth, TrueColor,&visinfo) );
 170
 171   wa.event_mask= core_event_mask;
 172   XA( window= XCreateWindow(display, DefaultRootWindow(display),
 173                             0,0, wwidth,wheight, 0,x11depth,
 174                             InputOutput, visinfo.visual,
 175                             CWEventMask, &wa) );
 176
 177   hints.flags= USPosition;
 178   hints.x= 10;
 179   hints.y= 10;
 180   XSetWMNormalHints(display,window,&hints);
 181
 182   mkpixmaps();
 183
 184   mkgcs(&dmwhite, AllPlanes);
 185   mkgcs(&dmblue, visinfo.blue_mask);
 186   mkgcs(&dmred, visinfo.red_mask);
 187 }
 188
 189 static void drawtriangles(const DrawingMode *dm) {
 190   Triangle *const *t;
 191   int i;
 192
 193   dmcurrent= dm;
 194   for (i=0, t=displaylist, ncut=0; i<ntris; i++, t++)
 195     drawtriangle(*t);
 196 }
 197
 198 static void display_conformation(void) {
 199   pixmap= doublebuffers[currentbuffer];
 200
 201   XA( XFillRectangle(display,pixmap,dmwhite.fillgc,0,0,wwidth,wheight) );
 202
 203   if (eyes_apart > 0) {
 204     const double preferred=0.05, beyond=0.07;
 205
 206     eye_x= eyes_apart < preferred ? eyes_apart :
 207            eyes_apart < beyond ? preferred :
 208            eyes_apart - (beyond - preferred);
 209     eye_x /= sizeadj_scale;
 210     drawtriangles(&dmblue);
 211     eye_x= -eye_x;
 212     drawtriangles(&dmred);
 213   } else {
 214     drawtriangles(&dmwhite);
 215     printf("shown, %d/%d triangles cut\n", ncut, ntris);
 216   }
 217
 218   XA( XSetWindowBackgroundPixmap(display,window,pixmap) );
 219   XA( XClearWindow(display,window) );
 220   currentbuffer= !currentbuffer;
 221 }
 222
 223 static void show(void) {
 224   scale_wmindim= sizeadj_scale * wmindim;
 225   read_input();
 226   transform_coordinates();
 227   generate_display_list();
 228   sort_display_list();
 229   display_conformation();
 230 }
 231
 232 typedef struct {
 233   const char *name;
 234   void (*start)(void);
 235   void (*delta)(double dx, double dy);
 236   void (*conclude)(void);
 237   void (*abandon)(void);
 238 } Drag;
 239
 240 #define DRAG(x)                                 \
 241   static const Drag drag_##x= {                 \
 242     #x, drag_##x##_start, drag_##x##_delta,     \
 243     drag_##x##_conclude, drag_##x##_abandon     \
 244   }
 245
 246 #define DRAG_SAVING(x, thing)                           \
 247   static typeof(thing) original_##thing;                \
 248   static void drag_##x##_start(void) {                  \
 249     memcpy(&original_##thing, &thing, sizeof(thing));   \
 250   }                                                     \
 251   static void drag_##x##_conclude(void) { }             \
 252   static void drag_##x##_abandon(void) {                \
 253     memcpy(&thing, &original_##thing, sizeof(thing));   \
 254     show();                                             \
 255   }                                                     \
 256   DRAG(x)
 257
 258 static void drag_none_start(void) { }
 259 static void drag_none_delta(double dx, double dy) { }
 260 static void drag_none_conclude(void) { }
 261 static void drag_none_abandon(void) { }
 262 DRAG(none);
 263
 264 static void pvectorcore(const char *n, double v[D3]) {
 265   int k;
 266   printf("%10s [ ",n);
 267   K printf("%# 10.10f ",v[k]);
 268   printf("]\n");
 269 }
 270 static void pvector(const char *n, double v[D3]) {
 271   pvectorcore(n,v);
 272   putchar('\n');
 273 }
 274 static void pmatrix(const char *n, double m[D3][D3]) {
 275   int j;
 276   for (j=0; j<D3; j++) { pvectorcore(n,m[j]); n=""; }
 277   putchar('\n');
 278 }
 279 #define PMATRIX(x) pmatrix(#x,x);
 280
 281 static void drag_rotate_delta(double dx, double dy) {
 282   /* We multiple our transformation matrix by a matrix:
 283    *
 284    * If we just had y movement, we would rotate about x axis:
 285    *  rotation X = [  1    0   0 ]
 286    *               [  0   cy  sy ]
 287    *               [  0  -sy  cy ]
 288    *  where cy and sy are sin and cos of y rotation
 289    *
 290    * But we should pre-rotate this by a rotation about the z axis
 291    * to get it to the right angle (to include x rotation).  So
 292    * we make cy and sy be cos() and sin(hypot(x,y)) and use
 293    * with cr,sr as cos() and sin(atan2(y,y)):
 294    *
 295    * Ie we would do  T' = R^T X R T   where
 296    *             or  T' =    C    T   where  C = R^T X R  and
 297    *
 298    *  adjustment R = [  cr  sr  0 ]
 299    *                 [ -sr  cr  0 ]
 300    *                 [  0    0  1 ]
 301    */
 302
 303   double rotx[D3][D3], adjr[D3][D3];
 304   GSL_MATRIX(rotx);
 305   GSL_MATRIX(adjr);
 306
 307   static double temp[D3][D3], change[D3][D3];
 308   static GSL_MATRIX(temp);
 309   static GSL_MATRIX(change);
 310
 311   double d= hypot(dx,dy);
 312   if (d < 1e-6) return;
 313
 314   double ang= d*2.0;
 315
 316   double cy= cos(ang);
 317   double sy= sin(ang);
 318   double cr= -dy / d;
 319   double sr=  dx / d;
 320   printf("\n d=%g cy,sy=%g,%g cr,sr=%g,%g\n\n", d,cy,sy,cr,sr);
 321
 322   rotx[0][0]=   1;    rotx[0][1]=   0;     rotx[0][2]=  0;
 323   rotx[1][0]=   0;    rotx[1][1]=  cy;     rotx[1][2]= sy;
 324   rotx[2][0]=   0;    rotx[2][1]= -sy;     rotx[2][2]= cy;
 325   PMATRIX(rotx);
 326
 327   adjr[0][0]=  cr;    adjr[0][1]=  sr;     adjr[0][2]=  0;
 328   adjr[1][0]= -sr;    adjr[1][1]=  cr;     adjr[1][2]=  0;
 329   adjr[2][0]=   0;    adjr[2][1]=   0;     adjr[2][2]=  1;
 330   PMATRIX(adjr);
 331
 332   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 333                      &rotx_gsl,&adjr_gsl,
 334                      0.0, &temp_gsl) );
 335   PMATRIX(temp);
 336
 337   GA( gsl_blas_dgemm(CblasTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 338                      &adjr_gsl,&temp_gsl,
 339                      0.0, &change_gsl) );
 340   PMATRIX(change);
 341
 342   static double skew[D3][D3];
 343   static GSL_MATRIX(skew);
 344
 345   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 346                      &change_gsl,&transform_gsl,
 347                      0.0, &skew_gsl) );
 348   PMATRIX(skew);
 349
 350   memcpy(&transform,&skew,sizeof(transform));
 351   show();
 352   return;
 353
 354   /* Now we want to normalise skew, the result becomes new transform */
 355   double svd_v[D3][D3];
 356   GSL_MATRIX(svd_v);
 357
 358   double sigma[D3], tau[D3];
 359   GSL_VECTOR(sigma);
 360   GSL_VECTOR(tau);
 361
 362   /* We use notation from Wikipedia Polar_decomposition
 363    *     Wikipedia's  W      is GSL's U
 364    *     Wikipedia's  Sigma  is GSL's S
 365    *     Wikipedia's  V      is GSL's V
 366    *     Wikipedia's  U      is our desired result
 367    * Wikipedia which says if the SVD is    A = W Sigma V*
 368    * then the polar decomposition is       A = U P
 369    *   where                               P = V Sigma V*
 370    *   and                                 U = W V*
 371    */
 372
 373   GA( gsl_linalg_SV_decomp(&skew_gsl, &svd_v_gsl, &sigma_gsl, &tau_gsl) );
 374   pmatrix("W",    skew);
 375   pvector("Sigma",sigma);
 376   pmatrix("V",    svd_v);
 377
 378   /* We only need U, not P. */
 379   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasTrans, 1.0,
 380                      &skew_gsl,&svd_v_gsl,
 381                      0.0,&transform_gsl) );
 382
 383   pmatrix("U", transform);
 384
 385   printf("drag_rotate_delta...\n");
 386   show();
 387 }
 388 DRAG_SAVING(rotate, transform);
 389
 390 static void drag_sizeadj_delta(double dx, double dy) {
 391   sizeadj_scale *= pow(3.0, -dy);
 392   show();
 393 }
 394 DRAG_SAVING(sizeadj, sizeadj_scale);
 395
 396 static void drag_3d_delta(double dx, double dy) {
 397   const double min_eyes_apart= -0.02;
 398   eyes_apart += dx * 0.1;
 399   if (eyes_apart < min_eyes_apart) eyes_apart= min_eyes_apart;
 400   printf("sizeadj eyes_apart %g\n", eyes_apart);
 401   show();
 402 }
 403 DRAG_SAVING(3d, eyes_apart);
 404
 405 static const Drag *drag= &drag_none;
 406
 407 static int drag_last_x, drag_last_y;
 408
 409 static void drag_position(int x, int y) {
 410   drag->delta((x - drag_last_x) * 1.0 / wmaxdim,
 411               (y - drag_last_y) * 1.0 / wmaxdim);
 412   drag_last_x= x;
 413   drag_last_y= y;
 414 }
 415
 416 static void event_button(XButtonEvent *e) {
 417   if (e->window != window || !e->same_screen) return;
 418   if (e->type == ButtonPress) {
 419     if (e->state || drag != &drag_none) {
 420       printf("drag=%s press state=0x%lx abandon\n",
 421              drag->name, (unsigned long)e->state);
 422       drag->abandon();
 423       drag= &drag_none;
 424       return;
 425     }
 426     switch (e->button) {
 427     case Button1: drag= &drag_rotate;  break;
 428     case Button2: drag= &drag_sizeadj; break;
 429     case Button3: drag= &drag_3d;      break;
 430     default: printf("unknown drag start %d\n", e->button);
 431     }
 432     printf("drag=%s press button=%lu start %d,%d\n",
 433            drag->name, (unsigned long)e->button, e->x, e->y);
 434     drag_last_x= e->x;
 435     drag_last_y= e->y;
 436     drag->start();
 437   }
 438   if (e->type == ButtonRelease) {
 439     printf("drag=%s release %d,%d\n", drag->name, e->x, e->y);
 440     drag_position(e->x, e->y);
 441     drag->conclude();
 442     drag= &drag_none;
 443   }
 444 }
 445
 446 static void event_motion(int x, int y) {
 447   printf("drag=%s motion %d,%d\n", drag->name, x, y);
 448   drag_position(x,y);
 449 }
 450
 451 static void event_config(XConfigureEvent *e) {
 452   if (e->width == wwidth && e->height == wheight)
 453     return;
 454
 455   wwidth= e->width;  wheight= e->height;
 456   wmaxdim= wwidth > wheight ? wwidth : wheight;
 457   wmindim= wwidth < wheight ? wwidth : wheight;
 458
 459   XA( XSetWindowBackground(display,window,BlackPixel(display,x11screen)) );
 460   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++)
 461     XA( XFreePixmap(display, doublebuffers[currentbuffer]) );
 462
 463   mkpixmaps();
 464   show();
 465 }
 466
 467 int main(int argc, const char *const *argv) {
 468   XEvent event;
 469   int k;
 470   int motion_deferred=0, motion_x=-1, motion_y=-1;
 471
 472   if (argc != 2 || argv[1][0]=='-') {
 473     fputs("need filename\n",stderr); exit(8);
 474   }
 475   input_filename= argv[1];
 476
 477   read_input();
 478   K transform[k][k]= 1.0;
 479   display_prepare();
 480   show();
 481
 482   XMapWindow(display,window);
 483   for (;;) {
 484     if (motion_deferred) {
 485       int r= XCheckMaskEvent(display,~0UL,&event);
 486       if (!r) {
 487         event_motion(motion_x, motion_y);
 488         motion_deferred=0;
 489         continue;
 490       }
 491     } else {
 492       XNextEvent(display,&event);
 493     }
 494     switch (event.type) {
 495
 496     case ButtonPress:
 497     case ButtonRelease:     event_button(&event.xbutton);     break;
 498
 499     case ConfigureNotify:   event_config(&event.xconfigure);  break;
 500
 501     case MotionNotify:
 502       motion_x= event.xmotion.x;
 503       motion_y= event.xmotion.y;
 504       motion_deferred= 1;
 505       continue;
 506
 507     default:
 508       printf("unknown event type %u 0x%x\n", event.type,event.type);
 509     }
 510   }
 511 }
 512