view.c

   1 /*
   2  * Displays a conformation
   3  */
   4
   5 #include <X11/Xlib.h>
   6 #include <X11/Xutil.h>
   7
   8 #include <sys/types.h>
   9 #include <sys/stat.h>
  10 #include <sys/poll.h>
  11
  12 #include "mgraph.h"
  13
  14 #define MAXTRIS (N*2)
  15
  16 typedef struct { double vertex[3][D3]; } Triangle;
  17
  18 static Triangle trisbuffer[MAXTRIS], *displaylist[MAXTRIS];
  19 static int ntris;
  20 static Vertices conformation;
  21
  22 static double transform[D3][D3]= {{1,0,0}, {0,1,0}, {0,0,1}};
  23 static GSL_MATRIX(transform);
  24
  25 static FILE *input_f;
  26 static struct stat input_stab;
  27 static const char *input_filename;
  28
  29 static void read_input(void) {
  30   int r;
  31
  32   if (input_f) fclose(input_f);
  33   input_f= fopen(input_filename, "rb");  if (!input_f) diee("input file");
  34
  35   if (fstat(fileno(input_f), &input_stab)) diee("fstat input file");
  36
  37   errno= 0;
  38   r= fread(&conformation,sizeof(conformation),1,input_f);
  39   if (r!=1) diee("fread");
  40 }
  41
  42 static void transform_coordinates(void) {
  43   double result[D3];
  44   GSL_VECTOR(result);
  45   gsl_vector input_gsl= { D3,1 };
  46
  47   int v, k;
  48
  49   FOR_VERTEX(v) {
  50     input_gsl.data= &conformation[v][0];
  51     GA( gsl_blas_dgemv(CblasNoTrans, 1.0,&transform_gsl, &input_gsl,
  52                        0.0, &result_gsl) );
  53     K conformation[v][k]= result[k];
  54   }
  55 }
  56
  57 static void addtriangle(int va, int vb, int vc) {
  58   Triangle *t= &trisbuffer[ntris];
  59   int k;
  60
  61   assert(ntris < MAXTRIS);
  62   K {
  63     t->vertex[0][k]= conformation[va][k];
  64     t->vertex[1][k]= conformation[vb][k];
  65     t->vertex[2][k]= conformation[vc][k];
  66   }
  67   displaylist[ntris++]= t;
  68 }
  69
  70 static void generate_display_list(void) {
  71   int vb, ve[3], e;
  72
  73   ntris= 0;
  74   FOR_VERTEX(vb) {
  75     /* We use the two triangles in the parallelogram vb, vb+e0, vb+e1, vb+e2.
  76      * We go round each triangle clockwise (although our surface is non-
  77      * orientable so it shouldn't matter).
  78      */
  79     for (e=0; e<3; e++) ve[e]= EDGE_END2(vb,e);
  80     if (ve[1]>=0) {
  81       if (ve[0]>=0) addtriangle(vb,ve[0],ve[1]);
  82       if (ve[2]>=0) addtriangle(vb,ve[1],ve[2]);
  83     }
  84   }
  85 }
  86
  87 static int dl_compare(const void *tav, const void *tbv) {
  88   int i;
  89   const Triangle *const *tap= tav, *ta= *tap;
  90   const Triangle *const *tbp= tbp, *tb= *tbp;
  91   double za=0, zb=0;
  92   for (i=0; i<3; i++) {
  93     za += ta->vertex[i][2];
  94     zb += tb->vertex[i][2];
  95   }
  96   return za > zb ? -1 :
  97          za < zb ? +1 : 0;
  98 }
  99
 100 static void sort_display_list(void) {
 101   qsort(displaylist, ntris, sizeof(*displaylist), dl_compare);
 102 }
 103
 104 /*---------- X stuff ----------*/
 105
 106 #define WSZ 400
 107
 108 typedef struct { GC fillgc, linegc; } DrawingMode;
 109
 110 static Display *display;
 111 static Pixmap pixmap, doublebuffers[2];
 112 static Window window;
 113
 114 static DrawingMode dmred, dmblue, dmwhite;
 115 static const DrawingMode *dmcurrent;
 116 static int wwidth=WSZ, wheight=WSZ, wmindim=WSZ, wmaxdim=WSZ;
 117 static int ncut, currentbuffer, x11depth, x11screen;
 118 XVisualInfo visinfo;
 119
 120 static double sizeadj_scale= 0.3, eyes_apart, scale_wmindim;
 121 static double eye_z= -10, eye_x=0;
 122 static double cut_z= -9;
 123
 124 static void drawtriangle(const Triangle *t) {
 125   XPoint points[4];
 126   int i;
 127
 128   for (i=0; i<3; i++) {
 129     double *v= t->vertex[i];
 130     double x= v[0];
 131     double y= v[1];
 132     double z= v[2];
 133
 134     if (z < cut_z) { ncut++; return; }
 135
 136     double zezezp= eye_z / (eye_z - z);
 137     points[i].x= scale_wmindim * (zezezp * (x - eye_x) + eye_x) + wwidth/2;
 138     points[i].y= scale_wmindim * (zezezp *  y                 ) + wheight/2;
 139   }
 140   points[3]= points[0];
 141
 142   XA( XFillPolygon(display,pixmap, dmcurrent->fillgc,
 143                    points,3,Convex,CoordModeOrigin) );
 144   XA( XDrawLines(display,pixmap, dmcurrent->linegc,
 145                  points, 4,CoordModeOrigin) );
 146 }
 147
 148 static const unsigned long core_event_mask=
 149   ButtonPressMask|ButtonReleaseMask|StructureNotifyMask|ButtonMotionMask;
 150
 151 static void mkpixmaps(void) {
 152   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++) {
 153     XA( pixmap= XCreatePixmap(display,window,wwidth,wheight,x11depth) );
 154     doublebuffers[currentbuffer]= pixmap;
 155   }
 156   currentbuffer= 0;
 157 }
 158
 159 static void mkgcs(DrawingMode *dm, unsigned long planes) {
 160   XGCValues gcv;
 161
 162   gcv.function= GXcopy;
 163   gcv.foreground= WhitePixel(display,x11screen);
 164   gcv.plane_mask= planes;
 165   dm->linegc= XCreateGC(display,pixmap,
 166                         GCFunction|GCForeground|GCPlaneMask,
 167                         &gcv);
 168
 169   gcv.function= GXclear;
 170   dm->fillgc= XCreateGC(display,pixmap,
 171                         GCFunction|GCPlaneMask,
 172                         &gcv);
 173 }
 174
 175 static void display_prepare(void) {
 176   XSetWindowAttributes wa;
 177   XSizeHints hints;
 178
 179   XA( display= XOpenDisplay(0) );
 180   x11screen= DefaultScreen(display);
 181   x11depth= DefaultDepth(display,x11screen);
 182   XA( XMatchVisualInfo(display,x11screen,x11depth, TrueColor,&visinfo) );
 183
 184   wa.event_mask= core_event_mask;
 185   XA( window= XCreateWindow(display, DefaultRootWindow(display),
 186                             0,0, wwidth,wheight, 0,x11depth,
 187                             InputOutput, visinfo.visual,
 188                             CWEventMask, &wa) );
 189
 190   hints.flags= USPosition;
 191   hints.x= 10;
 192   hints.y= 10;
 193   XSetWMNormalHints(display,window,&hints);
 194
 195   mkpixmaps();
 196
 197   mkgcs(&dmwhite, AllPlanes);
 198   mkgcs(&dmblue, visinfo.blue_mask);
 199   mkgcs(&dmred, visinfo.red_mask);
 200 }
 201
 202 static void drawtriangles(const DrawingMode *dm) {
 203   Triangle *const *t;
 204   int i;
 205
 206   dmcurrent= dm;
 207   for (i=0, t=displaylist, ncut=0; i<ntris; i++, t++)
 208     drawtriangle(*t);
 209 }
 210
 211 static void display_conformation(void) {
 212   pixmap= doublebuffers[currentbuffer];
 213
 214   XA( XFillRectangle(display,pixmap,dmwhite.fillgc,0,0,wwidth,wheight) );
 215
 216   if (eyes_apart > 0) {
 217     const double preferred=0.05, beyond=0.07;
 218
 219     eye_x= eyes_apart < preferred ? eyes_apart :
 220            eyes_apart < beyond ? preferred :
 221            eyes_apart - (beyond - preferred);
 222     eye_x /= sizeadj_scale;
 223     drawtriangles(&dmblue);
 224     eye_x= -eye_x;
 225     drawtriangles(&dmred);
 226   } else {
 227     drawtriangles(&dmwhite);
 228     printf("shown, %d/%d triangles cut\n", ncut, ntris);
 229   }
 230
 231   XA( XSetWindowBackgroundPixmap(display,window,pixmap) );
 232   XA( XClearWindow(display,window) );
 233   currentbuffer= !currentbuffer;
 234 }
 235
 236 static void show(void) {
 237   scale_wmindim= sizeadj_scale * wmindim;
 238   read_input();
 239   transform_coordinates();
 240   generate_display_list();
 241   sort_display_list();
 242   display_conformation();
 243 }
 244
 245 typedef struct {
 246   const char *name;
 247   void (*start)(void);
 248   void (*delta)(double dx, double dy);
 249   void (*conclude)(void);
 250   void (*abandon)(void);
 251 } Drag;
 252
 253 #define DRAG(x)                                 \
 254   static const Drag drag_##x= {                 \
 255     #x, drag_##x##_start, drag_##x##_delta,     \
 256     drag_##x##_conclude, drag_##x##_abandon     \
 257   }
 258
 259 #define DRAG_SAVING(x, thing)                           \
 260   static typeof(thing) original_##thing;                \
 261   static void drag_##x##_start(void) {                  \
 262     memcpy(&original_##thing, &thing, sizeof(thing));   \
 263   }                                                     \
 264   static void drag_##x##_conclude(void) { }             \
 265   static void drag_##x##_abandon(void) {                \
 266     memcpy(&thing, &original_##thing, sizeof(thing));   \
 267     show();                                             \
 268   }                                                     \
 269   DRAG(x)
 270
 271 static void drag_none_start(void) { }
 272 static void drag_none_delta(double dx, double dy) { }
 273 static void drag_none_conclude(void) { }
 274 static void drag_none_abandon(void) { }
 275 DRAG(none);
 276
 277 static void pvectorcore(const char *n, double v[D3]) {
 278   int k;
 279   printf("%10s [ ",n);
 280   K printf("%# 10.10f ",v[k]);
 281   printf("]\n");
 282 }
 283 static void pvector(const char *n, double v[D3]) {
 284   pvectorcore(n,v);
 285   putchar('\n');
 286 }
 287 static void pmatrix(const char *n, double m[D3][D3]) {
 288   int j;
 289   for (j=0; j<D3; j++) { pvectorcore(n,m[j]); n=""; }
 290   putchar('\n');
 291 }
 292 #define PMATRIX(x) pmatrix(#x,x);
 293
 294 static void drag_rotate_delta(double dx, double dy) {
 295   /* We multiple our transformation matrix by a matrix:
 296    *
 297    * If we just had y movement, we would rotate about x axis:
 298    *  rotation X = [  1    0   0 ]
 299    *               [  0   cy  sy ]
 300    *               [  0  -sy  cy ]
 301    *  where cy and sy are sin and cos of y rotation
 302    *
 303    * But we should pre-rotate this by a rotation about the z axis
 304    * to get it to the right angle (to include x rotation).  So
 305    * we make cy and sy be cos() and sin(hypot(x,y)) and use
 306    * with cr,sr as cos() and sin(atan2(y,y)):
 307    *
 308    * Ie we would do  T' = R^T X R T   where
 309    *             or  T' =    C    T   where  C = R^T X R  and
 310    *
 311    *  adjustment R = [  cr  sr  0 ]
 312    *                 [ -sr  cr  0 ]
 313    *                 [  0    0  1 ]
 314    */
 315
 316   double rotx[D3][D3], adjr[D3][D3];
 317   GSL_MATRIX(rotx);
 318   GSL_MATRIX(adjr);
 319
 320   static double temp[D3][D3], change[D3][D3];
 321   static GSL_MATRIX(temp);
 322   static GSL_MATRIX(change);
 323
 324   double d= hypot(dx,dy);
 325   if (d < 1e-6) return;
 326
 327   double ang= d*2.0;
 328
 329   double cy= cos(ang);
 330   double sy= sin(ang);
 331   double cr= -dy / d;
 332   double sr=  dx / d;
 333   printf("\n d=%g cy,sy=%g,%g cr,sr=%g,%g\n\n", d,cy,sy,cr,sr);
 334
 335   rotx[0][0]=   1;    rotx[0][1]=   0;     rotx[0][2]=  0;
 336   rotx[1][0]=   0;    rotx[1][1]=  cy;     rotx[1][2]= sy;
 337   rotx[2][0]=   0;    rotx[2][1]= -sy;     rotx[2][2]= cy;
 338   PMATRIX(rotx);
 339
 340   adjr[0][0]=  cr;    adjr[0][1]=  sr;     adjr[0][2]=  0;
 341   adjr[1][0]= -sr;    adjr[1][1]=  cr;     adjr[1][2]=  0;
 342   adjr[2][0]=   0;    adjr[2][1]=   0;     adjr[2][2]=  1;
 343   PMATRIX(adjr);
 344
 345   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 346                      &rotx_gsl,&adjr_gsl,
 347                      0.0, &temp_gsl) );
 348   PMATRIX(temp);
 349
 350   GA( gsl_blas_dgemm(CblasTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 351                      &adjr_gsl,&temp_gsl,
 352                      0.0, &change_gsl) );
 353   PMATRIX(change);
 354
 355   static double skew[D3][D3];
 356   static GSL_MATRIX(skew);
 357
 358   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasNoTrans, 1.0,
 359                      &change_gsl,&transform_gsl,
 360                      0.0, &skew_gsl) );
 361   PMATRIX(skew);
 362
 363   memcpy(&transform,&skew,sizeof(transform));
 364   show();
 365   return;
 366
 367   /* Now we want to normalise skew, the result becomes new transform */
 368   double svd_v[D3][D3];
 369   GSL_MATRIX(svd_v);
 370
 371   double sigma[D3], tau[D3];
 372   GSL_VECTOR(sigma);
 373   GSL_VECTOR(tau);
 374
 375   /* We use notation from Wikipedia Polar_decomposition
 376    *     Wikipedia's  W      is GSL's U
 377    *     Wikipedia's  Sigma  is GSL's S
 378    *     Wikipedia's  V      is GSL's V
 379    *     Wikipedia's  U      is our desired result
 380    * Wikipedia which says if the SVD is    A = W Sigma V*
 381    * then the polar decomposition is       A = U P
 382    *   where                               P = V Sigma V*
 383    *   and                                 U = W V*
 384    */
 385
 386   GA( gsl_linalg_SV_decomp(&skew_gsl, &svd_v_gsl, &sigma_gsl, &tau_gsl) );
 387   pmatrix("W",    skew);
 388   pvector("Sigma",sigma);
 389   pmatrix("V",    svd_v);
 390
 391   /* We only need U, not P. */
 392   GA( gsl_blas_dgemm(CblasNoTrans,CblasTrans, 1.0,
 393                      &skew_gsl,&svd_v_gsl,
 394                      0.0,&transform_gsl) );
 395
 396   pmatrix("U", transform);
 397
 398   printf("drag_rotate_delta...\n");
 399   show();
 400 }
 401 DRAG_SAVING(rotate, transform);
 402
 403 static void drag_sizeadj_delta(double dx, double dy) {
 404   sizeadj_scale *= pow(3.0, -dy);
 405   show();
 406 }
 407 DRAG_SAVING(sizeadj, sizeadj_scale);
 408
 409 static void drag_3d_delta(double dx, double dy) {
 410   const double min_eyes_apart= -0.02;
 411   eyes_apart += dx * 0.1;
 412   if (eyes_apart < min_eyes_apart) eyes_apart= min_eyes_apart;
 413   printf("sizeadj eyes_apart %g\n", eyes_apart);
 414   show();
 415 }
 416 DRAG_SAVING(3d, eyes_apart);
 417
 418 static const Drag *drag= &drag_none;
 419
 420 static int drag_last_x, drag_last_y;
 421
 422 static void drag_position(int x, int y) {
 423   drag->delta((x - drag_last_x) * 1.0 / wmaxdim,
 424               (y - drag_last_y) * 1.0 / wmaxdim);
 425   drag_last_x= x;
 426   drag_last_y= y;
 427 }
 428
 429 static void event_button(XButtonEvent *e) {
 430   if (e->window != window || !e->same_screen) return;
 431   if (e->type == ButtonPress) {
 432     if (e->state || drag != &drag_none) {
 433       printf("drag=%s press state=0x%lx abandon\n",
 434              drag->name, (unsigned long)e->state);
 435       drag->abandon();
 436       drag= &drag_none;
 437       return;
 438     }
 439     switch (e->button) {
 440     case Button1: drag= &drag_rotate;  break;
 441     case Button2: drag= &drag_sizeadj; break;
 442     case Button3: drag= &drag_3d;      break;
 443     default: printf("unknown drag start %d\n", e->button);
 444     }
 445     printf("drag=%s press button=%lu start %d,%d\n",
 446            drag->name, (unsigned long)e->button, e->x, e->y);
 447     drag_last_x= e->x;
 448     drag_last_y= e->y;
 449     drag->start();
 450   }
 451   if (e->type == ButtonRelease) {
 452     printf("drag=%s release %d,%d\n", drag->name, e->x, e->y);
 453     drag_position(e->x, e->y);
 454     drag->conclude();
 455     drag= &drag_none;
 456   }
 457 }
 458
 459 static void event_motion(int x, int y) {
 460   printf("drag=%s motion %d,%d\n", drag->name, x, y);
 461   drag_position(x,y);
 462 }
 463
 464 static void event_config(XConfigureEvent *e) {
 465   if (e->width == wwidth && e->height == wheight)
 466     return;
 467
 468   wwidth= e->width;  wheight= e->height;
 469   wmaxdim= wwidth > wheight ? wwidth : wheight;
 470   wmindim= wwidth < wheight ? wwidth : wheight;
 471
 472   XA( XSetWindowBackground(display,window,BlackPixel(display,x11screen)) );
 473   for (currentbuffer=0; currentbuffer<2; currentbuffer++)
 474     XA( XFreePixmap(display, doublebuffers[currentbuffer]) );
 475
 476   mkpixmaps();
 477   show();
 478 }
 479
 480 static void check_input(void) {
 481   struct stat newstab;
 482   int r;
 483
 484   r= stat(input_filename, &newstab);
 485   if (r<0) diee("could not check input");
 486
 487 #define CI(x) if (newstab.st_##x == input_stab.st_##x) ; else goto changed
 488   CI(dev);
 489   CI(ino);
 490   CI(size);
 491   CI(mtime);
 492 #undef CI
 493   return;
 494
 495  changed:
 496   show();
 497 }
 498
 499 int main(int argc, const char *const *argv) {
 500   static const int wantedevents= POLLIN|POLLPRI|POLLERR|POLLHUP;
 501
 502   XEvent event;
 503   int k, i, r, *xfds, nxfds, polls_alloc=0;
 504   struct pollfd *polls=0;
 505   int motion_deferred=0, motion_x=-1, motion_y=-1;
 506
 507   if (argc != 2 || argv[1][0]=='-') {
 508     fputs("need filename\n",stderr); exit(8);
 509   }
 510   input_filename= argv[1];
 511
 512   read_input();
 513   K transform[k][k]= 1.0;
 514   display_prepare();
 515   show();
 516
 517   XMapWindow(display,window);
 518   for (;;) {
 519
 520     XA( XInternalConnectionNumbers(display, &xfds, &nxfds) );
 521     if (polls_alloc <= nxfds) {
 522       polls_alloc= nxfds + polls_alloc + 1;
 523       polls= realloc(polls, sizeof(*polls) * polls_alloc);
 524       if (!polls) diee("realloc for pollfds");
 525     }
 526     for (i=0; i<nxfds; i++) {
 527       polls[i].fd= xfds[i];
 528       polls[i].events= wantedevents;
 529       polls[i].revents= 0;
 530     }
 531     XFree(xfds);
 532
 533     polls[i].fd= ConnectionNumber(display);
 534     polls[i].events= wantedevents;
 535
 536     r= poll(polls, nxfds+1, motion_deferred ? 0 : 200);
 537     if (r<0) diee("poll");
 538
 539     for (i=0; i<nxfds; i++)
 540       if (polls[i].revents)
 541         XProcessInternalConnection(display, polls[i].fd);
 542
 543     r= XCheckMaskEvent(display,~0UL,&event);
 544     if (!r) {
 545       if (motion_deferred) {
 546         event_motion(motion_x, motion_y);
 547         motion_deferred=0;
 548       }
 549       check_input();
 550       continue;
 551     }
 552
 553     switch (event.type) {
 554
 555     case ButtonPress:
 556     case ButtonRelease:     event_button(&event.xbutton);     break;
 557
 558     case ConfigureNotify:   event_config(&event.xconfigure);  break;
 559
 560     case MotionNotify:
 561       motion_x= event.xmotion.x;
 562       motion_y= event.xmotion.y;
 563       motion_deferred= 1;
 564       continue;
 565
 566     default:
 567       printf("unknown event type %u 0x%x\n", event.type,event.type);
 568     }
 569   }
 570 }
 571