Code

9ec21a44da73230332b45d90b9e282f9134af441
[inkscape.git] / src / helper / geom.cpp
1 #define INKSCAPE_HELPER_GEOM_CPP\r
2 \r
3 /**\r
4  * Specific geometry functions for Inkscape, not provided my lib2geom.\r
5  *\r
6  * Author:\r
7  *   Johan Engelen <goejendaagh@zonnet.nl>\r
8  *\r
9  * Copyright (C) 2008 Johan Engelen\r
10  *\r
11  * Released under GNU GPL\r
12  */\r
13 \r
14 #include "helper/geom.h"\r
15 #include <typeinfo>\r
16 #include <2geom/pathvector.h>\r
17 #include <2geom/path.h>\r
18 #include <2geom/transforms.h>\r
19 #include <2geom/rect.h>\r
20 #include <2geom/coord.h>\r
21 #include <2geom/sbasis-to-bezier.h>\r
22 #include <libnr/nr-convert2geom.h>\r
23 #include <glibmm.h>\r
24 \r
25 using Geom::X;\r
26 using Geom::Y;\r
27 \r
28 #define NR_HUGE   1e18\r
29 \r
30 //#################################################################################\r
31 // BOUNDING BOX CALCULATIONS\r
32 \r
33 /* Fast bbox calculation */\r
34 /* Thanks to Nathan Hurst for suggesting it */\r
35 static void\r
36 cubic_bbox (Geom::Coord x000, Geom::Coord y000, Geom::Coord x001, Geom::Coord y001, Geom::Coord x011, Geom::Coord y011, Geom::Coord x111, Geom::Coord y111, Geom::Rect &bbox)\r
37 {\r
38     Geom::Coord a, b, c, D;\r
39 \r
40     bbox[0].extendTo(x111);\r
41     bbox[1].extendTo(y111);\r
42 \r
43     /*\r
44      * xttt = s * (s * (s * x000 + t * x001) + t * (s * x001 + t * x011)) + t * (s * (s * x001 + t * x011) + t * (s * x011 + t * x111))\r
45      * xttt = s * (s2 * x000 + s * t * x001 + t * s * x001 + t2 * x011) + t * (s2 * x001 + s * t * x011 + t * s * x011 + t2 * x111)\r
46      * xttt = s * (s2 * x000 + 2 * st * x001 + t2 * x011) + t * (s2 * x001 + 2 * st * x011 + t2 * x111)\r
47      * xttt = s3 * x000 + 2 * s2t * x001 + st2 * x011 + s2t * x001 + 2st2 * x011 + t3 * x111\r
48      * xttt = s3 * x000 + 3s2t * x001 + 3st2 * x011 + t3 * x111\r
49      * xttt = s3 * x000 + (1 - s) 3s2 * x001 + (1 - s) * (1 - s) * 3s * x011 + (1 - s) * (1 - s) * (1 - s) * x111\r
50      * xttt = s3 * x000 + (3s2 - 3s3) * x001 + (3s - 6s2 + 3s3) * x011 + (1 - 2s + s2 - s + 2s2 - s3) * x111\r
51      * xttt = (x000 - 3 * x001 + 3 * x011 -     x111) * s3 +\r
52      *        (       3 * x001 - 6 * x011 + 3 * x111) * s2 +\r
53      *        (                  3 * x011 - 3 * x111) * s  +\r
54      *        (                                 x111)\r
55      * xttt' = (3 * x000 - 9 * x001 +  9 * x011 - 3 * x111) * s2 +\r
56      *         (           6 * x001 - 12 * x011 + 6 * x111) * s  +\r
57      *         (                       3 * x011 - 3 * x111)\r
58      */\r
59 \r
60     a = 3 * x000 - 9 * x001 + 9 * x011 - 3 * x111;\r
61     b = 6 * x001 - 12 * x011 + 6 * x111;\r
62     c = 3 * x011 - 3 * x111;\r
63 \r
64     /*\r
65      * s = (-b +/- sqrt (b * b - 4 * a * c)) / 2 * a;\r
66      */\r
67     if (fabs (a) < Geom::EPSILON) {\r
68         /* s = -c / b */\r
69         if (fabs (b) > Geom::EPSILON) {\r
70             double s, t, xttt;\r
71             s = -c / b;\r
72             if ((s > 0.0) && (s < 1.0)) {\r
73                 t = 1.0 - s;\r
74                 xttt = s * s * s * x000 + 3 * s * s * t * x001 + 3 * s * t * t * x011 + t * t * t * x111;\r
75                 bbox[0].extendTo(xttt);\r
76             }\r
77         }\r
78     } else {\r
79         /* s = (-b +/- sqrt (b * b - 4 * a * c)) / 2 * a; */\r
80         D = b * b - 4 * a * c;\r
81         if (D >= 0.0) {\r
82             Geom::Coord d, s, t, xttt;\r
83             /* Have solution */\r
84             d = sqrt (D);\r
85             s = (-b + d) / (2 * a);\r
86             if ((s > 0.0) && (s < 1.0)) {\r
87                 t = 1.0 - s;\r
88                 xttt = s * s * s * x000 + 3 * s * s * t * x001 + 3 * s * t * t * x011 + t * t * t * x111;\r
89                 bbox[0].extendTo(xttt);\r
90             }\r
91             s = (-b - d) / (2 * a);\r
92             if ((s > 0.0) && (s < 1.0)) {\r
93                 t = 1.0 - s;\r
94                 xttt = s * s * s * x000 + 3 * s * s * t * x001 + 3 * s * t * t * x011 + t * t * t * x111;\r
95                 bbox[0].extendTo(xttt);\r
96             }\r
97         }\r
98     }\r
99 \r
100     a = 3 * y000 - 9 * y001 + 9 * y011 - 3 * y111;\r
101     b = 6 * y001 - 12 * y011 + 6 * y111;\r
102     c = 3 * y011 - 3 * y111;\r
103 \r
104     if (fabs (a) < Geom::EPSILON) {\r
105         /* s = -c / b */\r
106         if (fabs (b) > Geom::EPSILON) {\r
107             double s, t, yttt;\r
108             s = -c / b;\r
109             if ((s > 0.0) && (s < 1.0)) {\r
110                 t = 1.0 - s;\r
111                 yttt = s * s * s * y000 + 3 * s * s * t * y001 + 3 * s * t * t * y011 + t * t * t * y111;\r
112                 bbox[1].extendTo(yttt);\r
113             }\r
114         }\r
115     } else {\r
116         /* s = (-b +/- sqrt (b * b - 4 * a * c)) / 2 * a; */\r
117         D = b * b - 4 * a * c;\r
118         if (D >= 0.0) {\r
119             Geom::Coord d, s, t, yttt;\r
120             /* Have solution */\r
121             d = sqrt (D);\r
122             s = (-b + d) / (2 * a);\r
123             if ((s > 0.0) && (s < 1.0)) {\r
124                 t = 1.0 - s;\r
125                 yttt = s * s * s * y000 + 3 * s * s * t * y001 + 3 * s * t * t * y011 + t * t * t * y111;\r
126                 bbox[1].extendTo(yttt);\r
127             }\r
128             s = (-b - d) / (2 * a);\r
129             if ((s > 0.0) && (s < 1.0)) {\r
130                 t = 1.0 - s;\r
131                 yttt = s * s * s * y000 + 3 * s * s * t * y001 + 3 * s * t * t * y011 + t * t * t * y111;\r
132                 bbox[1].extendTo(yttt);\r
133             }\r
134         }\r
135     }\r
136 }\r
137 \r
138 Geom::Rect\r
139 bounds_fast_transformed(Geom::PathVector const & pv, Geom::Matrix const & t)\r
140 {\r
141     return bounds_exact_transformed(pv, t); //use this as it is faster for now! :)\r
142 //    return Geom::bounds_fast(pv * t);\r
143 }\r
144 \r
145 Geom::Rect\r
146 bounds_exact_transformed(Geom::PathVector const & pv, Geom::Matrix const & t)\r
147 {\r
148     Geom::Rect bbox;\r
149     \r
150     if (pv.empty())\r
151         return bbox;\r
152 \r
153     Geom::Point initial = pv.front().initialPoint() * t;\r
154     bbox = Geom::Rect(initial, initial);        // obtain well defined bbox as starting point to unionWith\r
155 \r
156     for (Geom::PathVector::const_iterator it = pv.begin(); it != pv.end(); ++it) {\r
157         bbox.expandTo(it->initialPoint() * t);\r
158 \r
159         // don't loop including closing segment, since that segment can never increase the bbox\r
160         for (Geom::Path::const_iterator cit = it->begin(); cit != it->end_open(); ++cit) {\r
161             Geom::Curve const &c = *cit;\r
162 \r
163             if( typeid(c) == typeid(Geom::LineSegment) ||\r
164                 typeid(c) == typeid(Geom::HLineSegment) ||\r
165                 typeid(c) == typeid(Geom::VLineSegment)    )\r
166             {\r
167                 bbox.expandTo( c.finalPoint() * t );\r
168             }\r
169             else if(Geom::CubicBezier const *cubic_bezier = dynamic_cast<Geom::CubicBezier const  *>(&c))\r
170             {\r
171                 Geom::Point c0 = (*cubic_bezier)[0] * t;\r
172                 Geom::Point c1 = (*cubic_bezier)[1] * t;\r
173                 Geom::Point c2 = (*cubic_bezier)[2] * t;\r
174                 Geom::Point c3 = (*cubic_bezier)[3] * t;\r
175                 cubic_bbox( c0[0], c0[1],\r
176                             c1[0], c1[1],\r
177                             c2[0], c2[1],\r
178                             c3[0], c3[1],\r
179                             bbox );\r
180             }\r
181             else\r
182             {\r
183                 // should handle all not-so-easy curves:\r
184                 Geom::Curve *ctemp = cit->transformed(t);\r
185                 bbox.unionWith( ctemp->boundsExact());\r
186                 delete ctemp;\r
187             }\r
188         }\r
189     }\r
190     //return Geom::bounds_exact(pv * t);\r
191     return bbox;\r
192 }\r
193 \r
194 \r
195 \r
196 static void\r
197 geom_line_wind_distance (Geom::Coord x0, Geom::Coord y0, Geom::Coord x1, Geom::Coord y1, Geom::Point const &pt, int *wind, Geom::Coord *best)\r
198 {\r
199     Geom::Coord Ax, Ay, Bx, By, Dx, Dy, s;\r
200     Geom::Coord dist2;\r
201 \r
202     /* Find distance */\r
203     Ax = x0;\r
204     Ay = y0;\r
205     Bx = x1;\r
206     By = y1;\r
207     Dx = x1 - x0;\r
208     Dy = y1 - y0;\r
209     const Geom::Coord Px = pt[X];\r
210     const Geom::Coord Py = pt[Y];\r
211 \r
212     if (best) {\r
213         s = ((Px - Ax) * Dx + (Py - Ay) * Dy) / (Dx * Dx + Dy * Dy);\r
214         if (s <= 0.0) {\r
215             dist2 = (Px - Ax) * (Px - Ax) + (Py - Ay) * (Py - Ay);\r
216         } else if (s >= 1.0) {\r
217             dist2 = (Px - Bx) * (Px - Bx) + (Py - By) * (Py - By);\r
218         } else {\r
219             Geom::Coord Qx, Qy;\r
220             Qx = Ax + s * Dx;\r
221             Qy = Ay + s * Dy;\r
222             dist2 = (Px - Qx) * (Px - Qx) + (Py - Qy) * (Py - Qy);\r
223         }\r
224 \r
225         if (dist2 < (*best * *best)) *best = sqrt (dist2);\r
226     }\r
227 \r
228     if (wind) {\r
229         /* Find wind */\r
230         if ((Ax >= Px) && (Bx >= Px)) return;\r
231         if ((Ay >= Py) && (By >= Py)) return;\r
232         if ((Ay < Py) && (By < Py)) return;\r
233         if (Ay == By) return;\r
234         /* Ctach upper y bound */\r
235         if (Ay == Py) {\r
236             if (Ax < Px) *wind -= 1;\r
237             return;\r
238         } else if (By == Py) {\r
239             if (Bx < Px) *wind += 1;\r
240             return;\r
241         } else {\r
242             Geom::Coord Qx;\r
243             /* Have to calculate intersection */\r
244             Qx = Ax + Dx * (Py - Ay) / Dy;\r
245             if (Qx < Px) {\r
246                 *wind += (Dy > 0.0) ? 1 : -1;\r
247             }\r
248         }\r
249     }\r
250 }\r
251 \r
252 static void\r
253 geom_cubic_bbox_wind_distance (Geom::Coord x000, Geom::Coord y000,\r
254                  Geom::Coord x001, Geom::Coord y001,\r
255                  Geom::Coord x011, Geom::Coord y011,\r
256                  Geom::Coord x111, Geom::Coord y111,\r
257                  Geom::Point const &pt,\r
258                  Geom::Rect *bbox, int *wind, Geom::Coord *best,\r
259                  Geom::Coord tolerance)\r
260 {\r
261     Geom::Coord x0, y0, x1, y1, len2;\r
262     int needdist, needwind, needline;\r
263 \r
264     const Geom::Coord Px = pt[X];\r
265     const Geom::Coord Py = pt[Y];\r
266 \r
267     needdist = 0;\r
268     needwind = 0;\r
269     needline = 0;\r
270 \r
271     if (bbox) cubic_bbox (x000, y000, x001, y001, x011, y011, x111, y111, *bbox);\r
272 \r
273     x0 = MIN (x000, x001);\r
274     x0 = MIN (x0, x011);\r
275     x0 = MIN (x0, x111);\r
276     y0 = MIN (y000, y001);\r
277     y0 = MIN (y0, y011);\r
278     y0 = MIN (y0, y111);\r
279     x1 = MAX (x000, x001);\r
280     x1 = MAX (x1, x011);\r
281     x1 = MAX (x1, x111);\r
282     y1 = MAX (y000, y001);\r
283     y1 = MAX (y1, y011);\r
284     y1 = MAX (y1, y111);\r
285 \r
286     if (best) {\r
287         /* Quickly adjust to endpoints */\r
288         len2 = (x000 - Px) * (x000 - Px) + (y000 - Py) * (y000 - Py);\r
289         if (len2 < (*best * *best)) *best = (Geom::Coord) sqrt (len2);\r
290         len2 = (x111 - Px) * (x111 - Px) + (y111 - Py) * (y111 - Py);\r
291         if (len2 < (*best * *best)) *best = (Geom::Coord) sqrt (len2);\r
292 \r
293         if (((x0 - Px) < *best) && ((y0 - Py) < *best) && ((Px - x1) < *best) && ((Py - y1) < *best)) {\r
294             /* Point is inside sloppy bbox */\r
295             /* Now we have to decide, whether subdivide */\r
296             /* fixme: (Lauris) */\r
297             if (((y1 - y0) > 5.0) || ((x1 - x0) > 5.0)) {\r
298                 needdist = 1;\r
299             } else {\r
300                 needline = 1;\r
301             }\r
302         }\r
303     }\r
304     if (!needdist && wind) {\r
305         if ((y1 >= Py) && (y0 < Py) && (x0 < Px)) {\r
306             /* Possible intersection at the left */\r
307             /* Now we have to decide, whether subdivide */\r
308             /* fixme: (Lauris) */\r
309             if (((y1 - y0) > 5.0) || ((x1 - x0) > 5.0)) {\r
310                 needwind = 1;\r
311             } else {\r
312                 needline = 1;\r
313             }\r
314         }\r
315     }\r
316 \r
317     if (needdist || needwind) {\r
318         Geom::Coord x00t, x0tt, xttt, x1tt, x11t, x01t;\r
319         Geom::Coord y00t, y0tt, yttt, y1tt, y11t, y01t;\r
320         Geom::Coord s, t;\r
321 \r
322         t = 0.5;\r
323         s = 1 - t;\r
324 \r
325         x00t = s * x000 + t * x001;\r
326         x01t = s * x001 + t * x011;\r
327         x11t = s * x011 + t * x111;\r
328         x0tt = s * x00t + t * x01t;\r
329         x1tt = s * x01t + t * x11t;\r
330         xttt = s * x0tt + t * x1tt;\r
331 \r
332         y00t = s * y000 + t * y001;\r
333         y01t = s * y001 + t * y011;\r
334         y11t = s * y011 + t * y111;\r
335         y0tt = s * y00t + t * y01t;\r
336         y1tt = s * y01t + t * y11t;\r
337         yttt = s * y0tt + t * y1tt;\r
338 \r
339         geom_cubic_bbox_wind_distance (x000, y000, x00t, y00t, x0tt, y0tt, xttt, yttt, pt, NULL, wind, best, tolerance);\r
340         geom_cubic_bbox_wind_distance (xttt, yttt, x1tt, y1tt, x11t, y11t, x111, y111, pt, NULL, wind, best, tolerance);\r
341     } else if (1 || needline) {\r
342         geom_line_wind_distance (x000, y000, x111, y111, pt, wind, best);\r
343     }\r
344 }\r
345 \r
346 static void\r
347 geom_curve_bbox_wind_distance(Geom::Curve const & c, Geom::Matrix const &m,\r
348                  Geom::Point const &pt,\r
349                  Geom::Rect *bbox, int *wind, Geom::Coord *dist,\r
350                  Geom::Coord tolerance, Geom::Rect const *viewbox,\r
351                  Geom::Point &p0) // pass p0 through as it represents the last endpoint added (the finalPoint of last curve)\r
352 {\r
353     if( typeid(c) == typeid(Geom::LineSegment) ||\r
354         typeid(c) == typeid(Geom::HLineSegment) ||\r
355         typeid(c) == typeid(Geom::VLineSegment) )\r
356     {\r
357         Geom::Point pe = c.finalPoint() * m;\r
358         if (bbox) {\r
359             bbox->expandTo(pe);\r
360         }\r
361         if (dist || wind) {\r
362             if (wind) { // we need to pick fill, so do what we're told\r
363                 geom_line_wind_distance (p0[X], p0[Y], pe[X], pe[Y], pt, wind, dist);\r
364             } else { // only stroke is being picked; skip this segment if it's totally outside the viewbox\r
365                 Geom::Rect swept(p0, pe);\r
366                 if (!viewbox || swept.intersects(*viewbox))\r
367                     geom_line_wind_distance (p0[X], p0[Y], pe[X], pe[Y], pt, wind, dist);\r
368             }\r
369         }\r
370         p0 = pe;\r
371     }\r
372     else if(Geom::CubicBezier const *cubic_bezier = dynamic_cast<Geom::CubicBezier const  *>(&c)) {\r
373         Geom::Point p1 = (*cubic_bezier)[1] * m;\r
374         Geom::Point p2 = (*cubic_bezier)[2] * m;\r
375         Geom::Point p3 = (*cubic_bezier)[3] * m;\r
376 \r
377         // get approximate bbox from handles (convex hull property of beziers):\r
378         Geom::Rect swept(p0, p3);\r
379         swept.expandTo(p1);\r
380         swept.expandTo(p2);\r
381 \r
382         if (!viewbox || swept.intersects(*viewbox)) { // we see this segment, so do full processing\r
383             geom_cubic_bbox_wind_distance ( p0[X], p0[Y],\r
384                                             p1[X], p1[Y],\r
385                                             p2[X], p2[Y],\r
386                                             p3[X], p3[Y],\r
387                                             pt,\r
388                                             bbox, wind, dist, tolerance);\r
389         } else {\r
390             if (wind) { // if we need fill, we can just pretend it's a straight line\r
391                 geom_line_wind_distance (p0[X], p0[Y], p3[X], p3[Y], pt, wind, dist);\r
392             } else { // otherwise, skip it completely\r
393             }\r
394         }\r
395         p0 = p3;\r
396     } else { \r
397         //this case handles sbasis as well as all other curve types\r
398         Geom::Path sbasis_path = Geom::path_from_sbasis(c.toSBasis(), 0.1);\r
399 \r
400         //recurse to convert the new path resulting from the sbasis to svgd\r
401         for(Geom::Path::iterator iter = sbasis_path.begin(); iter != sbasis_path.end(); ++iter) {\r
402             geom_curve_bbox_wind_distance(*iter, m, pt, bbox, wind, dist, tolerance, viewbox, p0);\r
403         }\r
404     }\r
405 }\r
406 \r
407 /* Calculates...\r
408    and returns ... in *wind and the distance to ... in *dist.\r
409    Returns bounding box in *bbox if bbox!=NULL.\r
410  */\r
411 void\r
412 pathv_matrix_point_bbox_wind_distance (Geom::PathVector const & pathv, Geom::Matrix const &m, Geom::Point const &pt,\r
413                          Geom::Rect *bbox, int *wind, Geom::Coord *dist,\r
414                          Geom::Coord tolerance, Geom::Rect const *viewbox)\r
415 {\r
416     if (pathv.empty()) {\r
417         if (wind) *wind = 0;\r
418         if (dist) *dist = NR_HUGE;\r
419         return;\r
420     }\r
421 \r
422     // remember last point of last curve\r
423     Geom::Point p0(0,0);\r
424 \r
425     // remembering the start of subpath\r
426     Geom::Point p_start(0,0);\r
427     bool start_set = false;\r
428 \r
429     for (Geom::PathVector::const_iterator it = pathv.begin(); it != pathv.end(); ++it) {\r
430 \r
431         if (start_set) { // this is a new subpath\r
432             if (wind && (p0 != p_start)) // for correct fill picking, each subpath must be closed\r
433                 geom_line_wind_distance (p0[X], p0[Y], p_start[X], p_start[Y], pt, wind, dist);\r
434         }\r
435         p0 = it->initialPoint() * m;\r
436         p_start = p0;\r
437         start_set = true;\r
438         if (bbox) {\r
439             bbox->expandTo(p0);\r
440         }\r
441 \r
442         // loop including closing segment if path is closed\r
443         for (Geom::Path::const_iterator cit = it->begin(); cit != it->end_default(); ++cit) {\r
444             geom_curve_bbox_wind_distance(*cit, m, pt, bbox, wind, dist, tolerance, viewbox, p0);\r
445         }\r
446     }\r
447 \r
448     if (start_set) { \r
449         if (wind && (p0 != p_start)) // for correct picking, each subpath must be closed\r
450             geom_line_wind_distance (p0[X], p0[Y], p_start[X], p_start[Y], pt, wind, dist);\r
451     }\r
452 }\r
453 \r
454 // temporary wrapper\r
455 void\r
456 pathv_matrix_point_bbox_wind_distance (Geom::PathVector const & pathv, NR::Matrix const &m, NR::Point const &pt,\r
457                          NR::Rect *bbox, int *wind, NR::Coord *dist,\r
458                          NR::Coord tolerance, NR::Rect const *viewbox)\r
459 {\r
460     Geom::Rect _bbox;\r
461     if (bbox)\r
462         _bbox = to_2geom(*bbox);\r
463     Geom::Coord _dist;\r
464     if (dist)\r
465         _dist = *dist;\r
466     Geom::Rect _viewbox;\r
467     if (viewbox)\r
468         _viewbox = to_2geom(*viewbox);\r
469 \r
470     pathv_matrix_point_bbox_wind_distance( pathv, to_2geom(m), to_2geom(pt),\r
471                                            bbox ? &_bbox : NULL,\r
472                                            wind,\r
473                                            dist ? &_dist : NULL,\r
474                                            tolerance,\r
475                                            viewbox ? &_viewbox : NULL );\r
476 \r
477     if (bbox)\r
478         *bbox = from_2geom(_bbox);\r
479     if (dist)\r
480         *dist = _dist;\r
481 }\r
482 //#################################################################################\r
483 \r
484 \r
485 \r
486 \r
487 /*\r
488   Local Variables:\r
489   mode:c++\r
490   c-file-style:"stroustrup"\r
491   c-file-offsets:((innamespace . 0)(inline-open . 0)(case-label . +))\r
492   indent-tabs-mode:nil\r
493   fill-column:99\r
494   End:\r
495 */\r
496 // vim: filetype=cpp:expandtab:shiftwidth=4:tabstop=8:softtabstop=4:encoding=utf-8:textwidth=99 :\r