lib/gfxtools.c

   1 /* gfxtools.c
   2
   3    Various utility functions for dealing with gfxdevices.
   4
   5    Part of the swftools package.
   6
   7    Copyright (c) 2005 Matthias Kramm <kramm@quiss.org>
   8
   9    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10    it under the terms of the GNU General Public License as published by
  11    the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  12    (at your option) any later version.
  13
  14    This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17    GNU General Public License for more details.
  18
  19    You should have received a copy of the GNU General Public License
  20    along with this program; if not, write to the Free Software
  21    Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA */
  22
  23 #include <stdio.h>
  24 #include <memory.h>
  25 #include <math.h>
  26 #include <assert.h>
  27 #include "gfxtools.h"
  28
  29 typedef struct _linedraw_internal
  30 {
  31     gfxline_t*start;
  32     gfxline_t*next;
  33 } linedraw_internal_t;
  34
  35 static void linedraw_moveTo(gfxdrawer_t*d, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
  36 {
  37     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
  38     gfxline_t*l = rfx_alloc(sizeof(gfxline_t));
  39     l->type = gfx_moveTo;
  40     if((int)((d->x * 5120) == (int)(x * 5120)) &&
  41        (int)((d->y * 5120) == (int)(y * 5120))) {
  42         /* never mind- we're already there */
  43         return;
  44
  45     }
  46     d->x = l->x = x;
  47     d->y = l->y = y;
  48     l->next = 0;
  49     if(i->next)
  50         i->next->next = l;
  51     i->next = l;
  52     if(!i->start)
  53         i->start = l;
  54 }
  55 static void linedraw_lineTo(gfxdrawer_t*d, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
  56 {
  57     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
  58     gfxline_t*l = rfx_alloc(sizeof(gfxline_t));
  59     l->type = gfx_lineTo;
  60     d->x = l->x = x;
  61     d->y = l->y = y;
  62     l->next = 0;
  63     if(i->next)
  64         i->next->next = l;
  65     i->next = l;
  66     if(!i->start)
  67         i->start = l;
  68 }
  69 static void linedraw_splineTo(gfxdrawer_t*d, gfxcoord_t sx, gfxcoord_t sy, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
  70 {
  71     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
  72     gfxline_t*l = rfx_alloc(sizeof(gfxline_t));
  73     l->type = gfx_splineTo;
  74     d->x = l->x = x;
  75     d->y = l->y = y;
  76     l->sx = sx;
  77     l->sy = sy;
  78     l->next = 0;
  79     if(i->next)
  80         i->next->next = l;
  81     i->next = l;
  82     if(!i->start)
  83         i->start = l;
  84 }
  85 static void* linedraw_result(gfxdrawer_t*d)
  86 {
  87     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
  88     void*result = (void*)i->start;
  89     rfx_free(i);
  90     memset(d, 0, sizeof(gfxdrawer_t));
  91     return result;
  92 }
  93
  94 void gfxdrawer_target_gfxline(gfxdrawer_t*d)
  95 {
  96     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)rfx_calloc(sizeof(linedraw_internal_t));
  97     d->internal = i;
  98     d->moveTo = linedraw_moveTo;
  99     d->lineTo = linedraw_lineTo;
 100     d->splineTo = linedraw_splineTo;
 101     d->result = linedraw_result;
 102 }
 103
 104 typedef struct _qspline_abc
 105 {
 106     double ax,bx,cx;
 107     double ay,by,cy;
 108 } qspline_abc_t;
 109
 110 typedef struct qspline_t
 111 {
 112     gfxpoint_t start;
 113     gfxpoint_t control;
 114     gfxpoint_t end;
 115 } qspline_t;
 116
 117 typedef struct cspline_t
 118 {
 119     gfxpoint_t start;
 120     gfxpoint_t control1;
 121     gfxpoint_t control2;
 122     gfxpoint_t end;
 123 } cspline_t;
 124
 125 static void mkspline(qspline_abc_t*s, double x, double y, gfxline_t*l)
 126 {
 127     /*
 128        Form 1: x = t*t*l->x + 2*t*(1-t)*l->sx + (1-t)*(1-t)*x;
 129        Form 2: x = a*t*t + b*t + c
 130     */
 131     s->cx = x; s->bx = 2*l->sx - 2*x; s->ax = l->x - 2*l->sx + x;
 132     s->cy = y; s->by = 2*l->sy - 2*y; s->ay = l->y - 2*l->sy + y;
 133 }
 134
 135 static void spline_get_controlpoint(qspline_abc_t*q, double t1, double t2, double*dx, double*dy)
 136 {
 137     double dt = t2-t1;
 138     double nax = q->ax*dt*dt;
 139     double nay = q->ay*dt*dt;
 140     double nbx = 2*q->ax*dt*t1 + q->bx*dt;
 141     double nby = 2*q->ay*dt*t1 + q->by*dt;
 142     double ncx = q->ax*t1*t1 + q->bx*t1 + q->cx;
 143     double ncy = q->ay*t1*t1 + q->by*t1 + q->cy;
 144     *dx = ncx + nbx/2;
 145     *dy = ncy + nby/2;
 146 }
 147
 148 static double get_spline_len(qspline_abc_t*s)
 149 {
 150     int parts = (int)(sqrt(fabs(s->ax) + fabs(s->ay))*3);
 151     int i;
 152     double len = 0;
 153     double r;
 154     double r2;
 155     if(parts < 3) parts = 3;
 156     r = 1.0/parts;
 157     r2 = 1.0/(parts*parts);
 158     for(i=0;i<parts;i++)
 159     {
 160         double dx = s->ax*(2*i+1)*r2 + s->bx*r;
 161         double dy = s->ay*(2*i+1)*r2 + s->by*r;
 162         len += sqrt(dx*dx+dy*dy);
 163     }
 164     /*printf("Spline from %f,%f to %f,%f has len %f (%f)\n", s->cx, s->cy,
 165             s->cx + s->bx + s->ax,
 166             s->cy + s->by + s->ay, len,
 167             sqrt((s->bx + s->ax)*(s->bx + s->ax) + (s->by + s->ay)*(s->by + s->ay))
 168             );
 169     assert(len+0.5 >= sqrt((s->bx + s->ax)*(s->bx + s->ax) + (s->by + s->ay)*(s->by + s->ay)));
 170      */
 171     return len;
 172 }
 173
 174 void gfxtool_draw_dashed_line(gfxdrawer_t*d, gfxline_t*line, float*r, float phase)
 175 {
 176     double x=0,y=0;
 177     double linepos,nextpos;
 178     char on;
 179     int apos;
 180
 181     if(line && line->type != gfx_moveTo) {
 182         fprintf(stderr, "gfxtool: outline doesn't start with a moveTo");
 183         return;
 184     }
 185     if(!r || r[0]<0 || phase<0) {
 186         fprintf(stderr, "gfxtool: invalid dashes");
 187         return;
 188     }
 189
 190     for(;line;line=line->next) {
 191         if(line->type == gfx_moveTo) {
 192             d->moveTo(d, line->x, line->y);
 193             on = 1; nextpos = r[0]; apos = 0; linepos = 0;
 194             x = line->x; y = line->y;
 195             while(linepos < phase) {
 196                 //printf("[+] linepos: %f, phase: %f, on:%d, apos:%d nextpos:%f\n", linepos, phase, on, apos, nextpos);
 197                 linepos += r[apos];
 198                 if(linepos < phase) {
 199                     on ^= 1;
 200                     if(r[++apos]<0)
 201                         apos = 0;
 202                     nextpos += r[apos];
 203                 }
 204             }
 205             linepos = phase;
 206             //printf("[k] linepos: %f, phase: %f, on:%d, apos:%d nextpos:%f \n", linepos, phase, on, apos, nextpos);
 207         } else if(line->type == gfx_lineTo) {
 208             double dx = line->x - x;
 209             double dy = line->y - y;
 210             double len = sqrt(dx*dx+dy*dy);
 211             double vx;
 212             double vy;
 213             double lineend = linepos+len;
 214             if(len==0)
 215                 continue;
 216             vx = dx/len;
 217             vy = dy/len;
 218             assert(nextpos>=linepos);
 219             //printf("(line) on:%d apos: %d nextpos: %f, line pos: %f, line end: %f\n", on, apos, nextpos, linepos, linepos+len);
 220             while(nextpos<lineend) {
 221                 double nx = x + vx*(nextpos-linepos);
 222                 double ny = y + vy*(nextpos-linepos);
 223                 if(on) {d->lineTo(d, nx,ny);/*printf("lineTo %f\n", nextpos);*/}
 224                 else   {d->moveTo(d, nx,ny);/*printf("moveTo %f\n", nextpos);*/}
 225                 on^=1;
 226                 if(r[++apos]<0)
 227                     apos = 0;
 228                 nextpos+=r[apos];
 229             }
 230             linepos = lineend;
 231             if(on) {
 232                 //printf("lineTo %f\n", 1.0);
 233                 d->lineTo(d, line->x,line->y);
 234             }
 235             x = line->x; y = line->y;
 236         } else if(line->type == gfx_splineTo) {
 237             qspline_abc_t q;
 238             double len, lineend,lastt;
 239             mkspline(&q, x, y, line);
 240
 241             len = get_spline_len(&q);
 242             //printf("%f %f -> %f %f, len: %f\n", x, y, line->x, line->y, len);
 243             if(len==0)
 244                 continue;
 245             lineend = linepos+len;
 246             lastt = 0;
 247             if(nextpos<linepos)
 248                 printf("%f !< %f\n", nextpos, linepos);
 249             assert(nextpos>=linepos);
 250             //printf("(spline) on:%d apos: %d nextpos: %f, line pos: %f, line end: %f\n", on, apos, nextpos, linepos, linepos+len);
 251             while(nextpos<lineend) {
 252                 double t = (nextpos-linepos)/len;
 253                 //printf("%f (%f-%f) apos=%d r[apos]=%f\n", t, nextpos, linepos, apos, r[apos]);
 254                 double nx = q.ax*t*t+q.bx*t+q.cx;
 255                 double ny = q.ay*t*t+q.by*t+q.cy;
 256                 if(on) {
 257                     double sx,sy;
 258                     spline_get_controlpoint(&q, lastt, t, &sx, &sy);
 259                     d->splineTo(d, sx, sy, nx,ny);
 260                     //printf("splineTo %f\n", nextpos);
 261                 } else  {
 262                     d->moveTo(d, nx,ny);
 263                     //printf("moveTo %f\n", nextpos);
 264                 }
 265                 lastt =  t;
 266                 on^=1;
 267                 if(r[++apos]<0)
 268                     apos = 0;
 269                 nextpos+=r[apos];
 270             }
 271             linepos = lineend;
 272             if(on) {
 273                 double sx,sy;
 274                 spline_get_controlpoint(&q, lastt, 1, &sx, &sy);
 275                 d->splineTo(d, sx, sy, line->x,line->y);
 276                 //printf("splineTo %f\n", 1.0);
 277             }
 278             x = line->x; y = line->y;
 279         }
 280     }
 281 }
 282
 283 gfxline_t * gfxline_clone(gfxline_t*line)
 284 {
 285     gfxline_t*dest = 0;
 286     gfxline_t*pos = 0;
 287     while(line) {
 288         gfxline_t*n = rfx_calloc(sizeof(gfxline_t));
 289         *n = *line;
 290         n->next = 0;
 291         if(!pos) {
 292             dest = pos = n;
 293         } else {
 294             pos->next = n;
 295             pos = n;
 296         }
 297         line = line->next;
 298     }
 299     return dest;
 300 }
 301
 302 gfxline_t* gfxtool_dash_line(gfxline_t*line, float*dashes, float phase)
 303 {
 304     gfxdrawer_t d;
 305     gfxline_t*result;
 306     gfxdrawer_target_gfxline(&d);
 307     gfxtool_draw_dashed_line(&d, line, dashes, phase);
 308     result= (gfxline_t*)d.result(&d);
 309     return result;
 310 }
 311
 312 void gfxline_show(gfxline_t*l, FILE*fi)
 313 {
 314     while(l) {
 315         if(l->type == moveTo) {
 316             fprintf(fi, "moveTo %.2f,%.2f\n", l->x, l->y);
 317         }
 318         if(l->type == lineTo) {
 319             fprintf(fi, "lineTo %.2f,%.2f\n", l->x, l->y);
 320         }
 321         if(l->type == splineTo) {
 322             fprintf(fi, "splineTo %.2f,%.2f %.2f,%.2f\n", l->sx, l->sy, l->x, l->y);
 323         }
 324         l = l->next;
 325     }
 326 }
 327
 328 void gfxline_free(gfxline_t*l)
 329 {
 330     gfxline_t*next;
 331     while(l) {
 332         next = l->next;
 333         l->next = 0;
 334         rfx_free(l);
 335         l = next;
 336     }
 337 }
 338
 339 static inline gfxpoint_t cspline_getpoint(const struct cspline_t*s, double t)
 340 {
 341     gfxpoint_t p;
 342     double tt = t*t;
 343     double ttt = tt*t;
 344     double mt = (1-t);
 345     double mtmt = mt*(1-t);
 346     double mtmtmt = mtmt*(1-t);
 347     p.x= s->end.x*ttt + 3*s->control2.x*tt*mt
 348             + 3*s->control1.x*t*mtmt + s->start.x*mtmtmt;
 349     p.y= s->end.y*ttt + 3*s->control2.y*tt*mt
 350             + 3*s->control1.y*t*mtmt + s->start.y*mtmtmt;
 351     return p;
 352 }
 353 static gfxpoint_t qspline_getpoint(const qspline_t*s, double t)
 354 {
 355     gfxpoint_t p;
 356     p.x= s->end.x*t*t + 2*s->control.x*t*(1-t) + s->start.x*(1-t)*(1-t);
 357     p.y= s->end.y*t*t + 2*s->control.y*t*(1-t) + s->start.y*(1-t)*(1-t);
 358     return p;
 359 }
 360
 361 static int approximate3(const cspline_t*s, qspline_t*q, int size, double quality2)
 362 {
 363     unsigned int gran = 0;
 364     unsigned int istep = 0x80000000;
 365     unsigned int istart = 0;
 366     int num = 0;
 367     int level = 0;
 368
 369     while(istart<0x80000000)
 370     {
 371         unsigned int iend = istart + istep;
 372         double start = istart/(double)0x80000000;
 373         double end = iend/(double)0x80000000;
 374         qspline_t test;
 375         double pos,qpos;
 376         char left = 0,recurse=0;
 377         int t;
 378         int probes = 15;
 379         double dx,dy;
 380
 381         /* create simple approximation: a qspline_t which run's through the
 382            qspline_t point at 0.5 */
 383         test.start = cspline_getpoint(s, start);
 384         test.control = cspline_getpoint(s, (start+end)/2);
 385         test.end = cspline_getpoint(s, end);
 386         /* fix the control point:
 387            move it so that the new spline does runs through it */
 388         test.control.x = -(test.end.x + test.start.x)/2 + 2*(test.control.x);
 389         test.control.y = -(test.end.y + test.start.y)/2 + 2*(test.control.y);
 390
 391         /* depending on where we are in the spline, we either try to match
 392            the left or right tangent */
 393         if(start<0.5)
 394             left=1;
 395         /* get derivative */
 396         pos = left?start:end;
 397         qpos = pos*pos;
 398         test.control.x = s->end.x*(3*qpos) + 3*s->control2.x*(2*pos-3*qpos) +
 399                     3*s->control1.x*(1-4*pos+3*qpos) + s->start.x*(-3+6*pos-3*qpos);
 400         test.control.y = s->end.y*(3*qpos) + 3*s->control2.y*(2*pos-3*qpos) +
 401                     3*s->control1.y*(1-4*pos+3*qpos) + s->start.y*(-3+6*pos-3*qpos);
 402         if(left) {
 403             test.control.x *= (end-start)/2;
 404             test.control.y *= (end-start)/2;
 405             test.control.x += test.start.x;
 406             test.control.y += test.start.y;
 407         } else {
 408             test.control.x *= -(end-start)/2;
 409             test.control.y *= -(end-start)/2;
 410             test.control.x += test.end.x;
 411             test.control.y += test.end.y;
 412         }
 413
 414 //#define PROBES
 415 #ifdef PROBES
 416         /* measure the spline's accurancy, by taking a number of probes */
 417         for(t=0;t<probes;t++) {
 418             gfxpoint_t qr1,qr2,cr1,cr2;
 419             double pos = 0.5/(probes*2)*(t*2+1);
 420             double dx,dy;
 421             double dist1,dist2;
 422             qr1 = qspline_getpoint(&test, pos);
 423             cr1 = cspline_getpoint(s, start+pos*(end-start));
 424
 425             dx = qr1.x - cr1.x;
 426             dy = qr1.y - cr1.y;
 427             dist1 = dx*dx+dy*dy;
 428
 429             if(dist1>quality2) {
 430                 recurse=1;break;
 431             }
 432             qr2 = qspline_getpoint(&test, (1-pos));
 433             cr2 = cspline_getpoint(s, start+(1-pos)*(end-start));
 434
 435             dx = qr2.x - cr2.x;
 436             dy = qr2.y - cr2.y;
 437             dist2 = dx*dx+dy*dy;
 438
 439             if(dist2>quality2) {
 440                 recurse=1;break;
 441             }
 442         }
 443 #else // quadratic error: *much* faster!
 444
 445         /* convert control point representation to
 446            d*x^3 + c*x^2 + b*x + a */
 447         dx= s->end.x  - s->control2.x*3 + s->control1.x*3 - s->start.x;
 448         dy= s->end.y  - s->control2.y*3 + s->control1.y*3 - s->start.y;
 449
 450         /* we need to do this for the subspline between [start,end], not [0,1]
 451            as a transformation of t->a*t+b does nothing to highest coefficient
 452            of the spline except multiply it with a^3, we just need to modify
 453            d here. */
 454         {double m = end-start;
 455          dx*=m*m*m;
 456          dy*=m*m*m;
 457         }
 458
 459         /* use the integral over (f(x)-g(x))^2 between 0 and 1
 460            to measure the approximation quality.
 461            (it boils down to const*d^2) */
 462         recurse = (dx*dx + dy*dy > quality2);
 463 #endif
 464
 465         if(recurse && istep>1 && size-level > num) {
 466             istep >>= 1;
 467             level++;
 468         } else {
 469             *q++ = test;
 470             num++;
 471             istart += istep;
 472             while(!(istart & istep)) {
 473                 level--;
 474                 istep <<= 1;
 475             }
 476         }
 477     }
 478     return num;
 479 }
 480
 481 void gfxdraw_conicTo(gfxdrawer_t*draw, double cx, double cy, double tox, double toy)
 482 {
 483     double c1x = (draw->x + 2 * cx) / 3;
 484     double c1y = (draw->y + 2 * cy) / 3;
 485     double c2x = (2 * cx + tox) / 3;
 486     double c2y = (2 * cy + toy) / 3;
 487     gfxdraw_cubicTo(draw, c1x, c1y, c2x, c2y, tox, toy);
 488 }
 489
 490
 491 void gfxdraw_cubicTo(gfxdrawer_t*draw, double c1x, double c1y, double c2x, double c2y, double x, double y)
 492 {
 493     qspline_t q[128];
 494     cspline_t c;
 495     double maxerror = 0.01;
 496     int t,num;
 497
 498     c.start.x = draw->x;
 499     c.start.y = draw->y;
 500     c.control1.x = c1x;
 501     c.control1.y = c1y;
 502     c.control2.x = c2x;
 503     c.control2.y = c2y;
 504     c.end.x = x;
 505     c.end.y = y;
 506
 507     num = approximate3(&c, q, 128, maxerror);
 508
 509     for(t=0;t<num;t++) {
 510         gfxpoint_t mid;
 511         gfxpoint_t to;
 512         mid.x = q[t].control.x;
 513         mid.y = q[t].control.y;
 514         to.x = q[t].end.x;
 515         to.y = q[t].end.y;
 516         draw->splineTo(draw, mid.x, mid.y, to.x, to.y);
 517     }
 518 }
 519
 520 gfxbbox_t gfxbbox_expand_to_point(gfxbbox_t box, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
 521 {
 522     if(box.xmin==0 && box.ymin==0 && box.xmax==0 && box.ymax==0) {
 523         box.xmin = x;
 524         box.ymin = y;
 525         box.xmax = x;
 526         box.ymax = y;
 527         if(x==0 && y==0) box.xmax = 0.0000001;
 528         return box;
 529     }
 530     if(x < box.xmin)
 531         box.xmin = x;
 532     if(x > box.xmax)
 533         box.xmax = x;
 534     if(y < box.ymin)
 535         box.ymin = y;
 536     if(y > box.ymax)
 537         box.ymax = y;
 538     return box;
 539 }
 540
 541 gfxbbox_t gfxline_getbbox(gfxline_t*line)
 542 {
 543     gfxcoord_t x=0,y=0;
 544     gfxbbox_t bbox = {0,0,0,0};
 545     char last = 0;
 546     while(line) {
 547         if(line->type == gfx_moveTo) {
 548             last = 1;
 549         } else if(line->type == gfx_lineTo) {
 550             if(last) bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, x, y);
 551             bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, line->x, line->y);
 552             last = 0;
 553         } else if(line->type == gfx_splineTo) {
 554             if(last) bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, x, y);
 555             bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, line->sx, line->sy);
 556             bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, line->x, line->y);
 557             last = 0;
 558         }
 559         x = line->x;
 560         y = line->y;
 561         line = line->next;
 562     }
 563     return bbox;
 564 }
 565
 566 void gfxline_dump(gfxline_t*line, FILE*fi, char*prefix)
 567 {
 568     while(line) {
 569         if(line->type == gfx_moveTo) {
 570             fprintf(fi, "%smoveTo %.2f %.2f\n", prefix, line->x, line->y);
 571         } else if(line->type == gfx_lineTo) {
 572             fprintf(fi, "%slineTo %.2f %.2f\n", prefix, line->x, line->y);
 573         } else if(line->type == gfx_splineTo) {
 574             fprintf(fi, "%ssplineTo (%.2f %.2f) %.2f %.2f\n", prefix, line->sx, line->sy, line->x, line->y);
 575         }
 576         line = line->next;
 577     }
 578 }
 579
 580 gfxline_t* gfxline_append(gfxline_t*line1, gfxline_t*line2)
 581 {
 582     gfxline_t*l = line1;;
 583     if(!l)
 584         return line2;
 585     while(l->next) {
 586         l = l->next;
 587     }
 588     l->next = line2;
 589     return line1;
 590 }
 591
 592 void gfxline_transform(gfxline_t*line, gfxmatrix_t*matrix)
 593 {
 594     while(line) {
 595         double x = matrix->m00*line->x + matrix->m10*line->y + matrix->tx;
 596         double y = matrix->m01*line->x + matrix->m11*line->y + matrix->ty;
 597         line->x = x;
 598         line->y = y;
 599         if(line->type == gfx_splineTo) {
 600             double sx = matrix->m00*line->sx + matrix->m10*line->sy + matrix->tx;
 601             double sy = matrix->m01*line->sx + matrix->m11*line->sy + matrix->ty;
 602             line->sx = sx;
 603             line->sy = sy;
 604         }
 605         line = line->next;
 606     }
 607 }
 608
 609 void gfxmatrix_dump(gfxmatrix_t*m, FILE*fi, char*prefix)
 610 {
 611     fprintf(fi, "%f %f | %f\n", m->m00, m->m10, m->tx);
 612     fprintf(fi, "%f %f | %f\n", m->m01, m->m11, m->ty);
 613 }