source: GTP/trunk/Lib/Vis/Preprocessing/src/GvsPreprocessor.cpp @ 1933

Revision 1933, 18.2 KB checked in by mattausch, 17 years ago (diff)

worked on gvs reverse sampling (still in debug state)

  • Property svn:executable set to *
Line 
1#include "Environment.h"
2#include "GvsPreprocessor.h"
3#include "GlRenderer.h"
4#include "VssRay.h"
5#include "ViewCellsManager.h"
6#include "Triangle3.h"
7#include "IntersectableWrapper.h"
8#include "Plane3.h"
9#include "RayCaster.h"
10#include "Exporter.h"
11#include "SamplingStrategy.h"
12
13
14namespace GtpVisibilityPreprocessor
15{
16 
17struct VizStruct
18{
19        Polygon3 *enlargedTriangle;
20        Triangle3 originalTriangle;
21        VssRay *ray;
22};
23
24static vector<VizStruct> vizContainer;
25
26GvsPreprocessor::GvsPreprocessor():
27Preprocessor(),
28//mSamplingType(SamplingStrategy::DIRECTION_BASED_DISTRIBUTION),
29mSamplingType(SamplingStrategy::DIRECTION_BOX_BASED_DISTRIBUTION),
30mSampleContriPerPass(0),
31mTotalSampleContri(0),
32mReverseSamples(0),
33mBorderSamples(0)
34{
35        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.totalSamples", mTotalSamples);
36        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.initialSamples", mInitialSamples);
37        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.samplesPerPass", mSamplesPerPass);
38        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("GvsPreprocessor.epsilon", mEps);
39        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("GvsPreprocessor.threshold", mThreshold);   
40
41        Debug << "Gvs preprocessor options" << endl;
42        Debug << "number of total samples: " << mTotalSamples << endl;
43        Debug << "number of initial samples: " << mInitialSamples << endl;
44        Debug << "number of samples per pass: " << mSamplesPerPass << endl;
45        Debug << "threshold: " << mThreshold << endl;
46        Debug << "eps: " << mEps << endl;
47
48        mGvsStats.open("gvspreprocessor.log");
49}
50
51
52bool GvsPreprocessor::CheckDiscontinuity(const VssRay &currentRay,
53                                                                                 const Triangle3 &hitTriangle,
54                                                                                 const VssRay &oldRay)
55{
56        // the predicted hitpoint: we expect to hit the same mesh again
57        const Vector3 predictedHit = CalcPredictedHitPoint(currentRay, hitTriangle, oldRay);
58
59        const float predictedLen = Magnitude(predictedHit - currentRay.mOrigin);
60        const float len = Magnitude(currentRay.mTermination - currentRay.mOrigin);
61       
62        // distance large => this is likely to be a discontinuity
63#if 1
64        if ((predictedLen - len) > mThreshold)
65#else // rather use relative distance
66        if ((predictedLen / len) > mThreshold)
67#endif
68        {
69                cout << "d";
70                // apply reverse sampling to find the gap
71                VssRay *newRay = ReverseSampling(currentRay, hitTriangle, oldRay);
72
73                if (!newRay)
74                        return false;
75
76                // set flag for visualization
77                newRay->mFlags |= VssRay::ReverseSample;
78               
79                // if ray is not further processed => can delete ray
80                if (!HandleRay(newRay))
81                {
82                        delete newRay;
83                }
84                else if (mVssRays.size() < 3)
85                {
86                        mVssRays.push_back(new VssRay(oldRay));
87                        mVssRays.push_back(new VssRay(currentRay));
88                        mVssRays.push_back(new VssRay(*newRay));
89                }
90
91                return true;
92        }
93
94        return false;
95}
96
97
98bool GvsPreprocessor::HandleRay(VssRay *vssRay)
99{
100        // compute the contribution to the view cells
101        const bool storeRaysForViz = true;
102
103        mViewCellsManager->ComputeSampleContribution(*vssRay,
104                                                                                                 true,
105                                                                                                 storeRaysForViz);
106
107        // some pvs contribution for this ray?
108        if (vssRay->mPvsContribution > 0)
109        {
110                // add new ray to ray queue
111                mRayQueue.push(vssRay);
112
113                if (storeRaysForViz)
114                {
115                        VssRay *nray = new VssRay(*vssRay);
116                        nray->mFlags = vssRay->mFlags;
117
118                        // store ray in contributing view cell
119                        ViewCellContainer::const_iterator vit, vit_end = vssRay->mViewCells.end();
120                        for (vit = vssRay->mViewCells.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
121                        {                       
122                                (*vit)->GetOrCreateRays()->push_back(nray);                             
123                        }
124                }
125
126                //mVssRays.push_back(new VssRay(*vssRay));
127        ++ mSampleContriPerPass;
128
129                return true;
130        }
131
132        return false;
133}
134
135
136/** Creates 3 new vertices for triangle vertex with specified index.
137*/
138void GvsPreprocessor::CreateDisplacedVertices(VertexContainer &vertices,
139                                                                                          const Triangle3 &hitTriangle,
140                                                                                          const VssRay &ray,
141                                                                                          const int index) const
142{
143        const int indexU = (index + 1) % 3;
144        const int indexL = (index == 0) ? 2 : index - 1;
145
146        const Vector3 a = hitTriangle.mVertices[index] - ray.GetOrigin();
147        const Vector3 b = hitTriangle.mVertices[indexU] - hitTriangle.mVertices[index];
148        const Vector3 c = hitTriangle.mVertices[index] - hitTriangle.mVertices[indexL];
149       
150        const float len = Magnitude(a);
151       
152        const Vector3 dir1 = Normalize(CrossProd(a, b)); //N((pi-xp)×(pi+1- pi));
153        const Vector3 dir2 = Normalize(CrossProd(a, c)); // N((pi-xp)×(pi- pi-1))
154        const Vector3 dir3 = DotProd(dir2, dir1) > 0 ? // N((pi-xp)×di,i-1+di,i+1×(pi-xp))
155                Normalize(dir2 + dir1) : Normalize(CrossProd(a, dir1) + CrossProd(dir2, a));
156
157        // compute the new three hit points
158        // pi, i + 1:  pi+ e·|pi-xp|·di, j
159        const Vector3 pt1 = hitTriangle.mVertices[index] + mEps * len * dir1;
160        // pi, i - 1:  pi+ e·|pi-xp|·di, j
161    const Vector3 pt2 = hitTriangle.mVertices[index] + mEps * len * dir2;
162        // pi, i:  pi+ e·|pi-xp|·di, j
163        const Vector3 pt3 = hitTriangle.mVertices[index] + mEps * len * dir3;
164       
165        vertices.push_back(pt2);
166        vertices.push_back(pt3);
167        vertices.push_back(pt1);
168}
169
170
171void GvsPreprocessor::EnlargeTriangle(VertexContainer &vertices,
172                                                                          const Triangle3 &hitTriangle,
173                                                                          const VssRay &ray) const
174{
175        CreateDisplacedVertices(vertices, hitTriangle, ray, 0);
176        CreateDisplacedVertices(vertices, hitTriangle, ray, 1);
177        CreateDisplacedVertices(vertices, hitTriangle, ray, 2);
178}
179
180
181Vector3 GvsPreprocessor::CalcPredictedHitPoint(const VssRay &newRay,
182                                                                                           const Triangle3 &hitTriangle,
183                                                                                           const VssRay &oldRay) const
184{
185        // find the intersection of the plane induced by the
186        // hit triangle with the new ray
187        Plane3 plane(hitTriangle.GetNormal(), hitTriangle.mVertices[0]);
188
189        const Vector3 hitPt =
190                plane.FindIntersection(newRay.mTermination, newRay.mOrigin);
191       
192        return hitPt;
193}
194
195
196static bool EqualVisibility(const VssRay &a, const VssRay &b)
197{
198        return a.mTerminationObject == b.mTerminationObject;
199}
200
201
202int GvsPreprocessor::SubdivideEdge(const Triangle3 &hitTriangle,
203                                                                   const Vector3 &p1,
204                                                                   const Vector3 &p2,
205                                                                   const VssRay &ray1,
206                                                                   const VssRay &ray2,
207                                                                   const VssRay &oldRay)
208{
209        CheckDiscontinuity(ray1, hitTriangle, oldRay);
210        CheckDiscontinuity(ray2, hitTriangle, oldRay);
211
212        if (EqualVisibility(ray1, ray2) || (Magnitude(p1 - p2) <= mEps))
213        {
214                return 0;
215        }
216        else
217        {
218                // the new subdivision point
219                const Vector3 p = (p1 + p2) * 0.5f;
220       
221                //cout << "tobj " << ray1.mTerminationObject << " " << ray2.mTerminationObject << " " << p1 << " " << p2 << endl;
222                //cout << "term " << ray1.mTermination << " " << ray2.mTermination << endl;
223
224                // cast ray into the new point
225                SimpleRay sray(oldRay.mOrigin, p - oldRay.mOrigin, SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
226       
227                VssRay *newRay = mRayCaster->CastRay(sray, mViewCellsManager->GetViewSpaceBox());
228
229                if (!newRay) return 0;
230
231                newRay->mFlags |= VssRay::BorderSample;
232
233                // add new ray to queue
234                const bool enqueued = HandleRay(newRay);
235               
236                // subdivide further
237                const int samples1 = SubdivideEdge(hitTriangle, p1, p, ray1, *newRay, oldRay);
238                const int samples2 = SubdivideEdge(hitTriangle, p, p2, *newRay, ray2, oldRay);
239                       
240                // this ray will not be further processed
241                if (!enqueued)
242                        delete newRay;
243               
244                return samples1 + samples2 + 1;
245        }
246}
247
248
249int GvsPreprocessor::AdaptiveBorderSampling(const VssRay &currentRay)
250{
251        Intersectable *tObj = currentRay.mTerminationObject;
252        Triangle3 hitTriangle;
253
254        // other types not implemented yet
255        if (tObj->Type() == Intersectable::TRIANGLE_INTERSECTABLE)
256        {
257                hitTriangle = dynamic_cast<TriangleIntersectable *>(tObj)->GetItem();
258        }
259        else
260        {
261                cout << "not yet implemented" << endl;
262        }
263
264        VertexContainer enlargedTriangle;
265       
266        /// create 3 new hit points for each vertex
267        EnlargeTriangle(enlargedTriangle, hitTriangle, currentRay);
268       
269        /// create rays from sample points and handle them
270        SimpleRayContainer simpleRays;
271        simpleRays.reserve(9);
272
273        //cout << "currentRay: " << currentRay.mOrigin << " dir: " << currentRay.GetDir() << endl;
274
275        VertexContainer::const_iterator vit, vit_end = enlargedTriangle.end();
276
277        for (vit = enlargedTriangle.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
278        {
279                const Vector3 rayDir = (*vit) - currentRay.GetOrigin();
280                SimpleRay sr(currentRay.GetOrigin(), rayDir, SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
281                simpleRays.AddRay(sr);
282
283                //cout << "new: " << sr.mOrigin << " dist: " << sr.mDirection << endl;
284        }
285
286        if (0)
287        {
288                // visualize enlarged triangles
289                VizStruct dummy;
290                dummy.enlargedTriangle = new Polygon3(enlargedTriangle);
291                dummy.originalTriangle = hitTriangle;
292                vizContainer.push_back(dummy);
293        }
294
295        // cast rays to triangle vertices and determine visibility
296        VssRayContainer vssRays;
297
298        // don't cast double rays as we need only the forward rays
299        const bool castDoubleRays = false;
300        // cannot prune invalid rays because we have to
301        // compare adjacent  rays.
302        const bool pruneInvalidRays = false;
303
304        CastRays(simpleRays, vssRays, castDoubleRays, pruneInvalidRays);
305
306        // set flags
307        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = vssRays.end();
308        for (rit = vssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
309        {
310                (*rit)->mFlags |= VssRay::BorderSample;
311        }
312
313        // handle rays
314        EnqueueRays(vssRays);
315       
316        const int n = (int)enlargedTriangle.size();
317        int castRays = (int)vssRays.size();
318
319    // recursivly subdivide each edge
320        for (int i = 0; i < n; ++ i)
321        {
322                castRays += SubdivideEdge(hitTriangle,
323                                                                  enlargedTriangle[i],
324                                                                  enlargedTriangle[(i + 1) % n],
325                                                                  *vssRays[i],
326                                                                  *vssRays[(i + 1) % n],
327                                                                  currentRay);
328        }
329
330        mBorderSamples += castRays;
331
332        return castRays;
333}
334
335
336/*Vector3 GvsPreprocessor::GetPassingPoint(const VssRay &currentRay,
337                                                                                 const Triangle3 &hitTriangle,
338                                                                                 const VssRay &oldRay) const
339{
340        //-- intersect triangle plane with plane spanned by current samples
341        Plane3 plane(currentRay.GetOrigin(), currentRay.GetTermination(), oldRay.GetTermination());
342        Plane3 triPlane(hitTriangle.GetNormal(), hitTriangle.mVertices[0]);
343
344        SimpleRay intersectLine = GetPlaneIntersection(plane, triPlane);
345
346        // Evaluate new hitpoint just outside the triangle
347        const float factor = 0.95f;
348        const float t = triPlane.FindT(intersectLine);
349        const Vector3 newPoint = intersectLine.mOrigin + t * factor * intersectLine.mDirection;
350
351        return newPoint;
352}*/
353
354
355Vector3 GvsPreprocessor::GetPassingPoint(const VssRay &currentRay,
356                                                                                 const Triangle3 &occluder,
357                                                                                 const VssRay &oldRay) const
358{
359        //-- The plane p = (xp, hit(x), hit(xold)) is intersected
360        //-- with the newly found occluder (xold is the previous ray from
361        //-- which x was generated). On the intersecting line, we select a point
362        //-- pnew which lies just outside of the new triangle so the ray
363        //-- just passes through the gap
364
365        const Plane3 plane(currentRay.GetOrigin(),
366                                           currentRay.GetTermination(),
367                                           oldRay.GetTermination());
368       
369        Vector3 pt1, pt2;
370
371        const bool intersects = occluder.GetPlaneIntersection(plane, pt1, pt2);
372
373        cout << "triangle: " << occluder << " pt1: " << pt1 << " pt2: " << pt2 << endl;
374        if (!intersects)
375                cerr << "big error!! no intersection" << endl;
376
377        // get the intersection point on the old ray
378        const Plane3 triPlane(occluder.GetNormal(), occluder.mVertices[0]);
379
380        const float t = triPlane.FindT(oldRay.mOrigin, oldRay.mTermination);
381        const Vector3 pt3 = oldRay.mOrigin + t * (oldRay.mTermination - oldRay.mOrigin);
382
383        // Evaluate new hitpoint just outside the triangle
384        Vector3 newPoint;
385
386        const float eps = mEps;
387        // the point is chosen to be on the side closer to the original ray
388        if (Distance(pt1, pt3) < Distance(pt2, pt3))
389        {
390                newPoint = pt1 + eps * (pt1 - pt2);
391        }       
392        else
393        {
394                newPoint = pt2 + eps * (pt2 - pt1);
395        }
396
397        cout << "passing point: " << newPoint << endl << endl;
398        return newPoint;
399}
400
401
402VssRay *GvsPreprocessor::ReverseSampling(const VssRay &currentRay,
403                                                                                 const Triangle3 &hitTriangle,
404                                                                                 const VssRay &oldRay)
405{
406        // get triangle occluding the path to the hit mesh
407        Triangle3 occluder;
408        Intersectable *tObj = currentRay.mTerminationObject;
409        // q: why can this happen?
410        if (!tObj)
411                return NULL;
412
413        // other types not implemented yet
414        if (tObj->Type() == Intersectable::TRIANGLE_INTERSECTABLE)
415                occluder = dynamic_cast<TriangleIntersectable *>(tObj)->GetItem();
416        else
417                cout << "not yet implemented" << endl;
418       
419        // get a point which is passing just outside of the occluder
420    const Vector3 newPoint = GetPassingPoint(currentRay, occluder, oldRay);
421        const Vector3 predicted = CalcPredictedHitPoint(currentRay, hitTriangle, oldRay);
422
423        //-- Construct the mutated ray with xnew,
424        //-- dir = predicted(x)- pnew as direction vector
425        const Vector3 newDir = predicted - newPoint;
426
427        // take xnew, p = intersect(viewcell, line(pnew, predicted(x)) as origin ?
428        // difficult to say!!
429        const Vector3 newOrigin = newPoint + newDir * -5000.0f;
430
431        const SimpleRay simpleRay(newOrigin, newDir, SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
432
433        VssRay *reverseRay =
434                mRayCaster->CastRay(simpleRay, mViewCellsManager->GetViewSpaceBox());
435
436    ++ mReverseSamples;
437
438        return reverseRay;
439}
440
441
442int GvsPreprocessor::CastInitialSamples(const int numSamples,
443                                                                                const int sampleType)
444{       
445        const long startTime = GetTime();
446
447        // generate simple rays
448        SimpleRayContainer simpleRays;
449        GenerateRays(numSamples, sampleType, simpleRays);
450
451        // generate vss rays
452        VssRayContainer samples;
453        CastRays(simpleRays, samples, true);
454        // add to ray queue
455        EnqueueRays(samples);
456
457        //Debug << "generated " <<  numSamples << " samples in " << TimeDiff(startTime, GetTime()) * 1e-3 << " secs" << endl;
458        return (int)samples.size();
459}
460
461
462void GvsPreprocessor::EnqueueRays(VssRayContainer &samples)
463{
464        // add samples to ray queue
465        VssRayContainer::const_iterator vit, vit_end = samples.end();
466        for (vit = samples.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
467        {
468                HandleRay(*vit);
469        }
470}
471
472
473int GvsPreprocessor::Pass()
474{
475        // reset samples
476        int castSamples = 0;
477        mSampleContriPerPass = 0;
478
479        while (castSamples < mSamplesPerPass)
480        {       
481                // Ray queue empty =>
482                // cast a number of uniform samples to fill ray queue
483                castSamples += CastInitialSamples(mInitialSamples, mSamplingType);
484                castSamples += ProcessQueue();
485                //cout << "\ncast " << castSamples << " samples in a processing pass" << endl;
486        }
487
488        mTotalSampleContri += mSampleContriPerPass;
489        return castSamples;
490}
491
492
493int GvsPreprocessor::ProcessQueue()
494{
495        int castSamples = 0;
496        ++ mGvsPass;
497
498        while (!mRayQueue.empty())
499        {
500                // handle next ray
501                VssRay *ray = mRayQueue.top();
502                mRayQueue.pop();
503
504                castSamples += AdaptiveBorderSampling(*ray);
505                delete ray;
506        }
507       
508        return castSamples;
509}
510
511
512bool GvsPreprocessor::ComputeVisibility()
513{
514        cout << "Gvs Preprocessor started\n" << flush;
515        const long startTime = GetTime();
516
517        Randomize(0);
518       
519        mPass = 0;
520        mGvsPass = 0;
521        mSampleContriPerPass = 0;
522        mTotalSampleContri = 0;
523        mReverseSamples = 0;
524        mBorderSamples = 0;
525
526        int castSamples = 0;
527
528        if (!mLoadViewCells)
529        {       
530                /// construct the view cells from the scratch
531                ConstructViewCells();
532                // reset pvs already gathered during view cells construction
533                mViewCellsManager->ResetPvs();
534                cout << "finished view cell construction" << endl;
535        }
536        else if (0)
537        {       
538                //-- test successful view cells loading by exporting them again
539                VssRayContainer dummies;
540                mViewCellsManager->Visualize(mObjects, dummies);
541                mViewCellsManager->ExportViewCells("test.xml.gz", mViewCellsManager->GetExportPvs(), mObjects);
542        }
543
544        while (castSamples < mTotalSamples)
545        {
546                castSamples += Pass();
547                               
548                ////////
549                //-- stats
550
551                cout << "\nPass " << mPass << " #samples: " << castSamples << " of " << mTotalSamples << endl;
552                //mVssRays.PrintStatistics(mGvsStats);
553                mGvsStats
554                        << "#Pass\n" << mPass << endl
555                        << "#Time\n" << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << endl
556                        << "#TotalSamples\n" << castSamples << endl
557                        << "#ScDiff\n" << mSampleContriPerPass << endl
558                        << "#SamplesContri\n" << mTotalSampleContri << endl
559                        << "#ReverseSamples\n" << mReverseSamples << endl
560                        << "#BorderSamples\n" << mBorderSamples << endl                 
561                        << "#GvsRuns\n" << mGvsPass << endl;
562
563                mViewCellsManager->PrintPvsStatistics(mGvsStats);
564
565                char str[64]; sprintf(str, "tmp/pass%04d-", mPass);
566               
567        // visualization
568                if (mSampleContriPerPass > 0)
569                {
570                        const bool exportRays = true;
571                        const bool exportPvs = true;
572
573                        mViewCellsManager->ExportSingleViewCells(mObjects, 10, false, exportPvs, exportRays, 1000, str);
574                }
575
576                // remove pass samples
577                ViewCellContainer::const_iterator vit, vit_end = mViewCellsManager->GetViewCells().end();
578                for (vit = mViewCellsManager->GetViewCells().begin(); vit != vit_end; ++ vit)
579                {
580                        (*vit)->DelRayRefs();
581                }
582
583                //CLEAR_CONTAINER(mVssRays);
584                // ComputeRenderError();
585                ++ mPass;
586        }
587
588        cout << "cast " << 2 * castSamples / (1e3f * TimeDiff(startTime, GetTime())) << "M rays/s" << endl;
589        Visualize();
590
591        return true;
592}
593
594
595void GvsPreprocessor::Visualize()
596{
597        Exporter *exporter = Exporter::GetExporter("gvs.wrl");
598
599        if (!exporter)
600                return;
601       
602        vector<VizStruct>::const_iterator vit, vit_end = vizContainer.end();
603        for (vit = vizContainer.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
604        {
605                exporter->SetWireframe();
606                exporter->ExportPolygon((*vit).enlargedTriangle);
607                //Material m;
608                exporter->SetFilled();
609                Polygon3 poly = Polygon3((*vit).originalTriangle);
610                exporter->ExportPolygon(&poly);
611        }
612
613        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = mVssRays.end();
614        for (rit = mVssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
615        {
616                Intersectable *obj = (*rit)->mTerminationObject;
617                exporter->ExportIntersectable(obj);
618        }
619
620        VssRayContainer vcRays, vcRays2, vcRays3;
621
622        // prepare some rays for output
623        for (rit = mVssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
624        {
625                const float p = RandomValue(0.0f, (float)mVssRays.size());
626                if (1)//(p < raysOut)
627                {
628                        if ((*rit)->mFlags & VssRay::BorderSample)
629                        {
630                                vcRays.push_back(*rit);
631                        }
632                        else if ((*rit)->mFlags & VssRay::ReverseSample)
633                        {
634                                vcRays2.push_back(*rit);
635                        }
636                        else
637                        {
638                                vcRays3.push_back(*rit);
639                        }       
640                }
641        }
642
643        exporter->ExportRays(vcRays, RgbColor(1, 0, 0));
644        exporter->ExportRays(vcRays2, RgbColor(0, 1, 0));
645        exporter->ExportRays(vcRays3, RgbColor(1, 1, 1));
646
647        //exporter->ExportRays(mVssRays);
648        delete exporter;
649}
650
651}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.