source: GTP/trunk/Lib/Vis/Preprocessing/src/VspBspTree.cpp @ 1233

Revision 1233, 98.8 KB checked in by mattausch, 18 years ago (diff)
Line 
1#include <stack>
2#include <time.h>
3#include <iomanip>
4
5#include "Plane3.h"
6#include "VspBspTree.h"
7#include "Mesh.h"
8#include "common.h"
9#include "ViewCell.h"
10#include "Environment.h"
11#include "Polygon3.h"
12#include "Ray.h"
13#include "AxisAlignedBox3.h"
14#include "Exporter.h"
15#include "Plane3.h"
16#include "ViewCellBsp.h"
17#include "ViewCellsManager.h"
18#include "Beam.h"
19
20
21
22namespace GtpVisibilityPreprocessor {
23
24
25#define USE_FIXEDPOINT_T 0
26#define COUNT_ORIGIN_OBJECTS 1
27
28       
29//-- static members
30
31int VspBspTree::sFrontId = 0;
32int VspBspTree::sBackId = 0;
33int VspBspTree::sFrontAndBackId = 0;
34
35
36
37typedef pair<BspNode *, BspNodeGeometry *> bspNodePair;
38
39
40// pvs penalty can be different from pvs size
41inline static float EvalPvsPenalty(const int pvs,
42                                                                   const int lower,
43                                                                   const int upper)
44{
45        // clamp to minmax values
46        if (pvs < lower)
47                return (float)lower;
48        if (pvs > upper)
49                return (float)upper;
50
51        return (float)pvs;
52}
53
54
55
56
57/******************************************************************************/
58/*                       class VspBspTree implementation                      */
59/******************************************************************************/
60
61
62VspBspTree::VspBspTree():
63mRoot(NULL),
64mUseAreaForPvs(false),
65mCostNormalizer(Limits::Small),
66mViewCellsManager(NULL),
67mOutOfBoundsCell(NULL),
68mStoreRays(false),
69mRenderCostWeight(0.5),
70mUseRandomAxis(false),
71mTimeStamp(1)
72{
73        bool randomize = false;
74        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.Construction.randomize", randomize);
75        if (randomize) Randomize(); // initialise random generator for heuristics
76
77        //-- termination criteria for autopartition
78        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.maxDepth", mTermMaxDepth);
79        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.minPvs", mTermMinPvs);
80        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.minRays", mTermMinRays);
81        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minProbability", mTermMinProbability);
82        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.maxRayContribution", mTermMaxRayContribution);
83        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minAccRayLenght", mTermMinAccRayLength);
84       
85        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.missTolerance", mTermMissTolerance);
86        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.maxViewCells", mMaxViewCells);
87
88        //-- max cost ratio for early tree termination
89        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.maxCostRatio", mTermMaxCostRatio);
90
91        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minGlobalCostRatio", mTermMinGlobalCostRatio);
92        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.globalCostMissTolerance", mTermGlobalCostMissTolerance);
93
94        //-- factors for bsp tree split plane heuristics
95        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Factor.pvs", mPvsFactor);
96        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.ct_div_ci", mCtDivCi);
97
98
99        //-- partition criteria
100        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.maxPolyCandidates", mMaxPolyCandidates);
101        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.maxRayCandidates", mMaxRayCandidates);
102        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.splitPlaneStrategy", mSplitPlaneStrategy);
103
104        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.epsilon", mEpsilon);
105        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.maxTests", mMaxTests);
106
107        // if only the driving axis is used for axis aligned split
108        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.splitUseOnlyDrivingAxis", mOnlyDrivingAxis);
109       
110        //-- termination criteria for axis aligned split
111        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.AxisAligned.maxRayContribution",
112                                                                mTermMaxRayContriForAxisAligned);
113        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.AxisAligned.minRays",
114                                                         mTermMinRaysForAxisAligned);
115
116        //Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.maxTotalMemory", mMaxTotalMemory);
117        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.maxStaticMemory", mMaxMemory);
118
119        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.renderCostWeight", mRenderCostWeight);
120        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.renderCostDecreaseWeight", mRenderCostDecreaseWeight);
121        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.usePolygonSplitIfAvailable", mUsePolygonSplitIfAvailable);
122
123        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.useCostHeuristics", mUseCostHeuristics);
124        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.useSplitCostQueue", mUseSplitCostQueue);
125        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.simulateOctree", mCirculatingAxis);
126        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.useRandomAxis", mUseRandomAxis);
127        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.nodePriorityQueueType", mNodePriorityQueueType);
128
129       
130        char subdivisionStatsLog[100];
131        Environment::GetSingleton()->GetStringValue("VspBspTree.subdivisionStats", subdivisionStatsLog);
132        mSubdivisionStats.open(subdivisionStatsLog);
133
134        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.minBand", mMinBand);
135        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.maxBand", mMaxBand);
136        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.Construction.useDrivingAxisForMaxCost", mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated);
137
138        //-- debug output
139
140        Debug << "******* VSP BSP options ******** " << endl;
141    Debug << "max depth: " << mTermMaxDepth << endl;
142        Debug << "min PVS: " << mTermMinPvs << endl;
143        Debug << "min probabiliy: " << mTermMinProbability << endl;
144        Debug << "min rays: " << mTermMinRays << endl;
145        Debug << "max ray contri: " << mTermMaxRayContribution << endl;
146        Debug << "max cost ratio: " << mTermMaxCostRatio << endl;
147        Debug << "miss tolerance: " << mTermMissTolerance << endl;
148        Debug << "max view cells: " << mMaxViewCells << endl;
149        Debug << "max polygon candidates: " << mMaxPolyCandidates << endl;
150        //Debug << "max plane candidates: " << mMaxRayCandidates << endl;
151        Debug << "randomize: " << randomize << endl;
152
153        Debug << "using area for pvs: " << mUseAreaForPvs << endl;
154        Debug << "render cost weight: " << mRenderCostWeight << endl;
155        Debug << "min global cost ratio: " << mTermMinGlobalCostRatio << endl;
156        Debug << "global cost miss tolerance: " << mTermGlobalCostMissTolerance << endl;
157        Debug << "only driving axis: " << mOnlyDrivingAxis << endl;
158        Debug << "max memory: " << mMaxMemory << endl;
159        Debug << "use poly split if available: " << mUsePolygonSplitIfAvailable << endl;
160        Debug << "use cost heuristics: " << mUseCostHeuristics << endl;
161        Debug << "use split cost queue: " << mUseSplitCostQueue << endl;
162        Debug << "subdivision stats log: " << subdivisionStatsLog << endl;
163        Debug << "use random axis: " << mUseRandomAxis << endl;
164        Debug << "priority queue type: " << mNodePriorityQueueType << endl;
165        Debug << "circulating axis: " << mCirculatingAxis << endl;
166        Debug << "minband: " << mMinBand << endl;
167        Debug << "maxband: " << mMaxBand << endl;
168        Debug << "use driving axis for max cost: " << mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated << endl;
169        Debug << "render cost decrease weight: " << mRenderCostDecreaseWeight << endl;
170
171        Debug << "Split plane strategy: ";
172
173        if (mSplitPlaneStrategy & RANDOM_POLYGON)
174        {
175                Debug << "random polygon ";
176        }
177        if (mSplitPlaneStrategy & AXIS_ALIGNED)
178        {
179                Debug << "axis aligned ";
180        }
181        if (mSplitPlaneStrategy & LEAST_RAY_SPLITS)
182        {
183                mCostNormalizer += mLeastRaySplitsFactor;
184                Debug << "least ray splits ";
185        }
186        if (mSplitPlaneStrategy & BALANCED_RAYS)
187        {
188                mCostNormalizer += mBalancedRaysFactor;
189                Debug << "balanced rays ";
190        }
191        if (mSplitPlaneStrategy & PVS)
192        {
193                mCostNormalizer += mPvsFactor;
194                Debug << "pvs";
195        }
196
197
198        mLocalSubdivisionCandidates = new vector<SortableEntry>;
199
200        Debug << endl;
201}
202
203
204BspViewCell *VspBspTree::GetOutOfBoundsCell()
205{
206        return mOutOfBoundsCell;
207}
208
209
210BspViewCell *VspBspTree::GetOrCreateOutOfBoundsCell()
211{
212        if (!mOutOfBoundsCell)
213        {
214                mOutOfBoundsCell = new BspViewCell();
215                mOutOfBoundsCell->SetId(-1);
216                mOutOfBoundsCell->SetValid(false);
217        }
218
219        return mOutOfBoundsCell;
220}
221
222
223const BspTreeStatistics &VspBspTree::GetStatistics() const
224{
225        return mBspStats;
226}
227
228
229VspBspTree::~VspBspTree()
230{
231        DEL_PTR(mRoot);
232        DEL_PTR(mLocalSubdivisionCandidates);
233}
234
235
236int VspBspTree::AddMeshToPolygons(Mesh *mesh,
237                                                                  PolygonContainer &polys,
238                                                                  MeshInstance *parent)
239{
240        FaceContainer::const_iterator fi;
241
242        // copy the face data to polygons
243        for (fi = mesh->mFaces.begin(); fi != mesh->mFaces.end(); ++ fi)
244        {
245                Polygon3 *poly = new Polygon3((*fi), mesh);
246
247                if (poly->Valid(mEpsilon))
248                {
249                        poly->mParent = parent; // set parent intersectable
250                        polys.push_back(poly);
251                }
252                else
253                        DEL_PTR(poly);
254        }
255        return (int)mesh->mFaces.size();
256}
257
258
259int VspBspTree::AddToPolygonSoup(const ViewCellContainer &viewCells,
260                                                                 PolygonContainer &polys,
261                                                                 int maxObjects)
262{
263        int limit = (maxObjects > 0) ?
264                Min((int)viewCells.size(), maxObjects) : (int)viewCells.size();
265
266        int polysSize = 0;
267
268        for (int i = 0; i < limit; ++ i)
269        {
270                if (viewCells[i]->GetMesh()) // copy the mesh data to polygons
271                {
272                        mBox.Include(viewCells[i]->GetBox()); // add to BSP tree aabb
273                        polysSize +=
274                                AddMeshToPolygons(viewCells[i]->GetMesh(),
275                                                                  polys,
276                                                                  viewCells[i]);
277                }
278        }
279
280        return polysSize;
281}
282
283
284int VspBspTree::AddToPolygonSoup(const ObjectContainer &objects,
285                                                                 PolygonContainer &polys,
286                                                                 int maxObjects)
287{
288        int limit = (maxObjects > 0) ?
289                Min((int)objects.size(), maxObjects) : (int)objects.size();
290
291        for (int i = 0; i < limit; ++i)
292        {
293                Intersectable *object = objects[i];//*it;
294                Mesh *mesh = NULL;
295
296                switch (object->Type()) // extract the meshes
297                {
298                case Intersectable::MESH_INSTANCE:
299                        mesh = dynamic_cast<MeshInstance *>(object)->GetMesh();
300                        break;
301                case Intersectable::VIEW_CELL:
302                        mesh = dynamic_cast<ViewCell *>(object)->GetMesh();
303                        break;
304                case Intersectable::TRANSFORMED_MESH_INSTANCE:
305                        {
306                                TransformedMeshInstance *mi = dynamic_cast<TransformedMeshInstance *>(object);
307
308                                if (!mi->GetMesh())     
309                                        break;
310                                mesh = new Mesh();
311                                mi->GetTransformedMesh(*mesh);
312                               
313                break;
314                        }
315                default:
316                        Debug << "intersectable type not supported" << endl;
317                        break;
318                }
319
320        if (mesh) // copy the mesh data to polygons
321                {
322                        mBox.Include(object->GetBox()); // add to BSP tree aabb
323                        AddMeshToPolygons(mesh, polys, NULL);
324
325                        // cleanup
326                        if (object->Type() == Intersectable::TRANSFORMED_MESH_INSTANCE)
327                                DEL_PTR(mesh);
328                }
329        }
330
331        return (int)polys.size();
332}
333
334
335void VspBspTree::ComputeBoundingBox(const VssRayContainer &sampleRays,
336                                                                        AxisAlignedBox3 *forcedBoundingBox)
337{
338        if (forcedBoundingBox)
339        {
340                mBox = *forcedBoundingBox;
341        }
342        else // compute vsp tree bounding box
343        {
344                mBox.Initialize();
345
346                VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = sampleRays.end();
347
348                //-- compute bounding box
349        for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
350                {
351                        VssRay *ray = *rit;
352
353                        // compute bounding box of view space
354                        mBox.Include(ray->GetTermination());
355                        mBox.Include(ray->GetOrigin());
356                }
357        }
358}
359
360
361void VspBspTree::Construct(const VssRayContainer &sampleRays,
362                                                   AxisAlignedBox3 *forcedBoundingBox)
363{
364        // Compute the bounding box from the rays
365        ComputeBoundingBox(sampleRays, forcedBoundingBox);
366       
367        PolygonContainer polys;
368        RayInfoContainer *rays = new RayInfoContainer();
369
370        //-- extract polygons from rays if there are polygon candidates
371        if (mMaxPolyCandidates)
372        {
373                int numObj = 0;
374
375                Intersectable::NewMail();
376
377        cout << "Extracting polygons from rays ... ";
378
379                long startTime = GetTime();
380
381        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = sampleRays.end();
382
383                //-- extract polygons intersected by the rays
384                for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
385                {
386                        VssRay *ray = *rit;
387                        Intersectable *obj = ray->mTerminationObject;
388
389                        if ((mBox.IsInside(ray->mTermination) || !forcedBoundingBox) &&
390                                obj && !obj->Mailed())
391                        {
392                                obj->Mail();
393
394                                // transformed mesh instance and mesh instance handle mesh differently
395                                if (obj->Type() == Intersectable::TRANSFORMED_MESH_INSTANCE)
396                                {
397                                        Mesh mesh;
398                               
399                                        TransformedMeshInstance *tmobj =
400                                                dynamic_cast<TransformedMeshInstance *>(obj);
401                               
402                                        tmobj->GetTransformedMesh(mesh);
403                                        AddMeshToPolygons(&mesh, polys, tmobj);
404                                }
405                                else // MeshInstance
406                                {
407                                        MeshInstance *mobj = dynamic_cast<MeshInstance *>(obj);
408                                        AddMeshToPolygons(mobj->GetMesh(), polys, mobj);
409                                }
410
411                                ++ numObj;
412
413                                //-- compute bounding box
414                                if (!forcedBoundingBox)
415                                        mBox.Include(ray->mTermination);
416                        }
417
418                        if ((mBox.IsInside(ray->mOrigin) || !forcedBoundingBox) &&
419                                ray->mOriginObject &&
420                                !ray->mOriginObject->Mailed())
421                        {               
422                                ray->mOriginObject->Mail();
423                                MeshInstance *obj = dynamic_cast<MeshInstance *>(ray->mOriginObject);
424                                AddMeshToPolygons(obj->GetMesh(), polys, obj);
425                               
426                                ++ numObj;
427                        }
428                }
429
430                // throw out unnecessary polygons
431                PreprocessPolygons(polys);
432
433                cout << "finished" << endl;
434
435                Debug << "\n" << (int)polys.size() << " polys extracted from "
436                  << (int)sampleRays.size() << " rays in "
437                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << " secs" << endl << endl;
438        }
439       
440        Debug << "maximal pvs (i.e., pvs still considered as valid): "
441                  << mViewCellsManager->GetMaxPvsSize() << endl;
442
443        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = sampleRays.end();
444
445        //-- store rays
446        for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
447        {
448                VssRay *ray = *rit;
449
450                float minT, maxT;
451
452                static Ray hray;
453                hray.Init(*ray);
454
455                // TODO: not very efficient to implictly cast between rays types
456                if (mBox.GetRaySegment(hray, minT, maxT))
457                {
458                        float len = ray->Length();
459
460                        if (!len)
461                                len = Limits::Small;
462
463                        rays->push_back(RayInfo(ray, minT / len, maxT / len));
464                }
465        }
466
467        // normalize
468        if (mUseAreaForPvs)
469                mTermMinProbability *= mBox.SurfaceArea();
470        else
471                mTermMinProbability *= mBox.GetVolume();
472
473
474        mBspStats.nodes = 1;
475        mBspStats.polys = (int)polys.size();
476        mGlobalCostMisses = 0;
477
478
479        // use split cost priority queue
480        if (mUseSplitCostQueue)
481        {
482                ConstructWithSplitQueue(polys, rays);
483        }
484        else
485        {
486                Construct(polys, rays);
487        }
488
489        // clean up polygons
490        CLEAR_CONTAINER(polys);
491}
492
493
494// TODO: return memory usage in MB
495float VspBspTree::GetMemUsage() const
496{
497        return (float)
498                 (sizeof(VspBspTree) +
499                  mBspStats.Leaves() * sizeof(BspLeaf) +
500                  mCreatedViewCells * sizeof(BspViewCell) +
501                  mBspStats.pvs * sizeof(PvsData) +
502                  mBspStats.Interior() * sizeof(BspInterior) +
503                  mBspStats.accumRays * sizeof(RayInfo)) / (1024.0f * 1024.0f);
504}
505
506
507void VspBspTree::Construct(const PolygonContainer &polys, RayInfoContainer *rays)
508{
509        VspBspTraversalQueue tQueue;
510
511        /// create new vsp tree
512        mRoot = new BspLeaf();
513
514        // constrruct root node geometry
515        BspNodeGeometry *geom = new BspNodeGeometry();
516        ConstructGeometry(mRoot, *geom);
517
518        /// we use the overall probability as normalizer
519        /// either the overall area or the volume
520        const float prop = mUseAreaForPvs ? geom->GetArea() : geom->GetVolume();
521
522        /// first traversal data
523        VspBspTraversalData tData(mRoot,
524                                                          new PolygonContainer(polys),
525                                                          0,
526                                                          rays,
527                              ComputePvsSize(*rays),
528                                                          prop,
529                                                          geom);
530
531        EvalPriority(tData);
532
533
534        // first node is kd node, i.e. an axis aligned box
535        if (1)
536        tData.mIsKdNode = true;
537        else
538                tData.mIsKdNode = false;
539
540        tQueue.push(tData);
541
542
543        mTotalCost = tData.mPvs * tData.mProbability / mBox.GetVolume();
544        mTotalPvsSize = tData.mPvs;
545       
546        // first subdivison statistics
547        AddSubdivisionStats(1, 0, 0, mTotalCost, (float)mTotalPvsSize);
548   
549        mBspStats.Start();
550        cout << "Constructing vsp bsp tree ... \n";
551
552        const long startTime = GetTime();       
553        // used for intermediate time measurements and progress
554        long interTime = GetTime();
555
556        int nLeaves = 500;
557        int nViewCells = 500;
558
559        mOutOfMemory = false;
560        mCreatedViewCells = 0;
561       
562        while (!tQueue.empty())
563        {
564                tData = tQueue.top();
565            tQueue.pop();               
566
567                if (0 && !mOutOfMemory)
568                {
569                        float mem = GetMemUsage();
570
571                        if (mem > mMaxMemory)
572                        {
573                                mOutOfMemory = true;
574                                Debug << "memory limit reached: " << mem << endl;
575                        }
576                }
577
578                // subdivide leaf node
579                const BspNode *r = Subdivide(tQueue, tData);
580
581                if (r == mRoot)
582                        Debug << "VSP BSP tree construction time spent at root: "
583                                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "s" << endl;
584
585                if (mBspStats.Leaves() >= nLeaves)
586                {
587                        nLeaves += 500;
588
589                        cout << "leaves=" << mBspStats.Leaves() << endl;
590                        Debug << "needed "
591                                  << TimeDiff(interTime, GetTime())*1e-3
592                                  << " secs to create 500 view cells" << endl;
593                        interTime = GetTime();
594                }
595
596                if (mCreatedViewCells >= nViewCells)
597                {
598                        nViewCells += 500;
599
600                        cout << "generated " << mCreatedViewCells << " viewcells" << endl;
601                }
602        }
603
604        Debug << "Used Memory: " << GetMemUsage() << " MB" << endl << endl;
605        cout << "finished in " << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "secs" << endl;
606
607        mBspStats.Stop();
608}
609
610
611
612void VspBspTree::ConstructWithSplitQueue(const PolygonContainer &polys,
613                                                                                          RayInfoContainer *rays)
614{
615        VspBspSplitQueue tQueue;
616
617        mRoot = new BspLeaf();
618
619        // constrruct root node geometry
620        BspNodeGeometry *geom = new BspNodeGeometry();
621        ConstructGeometry(mRoot, *geom);
622
623        const float prop = mUseAreaForPvs ? geom->GetArea() : geom->GetVolume();
624
625        VspBspTraversalData tData(mRoot,
626                                                          new PolygonContainer(polys),
627                                                          0,
628                                                          rays,
629                              ComputePvsSize(*rays),
630                                                          prop,
631                                                          geom);
632
633
634        // first node is kd node, i.e. an axis aligned box
635        if (1)
636        tData.mIsKdNode = true;
637        else
638                tData.mIsKdNode = false;
639
640        // compute first split candidate
641        VspBspSubdivisionCandidate splitCandidate;
642        splitCandidate.mParentData = tData;
643
644        EvalSubdivisionCandidate(splitCandidate);
645
646        tQueue.push(splitCandidate);
647
648        mTotalCost = tData.mPvs * tData.mProbability / mBox.GetVolume();
649        mTotalPvsSize = tData.mPvs;
650       
651        // first subdivison statistics
652        AddSubdivisionStats(1, 0, 0, mTotalCost, (float)mTotalPvsSize);
653   
654    mBspStats.Start();
655        cout << "Constructing vsp bsp tree ... \n";
656
657        long startTime = GetTime();     
658        int nLeaves = 500;
659        int nViewCells = 500;
660
661        // used for intermediate time measurements and progress
662        long interTime = GetTime();     
663
664        mOutOfMemory = false;
665
666        mCreatedViewCells = 0;
667       
668        while (!tQueue.empty())
669        {
670                splitCandidate = tQueue.top();
671            tQueue.pop();               
672
673                // cost ratio of cost decrease / totalCost
674                float costRatio = splitCandidate.GetPriority() / mTotalCost;
675
676                //Debug << "cost ratio: " << costRatio << endl;
677
678                if (costRatio < mTermMinGlobalCostRatio)
679                        ++ mGlobalCostMisses;
680               
681                if (0 && !mOutOfMemory)
682                {
683                        float mem = GetMemUsage();
684
685                        if (mem > mMaxMemory)
686                        {
687                                mOutOfMemory = true;
688                                Debug << "memory limit reached: " << mem << endl;
689                        }
690                }
691
692                // subdivide leaf node
693                BspNode *r = Subdivide(tQueue, splitCandidate);
694
695                if (r == mRoot)
696                        Debug << "VSP BSP tree construction time spent at root: "
697                                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "s" << endl;
698
699                if (mBspStats.Leaves() >= nLeaves)
700                {
701                        nLeaves += 500;
702
703                        cout << "leaves=" << mBspStats.Leaves() << endl;
704                        Debug << "needed "
705                                  << TimeDiff(interTime, GetTime())*1e-3
706                                  << " secs to create 500 view cells" << endl;
707                        interTime = GetTime();
708                }
709
710                if (mCreatedViewCells == nViewCells)
711                {
712                        nViewCells += 500;
713                        cout << "generated " << mCreatedViewCells << " viewcells" << endl;
714                }
715        }
716
717        Debug << "Used Memory: " << GetMemUsage() << " MB" << endl << endl;
718        cout << "finished\n";
719
720        mBspStats.Stop();
721}
722
723
724bool VspBspTree::LocalTerminationCriteriaMet(const VspBspTraversalData &data) const
725{
726        return
727                (((int)data.mRays->size() <= mTermMinRays) ||
728                 (data.mPvs <= mTermMinPvs)   ||
729                 (data.mProbability <= mTermMinProbability) ||
730                 (data.GetAvgRayContribution() > mTermMaxRayContribution) ||
731                 (data.mDepth >= mTermMaxDepth));
732}
733
734
735void VspBspTree::AddSubdivisionStats(const int viewCells,
736                                                                         const float renderCostDecr,
737                                                                         const float splitCandidateCost,
738                                                                         const float totalRenderCost,
739                                                                         const float avgRenderCost)
740{
741        mSubdivisionStats
742                        << "#ViewCells\n" << viewCells << endl
743                        << "#RenderCostDecrease\n" << renderCostDecr << endl
744                        << "#SubdivisionCandidateCost\n" << splitCandidateCost << endl
745                        << "#TotalRenderCost\n" << totalRenderCost << endl
746                        << "#AvgRenderCost\n" << avgRenderCost << endl;
747}
748
749
750bool VspBspTree::GlobalTerminationCriteriaMet(const VspBspTraversalData &data) const
751{
752        return
753                (mOutOfMemory
754                || (mBspStats.Leaves() >= mMaxViewCells)
755                || (mGlobalCostMisses >= mTermGlobalCostMissTolerance)
756                 );
757}
758
759
760BspNode *VspBspTree::Subdivide(VspBspTraversalQueue &tQueue,
761                                                           VspBspTraversalData &tData)
762{
763        BspNode *newNode = tData.mNode;
764
765        if (!LocalTerminationCriteriaMet(tData) && !GlobalTerminationCriteriaMet(tData))
766        {
767                PolygonContainer coincident;
768
769                VspBspTraversalData tFrontData;
770                VspBspTraversalData tBackData;
771
772                // create new interior node and two leaf nodes
773                // or return leaf as it is (if maxCostRatio missed)
774                int splitAxis;
775                bool splitFurther = true;
776                int maxCostMisses = tData.mMaxCostMisses;
777               
778                Plane3 splitPlane;
779                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(tData.mNode);
780               
781                // choose next split plane
782                if (!SelectPlane(splitPlane, leaf, tData, tFrontData, tBackData, splitAxis))
783                {
784                        ++ maxCostMisses;
785
786                        if (maxCostMisses > mTermMissTolerance)
787                        {
788                                // terminate branch because of max cost
789                                ++ mBspStats.maxCostNodes;
790                                splitFurther = false;
791                        }
792                }
793       
794                // if this a valid split => subdivide this node further
795
796                if (splitFurther)
797                {
798                        newNode = SubdivideNode(splitPlane, tData, tFrontData, tBackData, coincident);
799
800                        if (splitAxis < 3)
801                                ++ mBspStats.splits[splitAxis];
802                        else
803                                ++ mBspStats.polySplits;
804
805                        // if it was a kd node (i.e., a box) and the split axis is axis aligned, it is still a kd node
806                        tFrontData.mIsKdNode = tBackData.mIsKdNode = (tData.mIsKdNode && (splitAxis < 3));
807                       
808                        tFrontData.mAxis = tBackData.mAxis = splitAxis;
809
810                        // how often was max cost ratio missed in this branch?
811                        tFrontData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
812                        tBackData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
813
814                        EvalPriority(tFrontData);
815                        EvalPriority(tBackData);
816
817                        // evaluate subdivision stats
818                        if (1)
819                                EvalSubdivisionStats(tData, tFrontData, tBackData);
820                       
821
822                        // push the children on the stack
823                        tQueue.push(tFrontData);
824                        tQueue.push(tBackData);
825
826                        // delete old leaf node
827                        DEL_PTR(tData.mNode);
828                }
829        }
830
831        //-- terminate traversal and create new view cell
832        if (newNode->IsLeaf())
833        {
834                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(newNode);
835               
836                BspViewCell *viewCell = new BspViewCell();
837                leaf->SetViewCell(viewCell);
838       
839                //-- update pvs
840                int conSamp = 0;
841                float sampCon = 0.0f;
842                AddToPvs(leaf, *tData.mRays, sampCon, conSamp);
843
844                // update scalar pvs size lookup
845                ObjectPvs &pvs = viewCell->GetPvs();
846                mViewCellsManager->UpdateScalarPvsSize(viewCell, pvs.CountObjectsInPvs(), pvs.GetSize());
847       
848
849                mBspStats.contributingSamples += conSamp;
850                mBspStats.sampleContributions += (int)sampCon;
851
852                //-- store additional info
853                if (mStoreRays)
854                {
855                        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = tData.mRays->end();
856                        for (it = tData.mRays->begin(); it != it_end; ++ it)
857                        {
858                                (*it).mRay->Ref();                     
859                                leaf->mVssRays.push_back((*it).mRay);
860                        }
861                }
862
863                // should I check here?
864                if (0 && !mViewCellsManager->CheckValidity(viewCell, 0,
865                        mViewCellsManager->GetMaxPvsSize()))
866                {
867                        viewCell->SetValid(false);
868                        leaf->SetTreeValid(false);
869                        PropagateUpValidity(leaf);
870
871                        ++ mBspStats.invalidLeaves;
872                }
873               
874        viewCell->mLeaf = leaf;
875
876                if (mUseAreaForPvs)
877                        viewCell->SetArea(tData.mProbability);
878                else
879                        viewCell->SetVolume(tData.mProbability);
880
881                leaf->mProbability = tData.mProbability;
882
883                // finally evaluate stats until this leaf
884                if (0)
885                        EvaluateLeafStats(tData);               
886        }
887
888        //-- cleanup
889        tData.Clear();
890
891        return newNode;
892}
893
894
895// subdivide node using a split plane queue
896BspNode *VspBspTree::Subdivide(VspBspSplitQueue &tQueue,
897                                                           VspBspSubdivisionCandidate &splitCandidate)
898{
899        VspBspTraversalData &tData = splitCandidate.mParentData;
900
901        BspNode *newNode = tData.mNode;
902
903        if (!LocalTerminationCriteriaMet(tData) && !GlobalTerminationCriteriaMet(tData))
904        {       
905                PolygonContainer coincident;
906
907                VspBspTraversalData tFrontData;
908                VspBspTraversalData tBackData;
909
910                //-- continue subdivision
911               
912                // create new interior node and two leaf node
913                const Plane3 splitPlane = splitCandidate.mSplitPlane;
914                               
915                newNode = SubdivideNode(splitPlane, tData, tFrontData, tBackData, coincident);
916       
917                const int splitAxis = splitCandidate.mSplitAxis;
918                const int maxCostMisses = splitCandidate.mMaxCostMisses;
919
920                if (splitAxis < 3)
921                        ++ mBspStats.splits[splitAxis];
922                else
923                        ++ mBspStats.polySplits;
924
925                tFrontData.mIsKdNode = tBackData.mIsKdNode = (tData.mIsKdNode && (splitAxis < 3));
926                tFrontData.mAxis = tBackData.mAxis = splitAxis;
927
928                // how often was max cost ratio missed in this branch?
929                tFrontData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
930                tBackData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
931                       
932                // statistics
933                if (1)
934                {
935                        float cFront = (float)tFrontData.mPvs * tFrontData.mProbability;
936                        float cBack = (float)tBackData.mPvs * tBackData.mProbability;
937                        float cData = (float)tData.mPvs * tData.mProbability;
938
939                       
940                        float costDecr =
941                                (cFront + cBack - cData) / mBox.GetVolume();
942
943                        mTotalCost += costDecr;
944                        mTotalPvsSize += tFrontData.mPvs + tBackData.mPvs - tData.mPvs;
945
946                        AddSubdivisionStats(mBspStats.Leaves(),
947                                                                -costDecr, 
948                                                                splitCandidate.GetPriority(),
949                                                                mTotalCost,
950                                                                (float)mTotalPvsSize / (float)mBspStats.Leaves());
951                }
952
953       
954                //-- push the new split candidates on the stack
955                VspBspSubdivisionCandidate frontCandidate;
956                frontCandidate.mParentData = tFrontData;
957
958                VspBspSubdivisionCandidate backCandidate;
959                backCandidate.mParentData = tBackData;
960
961                EvalSubdivisionCandidate(frontCandidate);
962                EvalSubdivisionCandidate(backCandidate);
963       
964                tQueue.push(frontCandidate);
965                tQueue.push(backCandidate);
966       
967                // delete old leaf node
968                DEL_PTR(tData.mNode);
969        }
970
971
972        //-- terminate traversal and create new view cell
973        if (newNode->IsLeaf())
974        {
975                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(newNode);
976
977                BspViewCell *viewCell = new BspViewCell();
978        leaf->SetViewCell(viewCell);
979               
980                //-- update pvs
981                int conSamp = 0;
982                float sampCon = 0.0f;
983                AddToPvs(leaf, *tData.mRays, sampCon, conSamp);
984
985                // update scalar pvs size value
986                ObjectPvs &pvs = viewCell->GetPvs();
987                mViewCellsManager->UpdateScalarPvsSize(viewCell, pvs.CountObjectsInPvs(), pvs.GetSize());
988
989                mBspStats.contributingSamples += conSamp;
990                mBspStats.sampleContributions +=(int) sampCon;
991
992                //-- store additional info
993                if (mStoreRays)
994                {
995                        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = tData.mRays->end();
996                        for (it = tData.mRays->begin(); it != it_end; ++ it)
997                        {
998                                (*it).mRay->Ref();                     
999                                leaf->mVssRays.push_back((*it).mRay);
1000                        }
1001                }
1002
1003               
1004                viewCell->mLeaf = leaf;
1005
1006                if (mUseAreaForPvs)
1007                        viewCell->SetArea(tData.mProbability);
1008                else
1009                        viewCell->SetVolume(tData.mProbability);
1010
1011        leaf->mProbability = tData.mProbability;
1012
1013                // finally evaluate stats until this leaf
1014                if (0)
1015                        EvaluateLeafStats(tData);               
1016        }
1017
1018        //-- cleanup
1019        tData.Clear();
1020
1021        return newNode;
1022}
1023
1024
1025void VspBspTree::EvalPriority(VspBspTraversalData &tData) const
1026{
1027    switch (mNodePriorityQueueType)
1028        {
1029        case BREATH_FIRST:
1030                tData.mPriority = (float)-tData.mDepth;
1031                break;
1032        case DEPTH_FIRST:
1033                tData.mPriority = (float)tData.mDepth;
1034                break;
1035        default:
1036                tData.mPriority = tData.mPvs * tData.mProbability;
1037                //Debug << "priority: " << tData.mPriority << endl;
1038                break;
1039        }
1040}
1041
1042
1043/*
1044void VspBspTree::EvalSubdivisionCandidate(VspBspTraversalData &tData,
1045                                                                        VspBspSubdivisionCandidate &splitData)
1046{
1047        VspBspTraversalData frontData;
1048        VspBspTraversalData backData;
1049
1050        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(tData.mNode);
1051
1052        // compute locally best split plane
1053    bool success = SelectPlane(splitData.mSplitPlane, leaf, tData,
1054                                                           frontData, backData, splitData.mSplitAxis);
1055
1056        // TODO: reuse
1057        delete frontData.mGeometry;
1058        delete backData.mGeometry;
1059       
1060        // compute global decrease in render cost
1061        splitData.mPriority = EvalRenderCostDecrease(splitData.mSplitPlane, tData);
1062        splitData.mParentData = tData;
1063        splitData.mMaxCostMisses = success ? tData.mMaxCostMisses : tData.mMaxCostMisses + 1;
1064}
1065*/
1066
1067void VspBspTree::EvalSubdivisionCandidate(VspBspSubdivisionCandidate &splitCandidate)
1068{
1069        VspBspTraversalData frontData;
1070        VspBspTraversalData backData;
1071       
1072        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(splitCandidate.mParentData.mNode);
1073       
1074        // compute locally best split plane
1075    bool success = SelectPlane(splitCandidate.mSplitPlane, leaf, splitCandidate.mParentData,
1076                                                           frontData, backData, splitCandidate.mSplitAxis);
1077
1078        float oldRenderCost;
1079
1080        // compute global decrease in render cost
1081        const float renderCostDecr = EvalRenderCostDecrease(splitCandidate.mSplitPlane,
1082                                                                                                                splitCandidate.mParentData,
1083                                                                                                                oldRenderCost);
1084
1085        splitCandidate.mRenderCostDecr = renderCostDecr;
1086
1087        // TODO: geometry could be reused
1088        delete frontData.mGeometry;
1089        delete backData.mGeometry;
1090
1091        // set priority for queue
1092#if 0
1093        const float priority = (float)-data.mDepth;
1094#else   
1095
1096        // take render cost of node into account
1097        // otherwise danger of being stuck in a local minimum!!
1098        const float factor = mRenderCostDecreaseWeight;
1099        const float priority = factor * renderCostDecr + (1.0f - factor) * oldRenderCost;
1100#endif
1101       
1102        splitCandidate.mPriority = priority;
1103
1104        // max cost threshold violated?
1105        splitCandidate.mMaxCostMisses =
1106                success ? splitCandidate.mParentData.mMaxCostMisses : splitCandidate.mParentData.mMaxCostMisses + 1;
1107}
1108
1109
1110void VspBspTree::EvalSubdivisionStats(const VspBspTraversalData &tData,
1111                                                                          const VspBspTraversalData &tFrontData,
1112                                                                          const VspBspTraversalData &tBackData)
1113{
1114        const float cFront = (float)tFrontData.mPvs * tFrontData.mProbability;
1115        const float cBack = (float)tBackData.mPvs * tBackData.mProbability;
1116        const float cData = (float)tData.mPvs * tData.mProbability;
1117       
1118        const float costDecr =
1119                (cFront + cBack - cData) / mBox.GetVolume();
1120
1121        mTotalCost += costDecr;
1122        mTotalPvsSize += tFrontData.mPvs + tBackData.mPvs - tData.mPvs;
1123
1124        AddSubdivisionStats(mBspStats.Leaves(),
1125                                                -costDecr,
1126                                                0,
1127                                                mTotalCost,
1128                                                (float)mTotalPvsSize / (float)mBspStats.Leaves());
1129}
1130
1131
1132BspInterior *VspBspTree::SubdivideNode(const Plane3 &splitPlane,
1133                                                                           VspBspTraversalData &tData,
1134                                                                           VspBspTraversalData &frontData,
1135                                                                           VspBspTraversalData &backData,
1136                                                                           PolygonContainer &coincident)
1137{
1138        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(tData.mNode);
1139       
1140        //-- the front and back traversal data is filled with the new values
1141        frontData.mDepth = tData.mDepth + 1;
1142        frontData.mPolygons = new PolygonContainer();
1143        frontData.mRays = new RayInfoContainer();
1144       
1145        backData.mDepth = tData.mDepth + 1;
1146        backData.mPolygons = new PolygonContainer();
1147        backData.mRays = new RayInfoContainer();
1148       
1149
1150        //-- subdivide rays
1151        SplitRays(splitPlane,
1152                          *tData.mRays,
1153                          *frontData.mRays,
1154                          *backData.mRays);
1155
1156
1157        // compute pvs
1158        frontData.mPvs = ComputePvsSize(*frontData.mRays);
1159        backData.mPvs = ComputePvsSize(*backData.mRays);
1160
1161        // split front and back node geometry and compute area
1162       
1163        // if geometry was not already computed
1164        if (!frontData.mGeometry && !backData.mGeometry)
1165        {
1166                frontData.mGeometry = new BspNodeGeometry();
1167                backData.mGeometry = new BspNodeGeometry();
1168
1169                tData.mGeometry->SplitGeometry(*frontData.mGeometry,
1170                                                                           *backData.mGeometry,
1171                                                                           splitPlane,
1172                                                                           mBox,
1173                                                                           //0.0f);
1174                                                                           mEpsilon);
1175               
1176                if (mUseAreaForPvs)
1177                {
1178                        frontData.mProbability = frontData.mGeometry->GetArea();
1179                        backData.mProbability = backData.mGeometry->GetArea();
1180                }
1181                else
1182                {
1183                        frontData.mProbability = frontData.mGeometry->GetVolume();
1184                        backData.mProbability = tData.mProbability - frontData.mProbability;
1185
1186                        // should never come here: wrong volume !!!
1187                        if (0)
1188                        {
1189                                if (frontData.mProbability < -0.00001)
1190                                        Debug << "fatal error f: " << frontData.mProbability << endl;
1191                                if (backData.mProbability < -0.00001)
1192                                        Debug << "fatal error b: " << backData.mProbability << endl;
1193
1194                                // clamp because of precision issues
1195                                if (frontData.mProbability < 0) frontData.mProbability = 0;
1196                                if (backData.mProbability < 0) backData.mProbability = 0;
1197                        }
1198                }
1199        }
1200
1201       
1202    // subdivide polygons
1203        SplitPolygons(splitPlane,
1204                                  *tData.mPolygons,
1205                      *frontData.mPolygons,
1206                                  *backData.mPolygons,
1207                                  coincident);
1208
1209
1210
1211        ///////////////////////////////////////
1212        // subdivide further
1213
1214        // store maximal and minimal depth
1215        if (tData.mDepth > mBspStats.maxDepth)
1216        {
1217                Debug << "max depth increases to " << tData.mDepth << " at " << mBspStats.Leaves() << " leaves" << endl;
1218                mBspStats.maxDepth = tData.mDepth;
1219        }
1220
1221        mBspStats.nodes += 2;
1222
1223   
1224        BspInterior *interior = new BspInterior(splitPlane);
1225
1226#ifdef _DEBUG
1227        Debug << interior << endl;
1228#endif
1229
1230
1231        //-- create front and back leaf
1232
1233        BspInterior *parent = leaf->GetParent();
1234
1235        // replace a link from node's parent
1236        if (parent)
1237        {
1238                parent->ReplaceChildLink(leaf, interior);
1239                interior->SetParent(parent);
1240        }
1241        else // new root
1242        {
1243                mRoot = interior;
1244        }
1245
1246        // and setup child links
1247        interior->SetupChildLinks(new BspLeaf(interior), new BspLeaf(interior));
1248
1249        frontData.mNode = interior->GetFront();
1250        backData.mNode = interior->GetBack();
1251
1252        interior->mTimeStamp = mTimeStamp ++;
1253       
1254
1255        //DEL_PTR(leaf);
1256        return interior;
1257}
1258
1259
1260void VspBspTree::AddToPvs(BspLeaf *leaf,
1261                                                  const RayInfoContainer &rays,
1262                                                  float &sampleContributions,
1263                                                  int &contributingSamples)
1264{
1265        sampleContributions = 0;
1266        contributingSamples = 0;
1267 
1268        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
1269 
1270        ViewCellLeaf *vc = leaf->GetViewCell();
1271 
1272        // add contributions from samples to the PVS
1273        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
1274        {
1275                float sc = 0.0f;
1276                VssRay *ray = (*it).mRay;
1277
1278                bool madeContrib = false;
1279                float contribution;
1280
1281                if (ray->mTerminationObject)
1282                {
1283                        if (vc->AddPvsSample(ray->mTerminationObject, ray->mPdf, contribution))
1284                                madeContrib = true;
1285                        sc += contribution;
1286                }
1287         
1288                // only count termination objects?
1289                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && ray->mOriginObject)
1290                {
1291                        if (vc->AddPvsSample(ray->mOriginObject, ray->mPdf, contribution))
1292                                madeContrib = true;
1293
1294                        sc += contribution;
1295                }
1296               
1297                sampleContributions += sc;
1298               
1299                if (madeContrib)
1300                        ++ contributingSamples;
1301               
1302                // note: vss rays are never deleted
1303                if (0) leaf->mVssRays.push_back(new VssRay(*ray));
1304        }
1305}
1306
1307
1308void VspBspTree::SortSubdivisionCandidates(const RayInfoContainer &rays,
1309                                                                         const int axis,
1310                                                                         float minBand,
1311                                                                         float maxBand)
1312{
1313        mLocalSubdivisionCandidates->clear();
1314
1315        int requestedSize = 2 * (int)(rays.size());
1316        // creates a sorted split candidates array
1317        if (mLocalSubdivisionCandidates->capacity() > 500000 &&
1318                requestedSize < (int)(mLocalSubdivisionCandidates->capacity() / 10) )
1319        {
1320        delete mLocalSubdivisionCandidates;
1321                mLocalSubdivisionCandidates = new vector<SortableEntry>;
1322        }
1323
1324        mLocalSubdivisionCandidates->reserve(requestedSize);
1325
1326        if (0)
1327        {       // float values => don't compare with exact values
1328                minBand += Limits::Small;
1329                maxBand -= Limits::Small;
1330        }
1331
1332        // insert all queries
1333        for (RayInfoContainer::const_iterator ri = rays.begin(); ri < rays.end(); ++ ri)
1334        {
1335                const bool positive = (*ri).mRay->HasPosDir(axis);
1336                float pos = (*ri).ExtrapOrigin(axis);
1337
1338                // clamp to min / max band
1339                if (0) ClipValue(pos, minBand, maxBand);
1340               
1341                mLocalSubdivisionCandidates->push_back(SortableEntry(positive ? SortableEntry::ERayMin : SortableEntry::ERayMax,
1342                                                                        pos, (*ri).mRay));
1343
1344                pos = (*ri).ExtrapTermination(axis);
1345
1346                // clamp to min / max band
1347                if (0) ClipValue(pos, minBand, maxBand);
1348
1349                mLocalSubdivisionCandidates->push_back(SortableEntry(positive ? SortableEntry::ERayMax : SortableEntry::ERayMin,
1350                                                                        pos, (*ri).mRay));
1351        }
1352
1353        stable_sort(mLocalSubdivisionCandidates->begin(), mLocalSubdivisionCandidates->end());
1354}
1355
1356
1357float VspBspTree::BestCostRatioHeuristics(const RayInfoContainer &rays,
1358                                                                                  const AxisAlignedBox3 &box,
1359                                                                                  const int pvsSize,
1360                                                                                  const int axis,
1361                                          float &position)
1362{
1363        RayInfoContainer usedRays;
1364
1365        if (mMaxTests < rays.size())
1366        {
1367                GetRayInfoSets(rays, mMaxTests, usedRays);
1368        }
1369        else
1370        {
1371                usedRays = rays;
1372        }
1373
1374        const float minBox = box.Min(axis);
1375        const float maxBox = box.Max(axis);
1376
1377        const float sizeBox = maxBox - minBox;
1378
1379        const float minBand = minBox + mMinBand * sizeBox;
1380        const float maxBand = minBox + mMaxBand * sizeBox;
1381
1382        SortSubdivisionCandidates(usedRays, axis, minBand, maxBand);
1383
1384        // go through the lists, count the number of objects left and right
1385        // and evaluate the following cost funcion:
1386        // C = ct_div_ci  + (ql*rl + qr*rr)/queries
1387
1388        int pvsl = 0;
1389        int pvsr = pvsSize;
1390
1391        int pvsBack = pvsl;
1392        int pvsFront = pvsr;
1393
1394        float sum = (float)pvsSize * sizeBox;
1395        float minSum = 1e20f;
1396
1397       
1398        // if no border can be found, take mid split
1399        position = minBox + 0.5f * sizeBox;
1400       
1401        // the relative cost ratio
1402        float ratio = 99999999.0f;
1403        bool splitPlaneFound = false;
1404
1405        Intersectable::NewMail();
1406
1407        RayInfoContainer::const_iterator ri, ri_end = usedRays.end();
1408
1409        // set all object as belonging to the front pvs
1410        for(ri = usedRays.begin(); ri != ri_end; ++ ri)
1411        {
1412                Intersectable *oObject = (*ri).mRay->mOriginObject;
1413                Intersectable *tObject = (*ri).mRay->mTerminationObject;
1414
1415                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && oObject)
1416                {
1417                        if (!oObject->Mailed())
1418                        {
1419                                oObject->Mail();
1420                                oObject->mCounter = 1;
1421                        }
1422                        else
1423                        {
1424                                ++ oObject->mCounter;
1425                        }
1426                }
1427
1428                if (tObject)
1429                {
1430                        if (!tObject->Mailed())
1431                        {
1432                                tObject->Mail();
1433                                tObject->mCounter = 1;
1434                        }
1435                        else
1436                        {
1437                                ++ tObject->mCounter;
1438                        }
1439                }
1440        }
1441
1442        Intersectable::NewMail();
1443
1444        vector<SortableEntry>::const_iterator ci, ci_end = mLocalSubdivisionCandidates->end();
1445
1446        for (ci = mLocalSubdivisionCandidates->begin(); ci != ci_end; ++ ci)
1447        {
1448                VssRay *ray;
1449                ray = (*ci).ray;
1450               
1451                Intersectable *oObject = ray->mOriginObject;
1452                Intersectable *tObject = ray->mTerminationObject;
1453               
1454
1455                switch ((*ci).type)
1456                {
1457                        case SortableEntry::ERayMin:
1458                                {
1459                                        if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && oObject && !oObject->Mailed())
1460                                        {
1461                                                oObject->Mail();
1462                                                ++ pvsl;
1463                                        }
1464
1465                                        if (tObject && !tObject->Mailed())
1466                                        {
1467                                                tObject->Mail();
1468                                                ++ pvsl;
1469                                        }
1470
1471                                        break;
1472                                }
1473                        case SortableEntry::ERayMax:
1474                                {
1475                                        if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && oObject)
1476                                        {
1477                                                if (-- oObject->mCounter == 0)
1478                                                        -- pvsr;
1479                                        }
1480
1481                                        if (tObject)
1482                                        {
1483                                                if (-- tObject->mCounter == 0)
1484                                                        -- pvsr;
1485                                        }
1486
1487                                        break;
1488                                }
1489                }
1490               
1491               
1492                // Note: we compare size of bounding boxes of front and back side because
1493                // of efficiency reasons (otherwise a new geometry would have to be computed
1494                // in each step and incremential evaluation would be difficult.
1495                // but then errors happen if the geometry is not an axis aligned box
1496                // (i.e., if a geometry aligned split was taken before)
1497                // question: is it sufficient to make this approximation?
1498                if (((*ci).value >= minBand) && ((*ci).value <= maxBand))
1499                {
1500                        sum = pvsl * ((*ci).value - minBox) + pvsr * (maxBox - (*ci).value);
1501
1502                        float currentPos;
1503                       
1504                        // HACK: current positition is BETWEEN visibility events
1505                        if (0 && ((ci + 1) != ci_end))
1506                        {
1507                                currentPos = ((*ci).value + (*(ci + 1)).value) * 0.5f;
1508                        }
1509                        else
1510                currentPos = (*ci).value;                       
1511
1512                        //Debug  << "pos=" << (*ci).value << "\t pvs=(" <<  pvsl << "," << pvsr << ")" << endl;
1513                        //Debug << "cost= " << sum << endl;
1514
1515                        if (sum < minSum)
1516                        {
1517                                splitPlaneFound = true;
1518
1519                                minSum = sum;
1520                                position = currentPos;
1521                               
1522                                pvsBack = pvsl;
1523                                pvsFront = pvsr;
1524                        }
1525                }
1526        }
1527       
1528        // -- compute cost
1529        const int lowerPvsLimit = mViewCellsManager->GetMinPvsSize();
1530        const int upperPvsLimit = mViewCellsManager->GetMaxPvsSize();
1531
1532        const float pOverall = sizeBox;
1533
1534        const float pBack = position - minBox;
1535        const float pFront = maxBox - position;
1536       
1537        const float penaltyOld = EvalPvsPenalty(pvsSize, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
1538    const float penaltyFront = EvalPvsPenalty(pvsFront, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
1539        const float penaltyBack = EvalPvsPenalty(pvsBack, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
1540       
1541        const float oldRenderCost = penaltyOld * pOverall;
1542        const float newRenderCost = penaltyFront * pFront + penaltyBack * pBack;
1543
1544        if (splitPlaneFound)
1545        {
1546                ratio = mPvsFactor * newRenderCost / (oldRenderCost + Limits::Small);
1547        }
1548        //if (axis != 1)
1549        //Debug << "axis=" << axis << " costRatio=" << ratio << " pos=" << position << " t=" << (position - minBox) / (maxBox - minBox)
1550         //    <<"\t pb=(" << pvsBack << ")\t pf=(" << pvsFront << ")" << endl;
1551
1552        return ratio;
1553}
1554
1555
1556float VspBspTree::SelectAxisAlignedPlane(Plane3 &plane,
1557                                                                                 const VspBspTraversalData &tData,
1558                                                                                 int &axis,
1559                                                                                 BspNodeGeometry **frontGeom,
1560                                                                                 BspNodeGeometry **backGeom,
1561                                                                                 float &pFront,
1562                                                                                 float &pBack,
1563                                                                                 const bool isKdNode)
1564{
1565        float nPosition[3];
1566        float nCostRatio[3];
1567        float nProbFront[3];
1568        float nProbBack[3];
1569
1570        BspNodeGeometry *nFrontGeom[3];
1571        BspNodeGeometry *nBackGeom[3];
1572
1573        // set to NULL, so I can find out which gemetry was stored
1574        for (int i = 0; i < 3; ++ i)
1575        {
1576                nFrontGeom[i] = NULL;
1577                nBackGeom[i] = NULL;
1578        }
1579
1580        // create bounding box of node geometry
1581        AxisAlignedBox3 box;
1582               
1583        //TODO: for kd split geometry already is box => only take minmax vertices
1584        if (1)
1585        {       // get bounding box from geometry
1586                tData.mGeometry->GetBoundingBox(box);
1587        }
1588        else
1589        {
1590                box.Initialize();
1591                RayInfoContainer::const_iterator ri, ri_end = tData.mRays->end();
1592
1593                for(ri = tData.mRays->begin(); ri < ri_end; ++ ri)
1594                        box.Include((*ri).ExtrapTermination());
1595        }
1596
1597
1598        int sAxis = 0;
1599        int bestAxis;
1600
1601        // if max cost ratio is exceeded, take split along longest axis instead
1602        const float maxCostRatioForArbitraryAxis = 0.9f;
1603
1604        if (mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated)
1605                bestAxis = box.Size().DrivingAxis();
1606        else
1607                bestAxis = -1;
1608
1609#if 0
1610        // maximum cost ratio for axis to be valid:
1611        // if exceeded, spatial mid split is used instead
1612        const maxCostRatioForHeur = 0.99f;
1613#endif
1614
1615        // if we use some kind of specialised fixed axis
1616    const bool useSpecialAxis =
1617                mOnlyDrivingAxis || mUseRandomAxis || mCirculatingAxis;
1618
1619        if (mUseRandomAxis)
1620                sAxis = Random(3);
1621        else if (mCirculatingAxis)
1622                sAxis = (tData.mAxis + 1) % 3;
1623        else if (mOnlyDrivingAxis)
1624                sAxis = box.Size().DrivingAxis();
1625
1626               
1627        //Debug << "use special axis: " << useSpecialAxis << endl;
1628        //Debug << "axis: " << sAxis << " drivingaxis: " << box.Size().DrivingAxis();
1629       
1630        for (axis = 0; axis < 3 ; ++ axis)
1631        {
1632                if (!useSpecialAxis || (axis == sAxis))
1633                {
1634                        if (mUseCostHeuristics)
1635                        {
1636                                //-- place split plane using heuristics
1637                                nCostRatio[axis] =
1638                                        BestCostRatioHeuristics(*tData.mRays,
1639                                                                                    box,
1640                                                                                        tData.mPvs,
1641                                                                                        axis,
1642                                                                                        nPosition[axis]);                       
1643                        }
1644                        else
1645                        {       //-- split plane position is spatial median
1646
1647                                nPosition[axis] = (box.Min()[axis] + box.Max()[axis]) * 0.5f;
1648                                Vector3 normal(0,0,0); normal[axis] = 1.0f;
1649                               
1650                                // allows faster split because we have axis aligned kd tree boxes
1651                                if (isKdNode)
1652                                {
1653                                        nCostRatio[axis] = EvalAxisAlignedSplitCost(tData,
1654                                                                                                                                box,
1655                                                                                                                                axis,
1656                                                                                                                                nPosition[axis],
1657                                                                                                                                nProbFront[axis],
1658                                                                                                                                nProbBack[axis]);
1659                                       
1660                                        Vector3 pos;
1661                                       
1662                                        // create back geometry from box
1663                                        // NOTE: the geometry is returned from the function so we
1664                                        // don't have to recompute it when possible
1665                                        pos = box.Max(); pos[axis] = nPosition[axis];
1666                                        AxisAlignedBox3 bBox(box.Min(), pos);
1667                                        PolygonContainer fPolys;
1668                                        bBox.ExtractPolys(fPolys);
1669
1670                                        nBackGeom[axis] = new BspNodeGeometry(fPolys);
1671       
1672                                        //-- create front geometry from box
1673                                        pos = box.Min(); pos[axis] = nPosition[axis];
1674                                        AxisAlignedBox3 fBox(pos, box.Max());
1675
1676                                        PolygonContainer bPolys;
1677                                        fBox.ExtractPolys(bPolys);
1678                                        nFrontGeom[axis] = new BspNodeGeometry(bPolys);
1679                                }
1680                                else
1681                                {
1682                                        nFrontGeom[axis] = new BspNodeGeometry();
1683                                        nBackGeom[axis] = new BspNodeGeometry();
1684
1685                                        nCostRatio[axis] =
1686                                                EvalSplitPlaneCost(Plane3(normal, nPosition[axis]),
1687                                                                                   tData, *nFrontGeom[axis], *nBackGeom[axis],
1688                                                                                   nProbFront[axis], nProbBack[axis]);
1689                                }
1690                        }
1691                                               
1692                       
1693                        if (mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated)
1694                        {
1695                                // we take longest axis split if cost ratio exceeds threshold
1696                                if (nCostRatio[axis] < min(maxCostRatioForArbitraryAxis, nCostRatio[bestAxis]))
1697                                {
1698                                        bestAxis = axis;
1699                                }
1700                                /*else if (nCostRatio[axis] < nCostRatio[bestAxis])
1701                                {
1702                                        Debug << "taking split along longest axis (" << bestAxis << ") instead of  (" << axis << ")" << endl;
1703                                }*/
1704
1705                        }
1706                        else
1707                        {
1708                                if (bestAxis == -1)
1709                                {
1710                                        bestAxis = axis;
1711                                }
1712                                else if (nCostRatio[axis] < nCostRatio[bestAxis])
1713                                {
1714                                        bestAxis = axis;
1715                                }
1716                        }
1717                }
1718        }
1719
1720        //-- assign values
1721
1722        axis = bestAxis;
1723        pFront = nProbFront[bestAxis];
1724        pBack = nProbBack[bestAxis];
1725
1726        // assign best split nodes geometry
1727        *frontGeom = nFrontGeom[bestAxis];
1728        *backGeom = nBackGeom[bestAxis];
1729
1730        // and delete other geometry
1731        DEL_PTR(nFrontGeom[(bestAxis + 1) % 3]);
1732        DEL_PTR(nBackGeom[(bestAxis + 2) % 3]);
1733
1734        //-- split plane
1735    Vector3 normal(0,0,0); normal[bestAxis] = 1;
1736        plane = Plane3(normal, nPosition[bestAxis]);
1737
1738        //Debug << "best axis: " << bestAxis << " pos " << nPosition[bestAxis] << endl;
1739
1740        return nCostRatio[bestAxis];
1741}
1742
1743
1744bool VspBspTree::SelectPlane(Plane3 &bestPlane,
1745                                                         BspLeaf *leaf,
1746                                                         VspBspTraversalData &data,                                                     
1747                                                         VspBspTraversalData &frontData,
1748                                                         VspBspTraversalData &backData,
1749                                                         int &splitAxis)
1750{
1751        // HACK matt: subdivide regularily to certain depth
1752        if (data.mDepth < 0)    // question matt: why depth < 0 ?
1753        {
1754                cout << "depth: " << data.mDepth << endl;
1755
1756                // return axis aligned split
1757                AxisAlignedBox3 box;
1758                box.Initialize();
1759       
1760                // create bounding box of region
1761                data.mGeometry->GetBoundingBox(box);
1762       
1763                const int axis = box.Size().DrivingAxis();
1764                const Vector3 position = (box.Min()[axis] + box.Max()[axis]) * 0.5f;
1765
1766                Vector3 norm(0,0,0); norm[axis] = 1.0f;
1767                bestPlane = Plane3(norm, position);
1768                splitAxis = axis;
1769
1770                return true;
1771        }
1772
1773        // simplest strategy: just take next polygon
1774        if (mSplitPlaneStrategy & RANDOM_POLYGON)
1775        {
1776        if (!data.mPolygons->empty())
1777                {
1778                        const int randIdx =
1779                                (int)RandomValue(0, (Real)((int)data.mPolygons->size() - 1));
1780                        Polygon3 *nextPoly = (*data.mPolygons)[randIdx];
1781
1782                        bestPlane = nextPoly->GetSupportingPlane();
1783                        return true;
1784                }
1785        }
1786
1787        //-- use heuristics to find appropriate plane
1788
1789        // intermediate plane
1790        Plane3 plane;
1791        float lowestCost = MAX_FLOAT;
1792       
1793        // decides if the first few splits should be only axisAligned
1794        const bool onlyAxisAligned  =
1795                (mSplitPlaneStrategy & AXIS_ALIGNED) &&
1796                ((int)data.mRays->size() > mTermMinRaysForAxisAligned) &&
1797                ((int)data.GetAvgRayContribution() < mTermMaxRayContriForAxisAligned);
1798       
1799        const int limit = onlyAxisAligned ? 0 :
1800                Min((int)data.mPolygons->size(), mMaxPolyCandidates);
1801
1802        float candidateCost;
1803
1804        int maxIdx = (int)data.mPolygons->size();
1805
1806        for (int i = 0; i < limit; ++ i)
1807        {
1808                // the already taken candidates are stored behind maxIdx
1809                // => assure that no index is taken twice
1810                const int candidateIdx = (int)RandomValue(0, (Real)(-- maxIdx));
1811                Polygon3 *poly = (*data.mPolygons)[candidateIdx];
1812
1813                // swap candidate to the end to avoid testing same plane
1814                std::swap((*data.mPolygons)[maxIdx], (*data.mPolygons)[candidateIdx]);
1815                //Polygon3 *poly = (*data.mPolygons)[(int)RandomValue(0, (int)polys.size() - 1)];
1816
1817                // evaluate current candidate
1818                BspNodeGeometry fGeom, bGeom;
1819                float fArea, bArea;
1820                plane = poly->GetSupportingPlane();
1821                candidateCost = EvalSplitPlaneCost(plane, data, fGeom, bGeom, fArea, bArea);
1822               
1823                if (candidateCost < lowestCost)
1824                {
1825                        bestPlane = plane;
1826                        lowestCost = candidateCost;
1827                }
1828        }
1829
1830
1831        //-- evaluate axis aligned splits
1832       
1833        int axis;
1834        BspNodeGeometry *fGeom, *bGeom;
1835        float pFront, pBack;
1836
1837        candidateCost = 99999999.0f;
1838
1839        // as a variant, we take axis aligned split only if there is
1840        // more polygon available to guide the split
1841        if (!mUsePolygonSplitIfAvailable || data.mPolygons->empty())
1842        {
1843                candidateCost = SelectAxisAlignedPlane(plane,
1844                                                                                           data,
1845                                                                                           axis,
1846                                                                                           &fGeom,
1847                                                                                           &bGeom,
1848                                                                                           pFront,
1849                                                                                           pBack,
1850                                                                                           data.mIsKdNode);     
1851        }
1852
1853        splitAxis = 3;
1854
1855        if (candidateCost < lowestCost)
1856        {       
1857                bestPlane = plane;
1858                lowestCost = candidateCost;
1859                splitAxis = axis;
1860       
1861                // assign already computed values
1862                // we can do this because we always save the
1863                // computed values from the axis aligned splits         
1864
1865                if (fGeom && bGeom)
1866                {
1867                        frontData.mGeometry = fGeom;
1868                        backData.mGeometry = bGeom;
1869       
1870                        frontData.mProbability = pFront;
1871                        backData.mProbability = pBack;
1872                }
1873        }
1874        else
1875        {
1876                DEL_PTR(fGeom);
1877                DEL_PTR(bGeom);
1878        }
1879   
1880#ifdef _DEBUG
1881        Debug << "plane lowest cost: " << lowestCost << endl;
1882#endif
1883
1884        // exeeded relative max cost ratio
1885        if (lowestCost > mTermMaxCostRatio)
1886        {
1887                return false;
1888        }
1889
1890        return true;
1891}
1892
1893
1894Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane(const RayInfoContainer &rays) const
1895{
1896        const int candidateIdx = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
1897
1898        const Vector3 minPt = rays[candidateIdx].ExtrapOrigin();
1899        const Vector3 maxPt = rays[candidateIdx].ExtrapTermination();
1900
1901        const Vector3 pt = (maxPt + minPt) * 0.5;
1902        const Vector3 normal = Normalize(rays[candidateIdx].mRay->GetDir());
1903
1904        return Plane3(normal, pt);
1905}
1906
1907
1908Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane2(const RayInfoContainer &rays) const
1909{
1910        Vector3 pt[3];
1911
1912        int idx[3];
1913        int cmaxT = 0;
1914        int cminT = 0;
1915        bool chooseMin = false;
1916
1917        for (int j = 0; j < 3; ++ j)
1918        {
1919                idx[j] = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() * 2 - 1));
1920
1921                if (idx[j] >= (int)rays.size())
1922                {
1923                        idx[j] -= (int)rays.size();
1924
1925                        chooseMin = (cminT < 2);
1926                }
1927                else
1928                        chooseMin = (cmaxT < 2);
1929
1930                RayInfo rayInf = rays[idx[j]];
1931                pt[j] = chooseMin ? rayInf.ExtrapOrigin() : rayInf.ExtrapTermination();
1932        }
1933
1934        return Plane3(pt[0], pt[1], pt[2]);
1935}
1936
1937
1938Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane3(const RayInfoContainer &rays) const
1939{
1940        Vector3 pt[3];
1941
1942        int idx1 = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
1943        int idx2 = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
1944
1945        // check if rays different
1946        if (idx1 == idx2)
1947                idx2 = (idx2 + 1) % (int)rays.size();
1948
1949        const RayInfo ray1 = rays[idx1];
1950        const RayInfo ray2 = rays[idx2];
1951
1952        // normal vector of the plane parallel to both lines
1953        const Vector3 norm = Normalize(CrossProd(ray1.mRay->GetDir(), ray2.mRay->GetDir()));
1954
1955        // vector from line 1 to line 2
1956        const Vector3 vd = ray2.ExtrapOrigin() - ray1.ExtrapOrigin();
1957
1958        // project vector on normal to get distance
1959        const float dist = DotProd(vd, norm);
1960
1961        // point on plane lies halfway between the two planes
1962        const Vector3 planePt = ray1.ExtrapOrigin() + norm * dist * 0.5;
1963
1964        return Plane3(norm, planePt);
1965}
1966
1967
1968inline void VspBspTree::GenerateUniqueIdsForPvs()
1969{
1970        Intersectable::NewMail(); sBackId = Intersectable::sMailId;
1971        Intersectable::NewMail(); sFrontId = Intersectable::sMailId;
1972        Intersectable::NewMail(); sFrontAndBackId = Intersectable::sMailId;
1973}
1974
1975
1976float VspBspTree::EvalRenderCostDecrease(const Plane3 &candidatePlane,
1977                                                                                 const VspBspTraversalData &data,
1978                                                                                 float &normalizedOldRenderCost) const
1979{
1980        float pvsFront = 0;
1981        float pvsBack = 0;
1982        float totalPvs = 0;
1983
1984        // probability that view point lies in back / front node
1985        float pOverall = data.mProbability;
1986        float pFront = 0;
1987        float pBack = 0;
1988
1989
1990        // create unique ids for pvs heuristics
1991        GenerateUniqueIdsForPvs();
1992       
1993        for (int i = 0; i < data.mRays->size(); ++ i)
1994        {
1995                RayInfo rayInf = (*data.mRays)[i];
1996
1997                float t;
1998                VssRay *ray = rayInf.mRay;
1999                const int cf = rayInf.ComputeRayIntersection(candidatePlane, t);
2000
2001                // find front and back pvs for origing and termination object
2002                AddObjToPvs(ray->mTerminationObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2003
2004                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS)
2005                        AddObjToPvs(ray->mOriginObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2006        }
2007
2008
2009        BspNodeGeometry geomFront;
2010        BspNodeGeometry geomBack;
2011
2012        // construct child geometry with regard to the candidate split plane
2013        data.mGeometry->SplitGeometry(geomFront,
2014                                                                  geomBack,
2015                                                                  candidatePlane,
2016                                                                  mBox,
2017                                                                  //0.0f);
2018                                                                  mEpsilon);
2019
2020        if (!mUseAreaForPvs) // use front and back cell areas to approximate volume
2021        {
2022                pFront = geomFront.GetVolume();
2023                pBack = pOverall - pFront;
2024
2025                // something is wrong with the volume
2026                if (0 && ((pFront < 0.0) || (pBack < 0.0)))
2027                {
2028                        Debug << "ERROR in volume:\n"
2029                                  << "volume f :" << pFront << " b: " << pBack << " p: " << pOverall
2030                                  << ", real volume f: " << pFront << " b: " << geomBack.GetVolume()
2031                                  << ", #polygons f: " << geomFront.Size() << " b: " << geomBack.Size() << " p: " << data.mGeometry->Size() << endl;
2032                }
2033        }
2034        else
2035        {
2036                pFront = geomFront.GetArea();
2037                pBack = geomBack.GetArea();
2038        }
2039       
2040
2041        // -- pvs rendering heuristics
2042
2043        // upper and lower bounds
2044        const int lowerPvsLimit = mViewCellsManager->GetMinPvsSize();
2045        const int upperPvsLimit = mViewCellsManager->GetMaxPvsSize();
2046
2047        const float penaltyOld = EvalPvsPenalty((int)totalPvs, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2048    const float penaltyFront = EvalPvsPenalty((int)pvsFront, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2049        const float penaltyBack = EvalPvsPenalty((int)pvsBack, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2050                       
2051        const float oldRenderCost = pOverall * penaltyOld;
2052        const float newRenderCost = penaltyFront * pFront + penaltyBack * pBack;
2053
2054        const float renderCostDecrease = (oldRenderCost - newRenderCost) / mBox.GetVolume();
2055       
2056        // take render cost of node into account to avoid being stuck in a local minimum
2057        normalizedOldRenderCost = oldRenderCost / mBox.GetVolume();
2058       
2059        return renderCostDecrease;
2060}
2061
2062
2063float VspBspTree::EvalSplitPlaneCost(const Plane3 &candidatePlane,
2064                                                                         const VspBspTraversalData &data,
2065                                                                         BspNodeGeometry &geomFront,
2066                                                                         BspNodeGeometry &geomBack,
2067                                                                         float &pFront,
2068                                                                         float &pBack) const
2069{
2070        float totalPvs = 0;
2071        float pvsFront = 0;
2072        float pvsBack = 0;
2073       
2074        // overall probability is used as normalizer
2075        float pOverall = 0;
2076
2077        // probability that view point lies in back / front node
2078        pFront = 0;
2079        pBack = 0;
2080
2081        int numTests; // the number of tests
2082
2083        // if random samples shold be taken instead of testing all the rays
2084        bool useRand;
2085
2086        if ((int)data.mRays->size() > mMaxTests)
2087        {
2088                useRand = true;
2089                numTests = mMaxTests;
2090        }
2091        else
2092        {
2093                useRand = false;
2094                numTests = (int)data.mRays->size();
2095        }
2096       
2097        // create unique ids for pvs heuristics
2098        GenerateUniqueIdsForPvs();
2099
2100        for (int i = 0; i < numTests; ++ i)
2101        {
2102                const int testIdx = useRand ?
2103                        (int)RandomValue(0, (Real)((int)data.mRays->size() - 1)) : i;
2104                RayInfo rayInf = (*data.mRays)[testIdx];
2105
2106                float t;
2107                VssRay *ray = rayInf.mRay;
2108                const int cf = rayInf.ComputeRayIntersection(candidatePlane, t);
2109
2110                // find front and back pvs for origing and termination object
2111                AddObjToPvs(ray->mTerminationObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2112
2113                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS)
2114                        AddObjToPvs(ray->mOriginObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2115        }
2116
2117        // construct child geometry with regard to the candidate split plane
2118        bool splitSuccessFull = data.mGeometry->SplitGeometry(geomFront,
2119                                                                                                                  geomBack,
2120                                                                                                                  candidatePlane,
2121                                                                                                                  mBox,
2122                                                                                                                  //0.0f);
2123                                                                                                                  mEpsilon);
2124
2125        pOverall = data.mProbability;
2126
2127        if (!mUseAreaForPvs) // use front and back cell areas to approximate volume
2128        {
2129                pFront = geomFront.GetVolume();
2130                pBack = pOverall - pFront;
2131               
2132                // HACK: precision issues possible for unbalanced split => don't take this split!
2133                if (1 &&
2134                        (!splitSuccessFull || (pFront <= 0) || (pBack <= 0) ||
2135                        !geomFront.Valid() || !geomBack.Valid()))
2136                {
2137                        //Debug << "error f: " << pFront << " b: " << pBack << endl;
2138
2139                        // high penalty for degenerated / wrong split
2140                        return 99999.9f;
2141                }
2142        }
2143        else
2144        {
2145                pFront = geomFront.GetArea();
2146                pBack = geomBack.GetArea();
2147        }
2148       
2149
2150        // -- pvs rendering heuristics
2151        const int lowerPvsLimit = mViewCellsManager->GetMinPvsSize();
2152        const int upperPvsLimit = mViewCellsManager->GetMaxPvsSize();
2153
2154        // only render cost heuristics or combined with standard deviation
2155        const float penaltyOld = EvalPvsPenalty((int)totalPvs, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2156    const float penaltyFront = EvalPvsPenalty((int)pvsFront, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2157        const float penaltyBack = EvalPvsPenalty((int)pvsBack, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2158                       
2159        const float oldRenderCost = pOverall * penaltyOld;
2160        const float newRenderCost = penaltyFront * pFront + penaltyBack * pBack;
2161
2162        float oldCost, newCost;
2163
2164        // only render cost
2165        if (1)
2166        {
2167                oldCost = oldRenderCost;
2168                newCost = newRenderCost;
2169        }
2170        else // also considering standard deviation
2171        {
2172                // standard deviation is difference of back and front pvs
2173                const float expectedCost = 0.5f * (penaltyFront + penaltyBack);
2174
2175                const float newDeviation = 0.5f *
2176                        fabs(penaltyFront - expectedCost) + fabs(penaltyBack - expectedCost);
2177
2178                const float oldDeviation = penaltyOld;
2179
2180                newCost = mRenderCostWeight * newRenderCost + (1.0f - mRenderCostWeight) * newDeviation;
2181                oldCost = mRenderCostWeight * oldRenderCost + (1.0f - mRenderCostWeight) * oldDeviation;
2182        }
2183
2184        const float cost = mPvsFactor * newCost / (oldCost + Limits::Small);
2185               
2186
2187#ifdef _DEBUG
2188        Debug << "totalpvs: " << data.mPvs << " ptotal: " << pOverall
2189                  << " frontpvs: " << pvsFront << " pFront: " << pFront
2190                  << " backpvs: " << pvsBack << " pBack: " << pBack << endl << endl;
2191        Debug << "cost: " << cost << endl;
2192#endif
2193
2194        return cost;
2195}
2196
2197
2198int VspBspTree::ComputeBoxIntersections(const AxisAlignedBox3 &box,
2199                                                                                ViewCellContainer &viewCells) const
2200{
2201        stack<bspNodePair> nodeStack;
2202        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
2203
2204        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
2205
2206        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
2207 
2208        ViewCell::NewMail();
2209
2210        while (!nodeStack.empty())
2211        {
2212                BspNode *node = nodeStack.top().first;
2213                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
2214                nodeStack.pop();
2215
2216                const int side = geom->ComputeIntersection(box);
2217               
2218                switch (side)
2219                {
2220                case -1:
2221                        // node geometry is contained in box
2222                        CollectViewCells(node, true, viewCells, true);
2223                        break;
2224
2225                case 0:
2226                        if (node->IsLeaf())
2227                        {
2228                                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2229                       
2230                                if (!leaf->GetViewCell()->Mailed() && leaf->TreeValid())
2231                                {
2232                                        leaf->GetViewCell()->Mail();
2233                                        viewCells.push_back(leaf->GetViewCell());
2234                                }
2235                        }
2236                        else
2237                        {
2238                                BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2239                       
2240                                BspNode *first = interior->GetFront();
2241                                BspNode *second = interior->GetBack();
2242           
2243                                BspNodeGeometry *firstGeom = new BspNodeGeometry();
2244                                BspNodeGeometry *secondGeom = new BspNodeGeometry();
2245
2246                                geom->SplitGeometry(*firstGeom,
2247                                                                        *secondGeom,
2248                                                                        interior->GetPlane(),
2249                                                                        mBox,
2250                                                                        //0.0000001f);
2251                                                                        mEpsilon);
2252
2253                                nodeStack.push(bspNodePair(first, firstGeom));
2254                                nodeStack.push(bspNodePair(second, secondGeom));
2255                        }
2256                       
2257                        break;
2258                default:
2259                        // default: cull
2260                        break;
2261                }
2262               
2263                DEL_PTR(geom);
2264               
2265        }
2266
2267        return (int)viewCells.size();
2268}
2269
2270
2271float VspBspTree::EvalAxisAlignedSplitCost(const VspBspTraversalData &data,
2272                                                                                   const AxisAlignedBox3 &box,
2273                                                                                   const int axis,
2274                                                                                   const float &position,                                                                                 
2275                                                                                   float &pFront,
2276                                                                                   float &pBack) const
2277{
2278        float pvsTotal = 0;
2279        float pvsFront = 0;
2280        float pvsBack = 0;
2281       
2282        // create unique ids for pvs heuristics
2283        GenerateUniqueIdsForPvs();
2284
2285        const int pvsSize = data.mPvs;
2286
2287        RayInfoContainer::const_iterator rit, rit_end = data.mRays->end();
2288
2289        // this is the main ray classification loop!
2290        for(rit = data.mRays->begin(); rit != rit_end; ++ rit)
2291        {
2292                // determine the side of this ray with respect to the plane
2293                float t;
2294                const int side = (*rit).ComputeRayIntersection(axis, position, t);
2295       
2296                AddObjToPvs((*rit).mRay->mTerminationObject, side, pvsFront, pvsBack, pvsTotal);
2297
2298                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS)
2299                        AddObjToPvs((*rit).mRay->mOriginObject, side, pvsFront, pvsBack, pvsTotal);
2300        }
2301
2302
2303        //-- pvs heuristics
2304
2305        float pOverall = data.mProbability;
2306
2307        // note: we use a simplified computation assuming that we always do a
2308        // spatial mid split   
2309       
2310        if (!mUseAreaForPvs)
2311        {   
2312                // volume
2313                pBack = pFront = pOverall * 0.5f;
2314#if 0
2315                // box length substitute for probability
2316                const float minBox = box.Min(axis);
2317                const float maxBox = box.Max(axis);
2318
2319                pBack = position - minBox;
2320                pFront = maxBox - position;
2321                pOverall = maxBox - minBox;
2322#endif
2323        }
2324        else //-- area substitute for probability
2325        {
2326                const int axis2 = (axis + 1) % 3;
2327                const int axis3 = (axis + 2) % 3;
2328
2329                const float faceArea =
2330                        (box.Max(axis2) - box.Min(axis2)) *
2331                        (box.Max(axis3) - box.Min(axis3));
2332
2333                pBack = pFront = pOverall * 0.5f + faceArea;
2334        }
2335
2336#ifdef _DEBUG
2337        Debug << axis << " " << pvsSize << " " << pvsBack << " " << pvsFront << endl;
2338        Debug << pFront << " " << pBack << " " << pOverall << endl;
2339#endif
2340
2341       
2342        const float newCost = pvsBack * pBack + pvsFront * pFront;
2343        const float oldCost = (float)pvsSize * pOverall + Limits::Small;
2344
2345        return  (mCtDivCi + newCost) / oldCost;
2346}
2347
2348
2349inline void VspBspTree::AddObjToPvs(Intersectable *obj,
2350                                                                                 const int cf,
2351                                                                                 float &frontPvs,
2352                                                                                 float &backPvs,
2353                                                                                 float &totalPvs) const
2354{
2355        if (!obj)
2356                return;
2357#if 0
2358        const float renderCost = mViewCellsManager->EvalRenderCost(obj);
2359#else
2360        const int renderCost = 1;
2361#endif
2362        // new object
2363        if ((obj->mMailbox != sFrontId) &&
2364                (obj->mMailbox != sBackId) &&
2365                (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
2366        {
2367                totalPvs += renderCost;
2368        }
2369
2370        // TODO: does this really belong to no pvs?
2371        //if (cf == Ray::COINCIDENT) return;
2372
2373        // object belongs to both PVS
2374        if (cf >= 0)
2375        {
2376                if ((obj->mMailbox != sFrontId) &&
2377                        (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
2378                {
2379                        frontPvs += renderCost;
2380               
2381                        if (obj->mMailbox == sBackId)
2382                                obj->mMailbox = sFrontAndBackId;
2383                        else
2384                                obj->mMailbox = sFrontId;
2385                }
2386        }
2387
2388        if (cf <= 0)
2389        {
2390                if ((obj->mMailbox != sBackId) &&
2391                        (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
2392                {
2393                        backPvs += renderCost;
2394               
2395                        if (obj->mMailbox == sFrontId)
2396                                obj->mMailbox = sFrontAndBackId;
2397                        else
2398                                obj->mMailbox = sBackId;
2399                }
2400        }
2401}
2402
2403
2404void VspBspTree::CollectLeaves(vector<BspLeaf *> &leaves,
2405                                                           const bool onlyUnmailed,
2406                                                           const int maxPvsSize) const
2407{
2408        stack<BspNode *> nodeStack;
2409        nodeStack.push(mRoot);
2410
2411        while (!nodeStack.empty())
2412        {
2413                BspNode *node = nodeStack.top();
2414                nodeStack.pop();
2415               
2416                if (node->IsLeaf())
2417                {
2418                        // test if this leaf is in valid view space
2419                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2420                        if (leaf->TreeValid() &&
2421                                (!onlyUnmailed || !leaf->Mailed()) &&
2422                                ((maxPvsSize < 0) || (leaf->GetViewCell()->GetPvs().CountObjectsInPvs() <= maxPvsSize)))
2423                        {
2424                                leaves.push_back(leaf);
2425                        }
2426                }
2427                else
2428                {
2429                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2430
2431                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2432                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2433                }
2434        }
2435}
2436
2437
2438AxisAlignedBox3 VspBspTree::GetBoundingBox() const
2439{
2440        return mBox;
2441}
2442
2443
2444BspNode *VspBspTree::GetRoot() const
2445{
2446        return mRoot;
2447}
2448
2449
2450void VspBspTree::EvaluateLeafStats(const VspBspTraversalData &data)
2451{
2452        // the node became a leaf -> evaluate stats for leafs
2453        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(data.mNode);
2454
2455
2456        if (data.mPvs > mBspStats.maxPvs)
2457        {
2458                mBspStats.maxPvs = data.mPvs;
2459        }
2460
2461        mBspStats.pvs += data.mPvs;
2462
2463        if (data.mDepth < mBspStats.minDepth)
2464        {
2465                mBspStats.minDepth = data.mDepth;
2466        }
2467       
2468        if (data.mDepth >= mTermMaxDepth)
2469        {
2470        ++ mBspStats.maxDepthNodes;
2471                //Debug << "new max depth: " << mBspStats.maxDepthNodes << endl;
2472        }
2473
2474        // accumulate rays to compute rays /  leaf
2475        mBspStats.accumRays += (int)data.mRays->size();
2476
2477        if (data.mPvs < mTermMinPvs)
2478                ++ mBspStats.minPvsNodes;
2479
2480        if ((int)data.mRays->size() < mTermMinRays)
2481                ++ mBspStats.minRaysNodes;
2482
2483        if (data.GetAvgRayContribution() > mTermMaxRayContribution)
2484                ++ mBspStats.maxRayContribNodes;
2485
2486        if (data.mProbability <= mTermMinProbability)
2487                ++ mBspStats.minProbabilityNodes;
2488       
2489        // accumulate depth to compute average depth
2490        mBspStats.accumDepth += data.mDepth;
2491
2492        ++ mCreatedViewCells;
2493
2494#ifdef _DEBUG
2495        Debug << "BSP stats: "
2496                  << "Depth: " << data.mDepth << " (max: " << mTermMaxDepth << "), "
2497                  << "PVS: " << data.mPvs << " (min: " << mTermMinPvs << "), "
2498                  << "#rays: " << (int)data.mRays->size() << " (max: " << mTermMinRays << "), "
2499                  << "#pvs: " << leaf->GetViewCell()->GetPvs().CountObjectsInPvs() << "), "
2500                  << "#avg ray contrib (pvs): " << (float)data.mPvs / (float)data.mRays->size() << endl;
2501#endif
2502}
2503
2504
2505int VspBspTree::CastRay(Ray &ray)
2506{
2507        int hits = 0;
2508
2509        stack<BspRayTraversalData> tQueue;
2510
2511        float maxt, mint;
2512
2513        if (!mBox.GetRaySegment(ray, mint, maxt))
2514                return 0;
2515
2516        Intersectable::NewMail();
2517        ViewCell::NewMail();
2518
2519        Vector3 entp = ray.Extrap(mint);
2520        Vector3 extp = ray.Extrap(maxt);
2521
2522        BspNode *node = mRoot;
2523        BspNode *farChild = NULL;
2524
2525        while (1)
2526        {
2527                if (!node->IsLeaf())
2528                {
2529                        BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2530
2531                        Plane3 splitPlane = in->GetPlane();
2532                        const int entSide = splitPlane.Side(entp);
2533                        const int extSide = splitPlane.Side(extp);
2534
2535                        if (entSide < 0)
2536                        {
2537                                node = in->GetBack();
2538
2539                                if(extSide <= 0) // plane does not split ray => no far child
2540                                        continue;
2541
2542                                farChild = in->GetFront(); // plane splits ray
2543
2544                        } else if (entSide > 0)
2545                        {
2546                                node = in->GetFront();
2547
2548                                if (extSide >= 0) // plane does not split ray => no far child
2549                                        continue;
2550
2551                                farChild = in->GetBack(); // plane splits ray
2552                        }
2553                        else // ray and plane are coincident
2554                        {
2555                                // matt: WHAT TO DO IN THIS CASE ?
2556                                //break;
2557                                node = in->GetFront();
2558                                continue;
2559                        }
2560
2561                        // push data for far child
2562                        tQueue.push(BspRayTraversalData(farChild, extp, maxt));
2563
2564                        // find intersection of ray segment with plane
2565                        float t;
2566                        extp = splitPlane.FindIntersection(ray.GetLoc(), extp, &t);
2567                        maxt *= t;
2568                }
2569                else // reached leaf => intersection with view cell
2570                {
2571                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2572
2573                        if (!leaf->GetViewCell()->Mailed())
2574                        {
2575                                //ray.bspIntersections.push_back(Ray::VspBspIntersection(maxt, leaf));
2576                                leaf->GetViewCell()->Mail();
2577                                ++ hits;
2578                        }
2579
2580                        //-- fetch the next far child from the stack
2581                        if (tQueue.empty())
2582                                break;
2583
2584                        entp = extp;
2585                        mint = maxt; // NOTE: need this?
2586
2587                        if (ray.GetType() == Ray::LINE_SEGMENT && mint > 1.0f)
2588                                break;
2589
2590                        BspRayTraversalData &s = tQueue.top();
2591
2592                        node = s.mNode;
2593                        extp = s.mExitPoint;
2594                        maxt = s.mMaxT;
2595
2596                        tQueue.pop();
2597                }
2598        }
2599
2600        return hits;
2601}
2602
2603
2604void VspBspTree::CollectViewCells(ViewCellContainer &viewCells,
2605                                                                  bool onlyValid) const
2606{
2607        ViewCell::NewMail();
2608       
2609        CollectViewCells(mRoot, onlyValid, viewCells, true);
2610}
2611
2612
2613void VspBspTree::CollapseViewCells()
2614{
2615// TODO
2616#if HAS_TO_BE_REDONE
2617        stack<BspNode *> nodeStack;
2618
2619        if (!mRoot)
2620                return;
2621
2622        nodeStack.push(mRoot);
2623       
2624        while (!nodeStack.empty())
2625        {
2626                BspNode *node = nodeStack.top();
2627                nodeStack.pop();
2628               
2629                if (node->IsLeaf())
2630        {
2631                        BspViewCell *viewCell = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
2632
2633                        if (!viewCell->GetValid())
2634                        {
2635                                BspViewCell *viewCell = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
2636       
2637                                ViewCellContainer leaves;
2638                                mViewCellsTree->CollectLeaves(viewCell, leaves);
2639
2640                                ViewCellContainer::const_iterator it, it_end = leaves.end();
2641
2642                                for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
2643                                {
2644                                        BspLeaf *l = dynamic_cast<BspViewCell *>(*it)->mLeaf;
2645                                        l->SetViewCell(GetOrCreateOutOfBoundsCell());
2646                                        ++ mBspStats.invalidLeaves;
2647                                }
2648
2649                                // add to unbounded view cell
2650                                GetOrCreateOutOfBoundsCell()->GetPvs().AddPvs(viewCell->GetPvs());
2651                                DEL_PTR(viewCell);
2652                        }
2653                }
2654                else
2655                {
2656                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2657               
2658                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2659                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2660                }
2661        }
2662
2663        Debug << "invalid leaves: " << mBspStats.invalidLeaves << endl;
2664#endif
2665}
2666
2667
2668void VspBspTree::CollectRays(VssRayContainer &rays)
2669{
2670        vector<BspLeaf *> leaves;
2671
2672        vector<BspLeaf *>::const_iterator lit, lit_end = leaves.end();
2673
2674        for (lit = leaves.begin(); lit != lit_end; ++ lit)
2675        {
2676                BspLeaf *leaf = *lit;
2677                VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = leaf->mVssRays.end();
2678
2679                for (rit = leaf->mVssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
2680                        rays.push_back(*rit);
2681        }
2682}
2683
2684
2685void VspBspTree::ValidateTree()
2686{
2687        stack<BspNode *> nodeStack;
2688
2689        if (!mRoot)
2690                return;
2691
2692        nodeStack.push(mRoot);
2693       
2694        mBspStats.invalidLeaves = 0;
2695        while (!nodeStack.empty())
2696        {
2697                BspNode *node = nodeStack.top();
2698                nodeStack.pop();
2699               
2700                if (node->IsLeaf())
2701                {
2702                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2703
2704                        if (!leaf->GetViewCell()->GetValid())
2705                                ++ mBspStats.invalidLeaves;
2706
2707                        // validity flags don't match => repair
2708                        if (leaf->GetViewCell()->GetValid() != leaf->TreeValid())
2709                        {
2710                                leaf->SetTreeValid(leaf->GetViewCell()->GetValid());
2711                                PropagateUpValidity(leaf);
2712                        }
2713                }
2714                else
2715                {
2716                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2717               
2718                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2719                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2720                }
2721        }
2722
2723        Debug << "invalid leaves: " << mBspStats.invalidLeaves << endl;
2724}
2725
2726
2727
2728void VspBspTree::CollectViewCells(BspNode *root,
2729                                                                  bool onlyValid,
2730                                                                  ViewCellContainer &viewCells,
2731                                                                  bool onlyUnmailed) const
2732{
2733        stack<BspNode *> nodeStack;
2734
2735        if (!root)
2736                return;
2737
2738        nodeStack.push(root);
2739       
2740        while (!nodeStack.empty())
2741        {
2742                BspNode *node = nodeStack.top();
2743                nodeStack.pop();
2744               
2745                if (node->IsLeaf())
2746                {
2747                        if (!onlyValid || node->TreeValid())
2748                        {
2749                                ViewCellLeaf *leafVc = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
2750
2751                                ViewCell *viewCell = mViewCellsTree->GetActiveViewCell(leafVc);
2752                                               
2753                                if (!onlyUnmailed || !viewCell->Mailed())
2754                                {
2755                                        viewCell->Mail();
2756                                        viewCells.push_back(viewCell);
2757                                }
2758                        }
2759                }
2760                else
2761                {
2762                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2763               
2764                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2765                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2766                }
2767        }
2768
2769}
2770
2771
2772void VspBspTree::PreprocessPolygons(PolygonContainer &polys)
2773{
2774        // preprocess: throw out polygons coincident to the view space box (not needed)
2775        PolygonContainer boxPolys;
2776       
2777        mBox.ExtractPolys(boxPolys);
2778        vector<Plane3> boxPlanes;
2779
2780        PolygonContainer::iterator pit, pit_end = boxPolys.end();
2781
2782        // extract planes of box
2783        // TODO: can be done more elegantly than first extracting polygons
2784        // and take their planes
2785        for (pit = boxPolys.begin(); pit != pit_end; ++ pit)
2786        {
2787                boxPlanes.push_back((*pit)->GetSupportingPlane());
2788        }
2789
2790        pit_end = polys.end();
2791
2792        for (pit = polys.begin(); pit != pit_end; ++ pit)
2793        {
2794                vector<Plane3>::const_iterator bit, bit_end = boxPlanes.end();
2795               
2796                for (bit = boxPlanes.begin(); (bit != bit_end) && (*pit); ++ bit)
2797                {
2798                        const int cf = (*pit)->ClassifyPlane(*bit, mEpsilon);
2799
2800                        if (cf == Polygon3::COINCIDENT)
2801                        {
2802                                DEL_PTR(*pit);
2803                                //Debug << "coincident!!" << endl;
2804                        }
2805                }
2806        }
2807
2808        // remove deleted entries after swapping them to end of vector
2809        for (int i = 0; i < (int)polys.size(); ++ i)
2810        {
2811                while (!polys[i] && (i < (int)polys.size()))
2812                {
2813                        swap(polys[i], polys.back());
2814                        polys.pop_back();
2815                }
2816        }
2817}
2818
2819
2820float VspBspTree::AccumulatedRayLength(const RayInfoContainer &rays) const
2821{
2822        float len = 0;
2823
2824        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
2825
2826        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
2827                len += (*it).SegmentLength();
2828
2829        return len;
2830}
2831
2832
2833int VspBspTree::SplitRays(const Plane3 &plane,
2834                                                  RayInfoContainer &rays,
2835                                                  RayInfoContainer &frontRays,
2836                                                  RayInfoContainer &backRays) const
2837{
2838        int splits = 0;
2839
2840        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
2841
2842        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
2843        {
2844                RayInfo bRay = *it;
2845               
2846                VssRay *ray = bRay.mRay;
2847                float t;
2848
2849                // get classification and receive new t
2850                const int cf = bRay.ComputeRayIntersection(plane, t);
2851
2852                switch (cf)
2853                {
2854                case -1:
2855                        backRays.push_back(bRay);
2856                        break;
2857                case 1:
2858                        frontRays.push_back(bRay);
2859                        break;
2860                case 0:
2861                        {
2862                                //-- split ray
2863                                //   test if start point behind or in front of plane
2864                                const int side = plane.Side(bRay.ExtrapOrigin());
2865
2866                                ++ splits;
2867
2868                                if (side <= 0)
2869                                {
2870                                        backRays.push_back(RayInfo(ray, bRay.GetMinT(), t));
2871                                        frontRays.push_back(RayInfo(ray, t, bRay.GetMaxT()));
2872                                }
2873                                else
2874                                {
2875                                        frontRays.push_back(RayInfo(ray, bRay.GetMinT(), t));
2876                                        backRays.push_back(RayInfo(ray, t, bRay.GetMaxT()));
2877                                }
2878                        }
2879                        break;
2880                default:
2881                        Debug << "Should not come here" << endl;
2882                        break;
2883                }
2884        }
2885
2886        return splits;
2887}
2888
2889
2890void VspBspTree::ExtractHalfSpaces(BspNode *n, vector<Plane3> &halfSpaces) const
2891{
2892        BspNode *lastNode;
2893
2894        do
2895        {
2896                lastNode = n;
2897
2898                // want to get planes defining geometry of this node => don't take
2899                // split plane of node itself
2900                n = n->GetParent();
2901
2902                if (n)
2903                {
2904                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(n);
2905                        Plane3 halfSpace = dynamic_cast<BspInterior *>(interior)->GetPlane();
2906
2907            if (interior->GetBack() != lastNode)
2908                                halfSpace.ReverseOrientation();
2909
2910                        halfSpaces.push_back(halfSpace);
2911                }
2912        }
2913        while (n);
2914}
2915
2916
2917void VspBspTree::ConstructGeometry(BspNode *n,
2918                                                                   BspNodeGeometry &geom) const
2919{
2920        vector<Plane3> halfSpaces;
2921        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
2922
2923        PolygonContainer candidatePolys;
2924        vector<Plane3> candidatePlanes;
2925
2926        vector<Plane3>::const_iterator pit, pit_end = halfSpaces.end();
2927
2928        // bounded planes are added to the polygons
2929        for (pit = halfSpaces.begin(); pit != pit_end; ++ pit)
2930        {
2931                Polygon3 *p = GetBoundingBox().CrossSection(*pit);
2932
2933                if (p->Valid(mEpsilon))
2934                {
2935                        candidatePolys.push_back(p);
2936                        candidatePlanes.push_back(*pit);
2937                }
2938        }
2939
2940        // add faces of bounding box (also could be faces of the cell)
2941        for (int i = 0; i < 6; ++ i)
2942        {
2943                VertexContainer vertices;
2944
2945                for (int j = 0; j < 4; ++ j)
2946                        vertices.push_back(mBox.GetFace(i).mVertices[j]);
2947
2948                Polygon3 *poly = new Polygon3(vertices);
2949
2950                candidatePolys.push_back(poly);
2951                candidatePlanes.push_back(poly->GetSupportingPlane());
2952        }
2953
2954        for (int i = 0; i < (int)candidatePolys.size(); ++ i)
2955        {
2956                // polygon is split by all other planes
2957                for (int j = 0; (j < (int)halfSpaces.size()) && candidatePolys[i]; ++ j)
2958                {
2959                        if (i == j) // polygon and plane are coincident
2960                                continue;
2961
2962                        VertexContainer splitPts;
2963                        Polygon3 *frontPoly, *backPoly;
2964
2965                        const int cf =
2966                                candidatePolys[i]->ClassifyPlane(halfSpaces[j],
2967                                                                                                 mEpsilon);
2968
2969                        switch (cf)
2970                        {
2971                                case Polygon3::SPLIT:
2972                                        frontPoly = new Polygon3();
2973                                        backPoly = new Polygon3();
2974
2975                                        candidatePolys[i]->Split(halfSpaces[j],
2976                                                                                         *frontPoly,
2977                                                                                         *backPoly,
2978                                                                                         mEpsilon);
2979
2980                                        DEL_PTR(candidatePolys[i]);
2981
2982                                        if (backPoly->Valid(mEpsilon))
2983                                                candidatePolys[i] = backPoly;
2984                                        else
2985                                                DEL_PTR(backPoly);
2986
2987                                        // outside, don't need this
2988                                        DEL_PTR(frontPoly);
2989                                        break;
2990                                // polygon outside of halfspace
2991                                case Polygon3::FRONT_SIDE:
2992                                        DEL_PTR(candidatePolys[i]);
2993                                        break;
2994                                // just take polygon as it is
2995                                case Polygon3::BACK_SIDE:
2996                                case Polygon3::COINCIDENT:
2997                                default:
2998                                        break;
2999                        }
3000                }
3001
3002                if (candidatePolys[i])
3003                {
3004                        geom.Add(candidatePolys[i], candidatePlanes[i]);
3005                        //      geom.mPolys.push_back(candidates[i]);
3006                }
3007        }
3008}
3009
3010
3011void VspBspTree::ConstructGeometry(ViewCell *vc,
3012                                                                   BspNodeGeometry &vcGeom) const
3013{
3014        ViewCellContainer leaves;
3015       
3016        mViewCellsTree->CollectLeaves(vc, leaves);
3017
3018        ViewCellContainer::const_iterator it, it_end = leaves.end();
3019
3020        for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
3021        {
3022                BspLeaf *l = dynamic_cast<BspViewCell *>(*it)->mLeaf;
3023               
3024                ConstructGeometry(l, vcGeom);
3025        }
3026}
3027
3028
3029int VspBspTree::FindNeighbors(BspNode *n, vector<BspLeaf *> &neighbors,
3030                                                          const bool onlyUnmailed) const
3031{
3032        stack<bspNodePair> nodeStack;
3033       
3034        BspNodeGeometry nodeGeom;
3035        ConstructGeometry(n, nodeGeom);
3036//      const float eps = 0.5f;
3037        const float eps = 0.01f;
3038        // split planes from the root to this node
3039        // needed to verify that we found neighbor leaf
3040        // TODO: really needed?
3041        vector<Plane3> halfSpaces;
3042        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
3043
3044
3045        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
3046        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
3047
3048        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
3049
3050        while (!nodeStack.empty())
3051        {
3052                BspNode *node = nodeStack.top().first;
3053                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
3054       
3055                nodeStack.pop();
3056
3057                if (node->IsLeaf())
3058                {
3059                        // test if this leaf is in valid view space
3060                        if (node->TreeValid() &&
3061                                (node != n) &&
3062                                (!onlyUnmailed || !node->Mailed()))
3063                        {
3064                                bool isAdjacent = true;
3065
3066                                if (1)
3067                                {
3068                                        // test all planes of current node if still adjacent
3069                                        for (int i = 0; (i < halfSpaces.size()) && isAdjacent; ++ i)
3070                                        {
3071                                                const int cf =
3072                                                        Polygon3::ClassifyPlane(geom->GetPolys(),
3073                                                                                                        halfSpaces[i],
3074                                                                                                        eps);
3075
3076                                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3077                                                {
3078                                                        isAdjacent = false;
3079                                                }
3080                                        }
3081                                }
3082                                else
3083                                {
3084                                        // TODO: why is this wrong??
3085                                        // test all planes of current node if still adjacent
3086                                        for (int i = 0; (i < nodeGeom.Size()) && isAdjacent; ++ i)
3087                                        {
3088                                                Polygon3 *poly = nodeGeom.GetPolys()[i];
3089
3090                                                const int cf =
3091                                                        Polygon3::ClassifyPlane(geom->GetPolys(),
3092                                                                                                        poly->GetSupportingPlane(),
3093                                                                                                        eps);
3094
3095                                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3096                                                {
3097                                                        isAdjacent = false;
3098                                                }
3099                                        }
3100                                }
3101                                // neighbor was found
3102                                if (isAdjacent)
3103                                {       
3104                                        neighbors.push_back(dynamic_cast<BspLeaf *>(node));
3105                                }
3106                        }
3107                }
3108                else
3109                {
3110                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3111
3112                        const int cf = Polygon3::ClassifyPlane(nodeGeom.GetPolys(),
3113                                                                                                   interior->GetPlane(),
3114                                                                                                   eps);
3115                       
3116                        BspNode *front = interior->GetFront();
3117                        BspNode *back = interior->GetBack();
3118           
3119                        BspNodeGeometry *fGeom = new BspNodeGeometry();
3120                        BspNodeGeometry *bGeom = new BspNodeGeometry();
3121
3122                        geom->SplitGeometry(*fGeom,
3123                                                                *bGeom,
3124                                                                interior->GetPlane(),
3125                                                                mBox,
3126                                                                //0.0000001f);
3127                                                                eps);
3128               
3129                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
3130                        {
3131                                nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetBack(), bGeom));
3132                                DEL_PTR(fGeom);
3133                        }
3134                        else
3135                        {
3136                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3137                                {
3138                                        nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetFront(), fGeom));
3139                                        DEL_PTR(bGeom);
3140                                }
3141                                else
3142                                {       // random decision
3143                                        nodeStack.push(bspNodePair(front, fGeom));
3144                                        nodeStack.push(bspNodePair(back, bGeom));
3145                                }
3146                        }
3147                }
3148       
3149                DEL_PTR(geom);
3150        }
3151
3152        return (int)neighbors.size();
3153}
3154
3155
3156
3157int VspBspTree::FindApproximateNeighbors(BspNode *n,
3158                                                                                 vector<BspLeaf *> &neighbors,
3159                                                                                 const bool onlyUnmailed) const
3160{
3161        stack<bspNodePair> nodeStack;
3162       
3163        BspNodeGeometry nodeGeom;
3164        ConstructGeometry(n, nodeGeom);
3165       
3166        float eps = 0.01f;
3167        // split planes from the root to this node
3168        // needed to verify that we found neighbor leaf
3169        // TODO: really needed?
3170        vector<Plane3> halfSpaces;
3171        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
3172
3173
3174        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
3175        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
3176
3177        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
3178
3179        while (!nodeStack.empty())
3180        {
3181                BspNode *node = nodeStack.top().first;
3182                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
3183       
3184                nodeStack.pop();
3185
3186                if (node->IsLeaf())
3187                {
3188                        // test if this leaf is in valid view space
3189                        if (node->TreeValid() &&
3190                                (node != n) &&
3191                                (!onlyUnmailed || !node->Mailed()))
3192                        {
3193                                bool isAdjacent = true;
3194
3195                                // neighbor was found
3196                                if (isAdjacent)
3197                                {       
3198                                        neighbors.push_back(dynamic_cast<BspLeaf *>(node));
3199                                }
3200                        }
3201                }
3202                else
3203                {
3204                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3205
3206                        const int cf = Polygon3::ClassifyPlane(nodeGeom.GetPolys(),
3207                                                                                                   interior->GetPlane(),
3208                                                                                                   eps);
3209                       
3210                        BspNode *front = interior->GetFront();
3211                        BspNode *back = interior->GetBack();
3212           
3213                        BspNodeGeometry *fGeom = new BspNodeGeometry();
3214                        BspNodeGeometry *bGeom = new BspNodeGeometry();
3215
3216                        geom->SplitGeometry(*fGeom,
3217                                                                *bGeom,
3218                                                                interior->GetPlane(),
3219                                                                mBox,
3220                                                                //0.0000001f);
3221                                                                eps);
3222               
3223                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
3224                        {
3225                                nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetBack(), bGeom));
3226                                DEL_PTR(fGeom);
3227                                }
3228                        else
3229                        {
3230                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3231                                {
3232                                        nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetFront(), fGeom));
3233                                        DEL_PTR(bGeom);
3234                                }
3235                                else
3236                                {       // random decision
3237                                        nodeStack.push(bspNodePair(front, fGeom));
3238                                        nodeStack.push(bspNodePair(back, bGeom));
3239                                }
3240                        }
3241                }
3242       
3243                DEL_PTR(geom);
3244        }
3245
3246        return (int)neighbors.size();
3247}
3248
3249
3250
3251BspLeaf *VspBspTree::GetRandomLeaf(const Plane3 &halfspace)
3252{
3253    stack<BspNode *> nodeStack;
3254        nodeStack.push(mRoot);
3255
3256        int mask = rand();
3257
3258        while (!nodeStack.empty())
3259        {
3260                BspNode *node = nodeStack.top();
3261                nodeStack.pop();
3262
3263                if (node->IsLeaf())
3264                {
3265                        return dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3266                }
3267                else
3268                {
3269                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3270                        BspNode *next;
3271                        BspNodeGeometry geom;
3272
3273                        // todo: not very efficient: constructs full cell everytime
3274                        ConstructGeometry(interior, geom);
3275
3276                        const int cf =
3277                                Polygon3::ClassifyPlane(geom.GetPolys(), halfspace, mEpsilon);
3278
3279                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
3280                                next = interior->GetFront();
3281                        else
3282                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3283                                        next = interior->GetFront();
3284                        else
3285                        {
3286                                // random decision
3287                                if (mask & 1)
3288                                        next = interior->GetBack();
3289                                else
3290                                        next = interior->GetFront();
3291                                mask = mask >> 1;
3292                        }
3293
3294                        nodeStack.push(next);
3295                }
3296        }
3297
3298        return NULL;
3299}
3300
3301
3302BspLeaf *VspBspTree::GetRandomLeaf(const bool onlyUnmailed)
3303{
3304        stack<BspNode *> nodeStack;
3305
3306        nodeStack.push(mRoot);
3307
3308        int mask = rand();
3309
3310        while (!nodeStack.empty())
3311        {
3312                BspNode *node = nodeStack.top();
3313                nodeStack.pop();
3314
3315                if (node->IsLeaf())
3316                {
3317                        if ( (!onlyUnmailed || !node->Mailed()) )
3318                                return dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3319                }
3320                else
3321                {
3322                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3323
3324                        // random decision
3325                        if (mask & 1)
3326                                nodeStack.push(interior->GetBack());
3327                        else
3328                                nodeStack.push(interior->GetFront());
3329
3330                        mask = mask >> 1;
3331                }
3332        }
3333
3334        return NULL;
3335}
3336
3337
3338int VspBspTree::ComputePvsSize(const RayInfoContainer &rays) const
3339{
3340        int pvsSize = 0;
3341
3342        RayInfoContainer::const_iterator rit, rit_end = rays.end();
3343
3344        Intersectable::NewMail();
3345
3346        for (rit = rays.begin(); rit != rays.end(); ++ rit)
3347        {
3348                VssRay *ray = (*rit).mRay;
3349
3350                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && ray->mOriginObject)
3351                {
3352                        if (!ray->mOriginObject->Mailed())
3353                        {
3354                                ray->mOriginObject->Mail();
3355                                ++ pvsSize;
3356                        }
3357                }
3358
3359                if (ray->mTerminationObject)
3360                {
3361                        if (!ray->mTerminationObject->Mailed())
3362                        {
3363                                ray->mTerminationObject->Mail();
3364                                ++ pvsSize;
3365                        }
3366                }
3367        }
3368
3369        return pvsSize;
3370}
3371
3372
3373float VspBspTree::GetEpsilon() const
3374{
3375        return mEpsilon;
3376}
3377
3378
3379int VspBspTree::SplitPolygons(const Plane3 &plane,
3380                                                          PolygonContainer &polys,
3381                                                          PolygonContainer &frontPolys,
3382                                                          PolygonContainer &backPolys,
3383                                                          PolygonContainer &coincident) const
3384{
3385        int splits = 0;
3386
3387        PolygonContainer::const_iterator it, it_end = polys.end();
3388
3389        for (it = polys.begin(); it != polys.end(); ++ it)     
3390        {
3391                Polygon3 *poly = *it;
3392
3393                // classify polygon
3394                const int cf = poly->ClassifyPlane(plane, mEpsilon);
3395
3396                switch (cf)
3397                {
3398                        case Polygon3::COINCIDENT:
3399                                coincident.push_back(poly);
3400                                break;
3401                        case Polygon3::FRONT_SIDE:
3402                                frontPolys.push_back(poly);
3403                                break;
3404                        case Polygon3::BACK_SIDE:
3405                                backPolys.push_back(poly);
3406                                break;
3407                        case Polygon3::SPLIT:
3408                                backPolys.push_back(poly);
3409                                frontPolys.push_back(poly);
3410                                ++ splits;
3411                                break;
3412                        default:
3413                Debug << "SHOULD NEVER COME HERE\n";
3414                                break;
3415                }
3416        }
3417
3418        return splits;
3419}
3420
3421
3422int VspBspTree::CastLineSegment(const Vector3 &origin,
3423                                                                const Vector3 &termination,
3424                                                                ViewCellContainer &viewcells)
3425{
3426        int hits = 0;
3427        stack<BspRayTraversalData> tStack;
3428
3429        float mint = 0.0f, maxt = 1.0f;
3430
3431        Intersectable::NewMail();
3432        ViewCell::NewMail();
3433
3434        Vector3 entp = origin;
3435        Vector3 extp = termination;
3436
3437        BspNode *node = mRoot;
3438        BspNode *farChild = NULL;
3439
3440        float t;
3441        const float thresh = 1e-6f; // matt: change this to adjustable value
3442       
3443        while (1)
3444        {
3445                if (!node->IsLeaf())
3446                {
3447                        BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3448
3449                        Plane3 splitPlane = in->GetPlane();
3450                       
3451                        const int entSide = splitPlane.Side(entp, thresh);
3452                        const int extSide = splitPlane.Side(extp, thresh);
3453
3454                        if (entSide < 0)
3455                        {
3456                                node = in->GetBack();
3457                               
3458                                // plane does not split ray => no far child
3459                                if (extSide <= 0)
3460                                        continue;
3461 
3462                                farChild = in->GetFront(); // plane splits ray
3463                        }
3464                        else if (entSide > 0)
3465                        {
3466                                node = in->GetFront();
3467
3468                                if (extSide >= 0) // plane does not split ray => no far child
3469                                        continue;
3470
3471                                farChild = in->GetBack(); // plane splits ray
3472                        }
3473                        else // one of the ray end points is on the plane
3474                        {       
3475                                // NOTE: what to do if ray is coincident with plane?
3476                                if (extSide < 0)
3477                                        node = in->GetBack();
3478                                else //if (extSide > 0)
3479                                        node = in->GetFront();
3480                                //else break; // coincident => count no intersections
3481
3482                                continue; // no far child
3483                        }
3484
3485                        // push data for far child
3486                        tStack.push(BspRayTraversalData(farChild, extp));
3487
3488                        // find intersection of ray segment with plane
3489                        extp = splitPlane.FindIntersection(origin, extp, &t);
3490                }
3491                else
3492                {
3493                        // reached leaf => intersection with view cell
3494                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3495                        ViewCell *viewCell;
3496                       
3497                        // question: always contribute to leaf or to currently active view cell?
3498                        if (0)
3499                                viewCell = mViewCellsTree->GetActiveViewCell(leaf->GetViewCell());
3500                        else
3501                                viewCell = leaf->GetViewCell();
3502
3503                        if (!viewCell->Mailed())
3504                        {
3505                                viewcells.push_back(viewCell);
3506                                viewCell->Mail();
3507                                ++ hits;
3508                        }
3509
3510                        //-- fetch the next far child from the stack
3511                        if (tStack.empty())
3512                                break;
3513
3514                        entp = extp;
3515                       
3516                        const BspRayTraversalData &s = tStack.top();
3517
3518                        node = s.mNode;
3519                        extp = s.mExitPoint;
3520
3521                        tStack.pop();
3522                }
3523        }
3524
3525        return hits;
3526}
3527
3528
3529
3530
3531int VspBspTree::TreeDistance(BspNode *n1, BspNode *n2) const
3532{
3533        std::deque<BspNode *> path1;
3534        BspNode *p1 = n1;
3535
3536        // create path from node 1 to root
3537        while (p1)
3538        {
3539                if (p1 == n2) // second node on path
3540                        return (int)path1.size();
3541
3542                path1.push_front(p1);
3543                p1 = p1->GetParent();
3544        }
3545
3546        int depth = n2->GetDepth();
3547        int d = depth;
3548
3549        BspNode *p2 = n2;
3550
3551        // compare with same depth
3552        while (1)
3553        {
3554                if ((d < (int)path1.size()) && (p2 == path1[d]))
3555                        return (depth - d) + ((int)path1.size() - 1 - d);
3556
3557                -- d;
3558                p2 = p2->GetParent();
3559        }
3560
3561        return 0; // never come here
3562}
3563
3564
3565BspNode *VspBspTree::CollapseTree(BspNode *node, int &collapsed)
3566{
3567// TODO
3568#if HAS_TO_BE_REDONE
3569        if (node->IsLeaf())
3570                return node;
3571
3572        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3573
3574        BspNode *front = CollapseTree(interior->GetFront(), collapsed);
3575        BspNode *back = CollapseTree(interior->GetBack(), collapsed);
3576
3577        if (front->IsLeaf() && back->IsLeaf())
3578        {
3579                BspLeaf *frontLeaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(front);
3580                BspLeaf *backLeaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(back);
3581
3582                //-- collapse tree
3583                if (frontLeaf->GetViewCell() == backLeaf->GetViewCell())
3584                {
3585                        BspViewCell *vc = frontLeaf->GetViewCell();
3586
3587                        BspLeaf *leaf = new BspLeaf(interior->GetParent(), vc);
3588                        leaf->SetTreeValid(frontLeaf->TreeValid());
3589
3590                        // replace a link from node's parent
3591                        if (leaf->GetParent())
3592                                leaf->GetParent()->ReplaceChildLink(node, leaf);
3593                        else
3594                                mRoot = leaf;
3595
3596                        ++ collapsed;
3597                        delete interior;
3598
3599                        return leaf;
3600                }
3601        }
3602#endif
3603        return node;
3604}
3605
3606
3607int VspBspTree::CollapseTree()
3608{
3609        int collapsed = 0;
3610        //TODO
3611#if HAS_TO_BE_REDONE
3612        (void)CollapseTree(mRoot, collapsed);
3613
3614        // revalidate leaves
3615        RepairViewCellsLeafLists();
3616#endif
3617        return collapsed;
3618}
3619
3620
3621void VspBspTree::RepairViewCellsLeafLists()
3622{
3623// TODO
3624#if HAS_TO_BE_REDONE
3625        // list not valid anymore => clear
3626        stack<BspNode *> nodeStack;
3627        nodeStack.push(mRoot);
3628
3629        ViewCell::NewMail();
3630
3631        while (!nodeStack.empty())
3632        {
3633                BspNode *node = nodeStack.top();
3634                nodeStack.pop();
3635
3636                if (node->IsLeaf())
3637                {
3638                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3639
3640                        BspViewCell *viewCell = leaf->GetViewCell();
3641
3642                        if (!viewCell->Mailed())
3643                        {
3644                                viewCell->mLeaves.clear();
3645                                viewCell->Mail();
3646                        }
3647       
3648                        viewCell->mLeaves.push_back(leaf);
3649
3650                }
3651                else
3652                {
3653                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3654
3655                        nodeStack.push(interior->GetFront());
3656                        nodeStack.push(interior->GetBack());
3657                }
3658        }
3659// TODO
3660#endif
3661}
3662
3663
3664int VspBspTree::CastBeam(Beam &beam)
3665{
3666    stack<bspNodePair> nodeStack;
3667        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
3668        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
3669
3670        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
3671 
3672        ViewCell::NewMail();
3673
3674        while (!nodeStack.empty())
3675        {
3676                BspNode *node = nodeStack.top().first;
3677                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
3678                nodeStack.pop();
3679               
3680                AxisAlignedBox3 box;
3681                geom->GetBoundingBox(box);
3682
3683                const int side = beam.ComputeIntersection(box);
3684               
3685                switch (side)
3686                {
3687                case -1:
3688                        CollectViewCells(node, true, beam.mViewCells, true);
3689                        break;
3690                case 0:
3691                       
3692                        if (node->IsLeaf())
3693                        {
3694                                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3695                       
3696                                if (!leaf->GetViewCell()->Mailed() && leaf->TreeValid())
3697                                {
3698                                        leaf->GetViewCell()->Mail();
3699                                        beam.mViewCells.push_back(leaf->GetViewCell());
3700                                }
3701                        }
3702                        else
3703                        {
3704                                BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3705                       
3706                                BspNode *first = interior->GetFront();
3707                                BspNode *second = interior->GetBack();
3708           
3709                                BspNodeGeometry *firstGeom = new BspNodeGeometry();
3710                                BspNodeGeometry *secondGeom = new BspNodeGeometry();
3711
3712                                geom->SplitGeometry(*firstGeom,
3713                                                                        *secondGeom,
3714                                                                        interior->GetPlane(),
3715                                                                        mBox,
3716                                                                        //0.0000001f);
3717                                                                        mEpsilon);
3718
3719                                // decide on the order of the nodes
3720                                if (DotProd(beam.mPlanes[0].mNormal,
3721                                        interior->GetPlane().mNormal) > 0)
3722                                {
3723                                        swap(first, second);
3724                                        swap(firstGeom, secondGeom);
3725                                }
3726
3727                                nodeStack.push(bspNodePair(first, firstGeom));
3728                                nodeStack.push(bspNodePair(second, secondGeom));
3729                        }
3730                       
3731                        break;
3732                default:
3733                        // default: cull
3734                        break;
3735                }
3736               
3737                DEL_PTR(geom);
3738               
3739        }
3740
3741        return (int)beam.mViewCells.size();
3742}
3743
3744
3745void VspBspTree::SetViewCellsManager(ViewCellsManager *vcm)
3746{
3747        mViewCellsManager = vcm;
3748}
3749
3750
3751int VspBspTree::CollectMergeCandidates(const vector<BspLeaf *> leaves,
3752                                                                           vector<MergeCandidate> &candidates)
3753{
3754        BspLeaf::NewMail();
3755       
3756        vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = leaves.end();
3757
3758        int numCandidates = 0;
3759
3760        // find merge candidates and push them into queue
3761        for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
3762        {
3763                BspLeaf *leaf = *it;
3764               
3765                // the same leaves must not be part of two merge candidates
3766                leaf->Mail();
3767               
3768                vector<BspLeaf *> neighbors;
3769               
3770                // appoximate neighbor search has slightl relaxed constraints
3771                if (1)
3772                        FindNeighbors(leaf, neighbors, true);
3773                else
3774                        FindApproximateNeighbors(leaf, neighbors, true);
3775
3776                vector<BspLeaf *>::const_iterator nit, nit_end = neighbors.end();
3777
3778                // TODO: test if at least one ray goes from one leaf to the other
3779                for (nit = neighbors.begin(); nit != nit_end; ++ nit)
3780                {
3781                        if ((*nit)->GetViewCell() != leaf->GetViewCell())
3782                        {
3783                                MergeCandidate mc(leaf->GetViewCell(), (*nit)->GetViewCell());
3784
3785                                if (!leaf->GetViewCell()->GetPvs().Empty() ||
3786                                        !(*nit)->GetViewCell()->GetPvs().Empty() ||
3787                    leaf->IsSibling(*nit))
3788                                {
3789                                        candidates.push_back(mc);
3790                                }
3791
3792                                ++ numCandidates;
3793                                if ((numCandidates % 1000) == 0)
3794                                {
3795                                        cout << "collected " << numCandidates << " merge candidates" << endl;
3796                                }
3797                        }
3798                }
3799        }
3800
3801        Debug << "merge queue: " << (int)candidates.size() << endl;
3802        Debug << "leaves in queue: " << numCandidates << endl;
3803       
3804
3805        return (int)leaves.size();
3806}
3807
3808
3809int VspBspTree::CollectMergeCandidates(const VssRayContainer &rays,
3810                                                                           vector<MergeCandidate> &candidates)
3811{
3812        ViewCell::NewMail();
3813        long startTime = GetTime();
3814       
3815        map<BspLeaf *, vector<BspLeaf*> > neighborMap;
3816        ViewCellContainer::const_iterator iit;
3817
3818        int numLeaves = 0;
3819       
3820        BspLeaf::NewMail();
3821
3822        for (int i = 0; i < (int)rays.size(); ++ i)
3823        { 
3824                VssRay *ray = rays[i];
3825       
3826                // traverse leaves stored in the rays and compare and
3827                // merge consecutive leaves (i.e., the neighbors in the tree)
3828                if (ray->mViewCells.size() < 2)
3829                        continue;
3830//TODO viewcellhierarchy
3831                iit = ray->mViewCells.begin();
3832                BspViewCell *bspVc = dynamic_cast<BspViewCell *>(*(iit ++));
3833                BspLeaf *leaf = bspVc->mLeaf;
3834               
3835                // traverse intersections
3836                // consecutive leaves are neighbors => add them to queue
3837                for (; iit != ray->mViewCells.end(); ++ iit)
3838                {
3839                        // next pair
3840                        BspLeaf *prevLeaf = leaf;
3841                        bspVc = dynamic_cast<BspViewCell *>(*iit);
3842            leaf = bspVc->mLeaf;
3843
3844                        // view space not valid or same view cell
3845                        if (!leaf->TreeValid() || !prevLeaf->TreeValid() ||
3846                                (leaf->GetViewCell() == prevLeaf->GetViewCell()))
3847                                continue;
3848
3849                vector<BspLeaf *> &neighbors = neighborMap[leaf];
3850                       
3851                        bool found = false;
3852
3853                        // both leaves inserted in queue already =>
3854                        // look if double pair already exists
3855                        if (leaf->Mailed() && prevLeaf->Mailed())
3856                        {
3857                                vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = neighbors.end();
3858                               
3859                for (it = neighbors.begin(); !found && (it != it_end); ++ it)
3860                                        if (*it == prevLeaf)
3861                                                found = true; // already in queue
3862                        }
3863               
3864                        if (!found)
3865                        {
3866                                // this pair is not in map yet
3867                                // => insert into the neighbor map and the queue
3868                                neighbors.push_back(prevLeaf);
3869                                neighborMap[prevLeaf].push_back(leaf);
3870
3871                                leaf->Mail();
3872                                prevLeaf->Mail();
3873               
3874                                MergeCandidate mc(leaf->GetViewCell(), prevLeaf->GetViewCell());
3875                               
3876                                candidates.push_back(mc);
3877
3878                                if (((int)candidates.size() % 1000) == 0)
3879                                {
3880                                        cout << "collected " << (int)candidates.size() << " merge candidates" << endl;
3881                                }
3882                        }
3883        }
3884        }
3885
3886        Debug << "neighbormap size: " << (int)neighborMap.size() << endl;
3887        Debug << "merge queue: " << (int)candidates.size() << endl;
3888        Debug << "leaves in queue: " << numLeaves << endl;
3889
3890
3891        //-- collect the leaves which haven't been found by ray casting
3892        if (0)
3893        {
3894                cout << "finding additional merge candidates using geometry" << endl;
3895                vector<BspLeaf *> leaves;
3896                CollectLeaves(leaves, true);
3897                Debug << "found " << (int)leaves.size() << " new leaves" << endl << endl;
3898                CollectMergeCandidates(leaves, candidates);
3899        }
3900
3901        return numLeaves;
3902}
3903
3904
3905
3906
3907ViewCell *VspBspTree::GetViewCell(const Vector3 &point, const bool active)
3908{
3909        if (mRoot == NULL)
3910                return NULL;
3911
3912        stack<BspNode *> nodeStack;
3913        nodeStack.push(mRoot);
3914 
3915        ViewCellLeaf *viewcell = NULL;
3916 
3917        while (!nodeStack.empty()) 
3918        {
3919                BspNode *node = nodeStack.top();
3920                nodeStack.pop();
3921       
3922                if (node->IsLeaf())
3923                {
3924                        viewcell = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
3925                        break;
3926                }
3927                else   
3928                {       
3929                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3930       
3931                        // random decision
3932                        if (interior->GetPlane().Side(point) < 0)
3933                                nodeStack.push(interior->GetBack());
3934                        else
3935                                nodeStack.push(interior->GetFront());
3936                }
3937        }
3938 
3939        if (active)
3940                return mViewCellsTree->GetActiveViewCell(viewcell);
3941        else
3942                return viewcell;
3943}
3944
3945
3946bool VspBspTree::ViewPointValid(const Vector3 &viewPoint) const
3947{
3948        BspNode *node = mRoot;
3949
3950        while (1)
3951        {
3952                // early exit
3953                if (node->TreeValid())
3954                        return true;
3955
3956                if (node->IsLeaf())
3957                        return false;
3958                       
3959                BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3960                                       
3961                if (in->GetPlane().Side(viewPoint) <= 0)
3962                {
3963                        node = in->GetBack();
3964                }
3965                else
3966                {
3967                        node = in->GetFront();
3968                }
3969        }
3970
3971        // should never come here
3972        return false;
3973}
3974
3975
3976void VspBspTree::PropagateUpValidity(BspNode *node)
3977{
3978        const bool isValid = node->TreeValid();
3979
3980        // propagative up invalid flag until only invalid nodes exist over this node
3981        if (!isValid)
3982        {
3983                while (!node->IsRoot() && node->GetParent()->TreeValid())
3984                {
3985                        node = node->GetParent();
3986                        node->SetTreeValid(false);
3987                }
3988        }
3989        else
3990        {
3991                // propagative up valid flag until one of the subtrees is invalid
3992                while (!node->IsRoot() && !node->TreeValid())
3993                {
3994            node = node->GetParent();
3995                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3996                       
3997                        // the parent is valid iff both leaves are valid
3998                        node->SetTreeValid(interior->GetBack()->TreeValid() &&
3999                                                           interior->GetFront()->TreeValid());
4000                }
4001        }
4002}
4003
4004
4005bool VspBspTree::Export(OUT_STREAM &stream)
4006{
4007        ExportNode(mRoot, stream);
4008
4009        return true;
4010}
4011
4012
4013void VspBspTree::ExportNode(BspNode *node, OUT_STREAM &stream)
4014{
4015        if (node->IsLeaf())
4016        {
4017                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
4018                ViewCell *viewCell = mViewCellsTree->GetActiveViewCell(leaf->GetViewCell());
4019
4020                int id = -1;
4021                if (viewCell != mOutOfBoundsCell)
4022                        id = viewCell->GetId();
4023
4024                stream << "<Leaf viewCellId=\"" << id << "\" />" << endl;
4025        }
4026        else
4027        {
4028                BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
4029       
4030                Plane3 plane = interior->GetPlane();
4031                stream << "<Interior plane=\"" << plane.mNormal.x << " "
4032                           << plane.mNormal.y << " " << plane.mNormal.z << " "
4033                           << plane.mD << "\">" << endl;
4034
4035                ExportNode(interior->GetBack(), stream);
4036                ExportNode(interior->GetFront(), stream);
4037
4038                stream << "</Interior>" << endl;
4039        }
4040}
4041
4042}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.