source: GTP/trunk/Lib/Vis/Preprocessing/src/VspBspTree.cpp @ 1577

Revision 1577, 99.1 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        //////////////////
78        //-- termination criteria for autopartition
79
80        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.maxDepth", mTermMaxDepth);
81        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.minPvs", mTermMinPvs);
82        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.minRays", mTermMinRays);
83        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minProbability", mTermMinProbability);
84        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.maxRayContribution", mTermMaxRayContribution);
85        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minAccRayLenght", mTermMinAccRayLength);
86       
87        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.missTolerance", mTermMissTolerance);
88        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.maxViewCells", mMaxViewCells);
89
90        ////////////////////////
91        //-- cost ratios for early tree termination
92        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.maxCostRatio", mTermMaxCostRatio);
93        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minGlobalCostRatio", mTermMinGlobalCostRatio);
94        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.globalCostMissTolerance", mTermGlobalCostMissTolerance);
95
96        ///////////
97        //-- factors for bsp tree split plane heuristics
98
99        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Factor.pvs", mPvsFactor);
100        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.ct_div_ci", mCtDivCi);
101
102        //////////
103        //-- partition criteria
104
105        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.maxPolyCandidates", mMaxPolyCandidates);
106        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.maxRayCandidates", mMaxRayCandidates);
107        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.splitPlaneStrategy", mSplitPlaneStrategy);
108
109        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.epsilon", mEpsilon);
110        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.maxTests", mMaxTests);
111
112        // if only the driving axis is used for axis aligned split
113        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.splitUseOnlyDrivingAxis", mOnlyDrivingAxis);
114       
115        //////////////////////
116        //-- termination criteria for axis aligned split
117        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.AxisAligned.maxRayContribution",
118                                                                mTermMaxRayContriForAxisAligned);
119        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.Termination.AxisAligned.minRays",
120                                                         mTermMinRaysForAxisAligned);
121
122        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.maxStaticMemory", mMaxMemory);
123
124        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.renderCostWeight", mRenderCostWeight);
125        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.renderCostDecreaseWeight", mRenderCostDecreaseWeight);
126        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.usePolygonSplitIfAvailable", mUsePolygonSplitIfAvailable);
127
128        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.useCostHeuristics", mUseCostHeuristics);
129        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.useSplitCostQueue", mUseSplitCostQueue);
130        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.simulateOctree", mCirculatingAxis);
131        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.useRandomAxis", mUseRandomAxis);
132        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("VspBspTree.nodePriorityQueueType", mNodePriorityQueueType);
133
134       
135        char subdivisionStatsLog[100];
136        Environment::GetSingleton()->GetStringValue("VspBspTree.subdivisionStats", subdivisionStatsLog);
137        mSubdivisionStats.open(subdivisionStatsLog);
138
139        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.minBand", mMinBand);
140        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.maxBand", mMaxBand);
141        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("VspBspTree.Construction.useDrivingAxisForMaxCost", mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated);
142
143        /////////
144        //-- debug output
145
146        Debug << "******* VSP BSP options ******** " << endl;
147    Debug << "max depth: " << mTermMaxDepth << endl;
148        Debug << "min PVS: " << mTermMinPvs << endl;
149        Debug << "min probabiliy: " << mTermMinProbability << endl;
150        Debug << "min rays: " << mTermMinRays << endl;
151        Debug << "max ray contri: " << mTermMaxRayContribution << endl;
152        Debug << "max cost ratio: " << mTermMaxCostRatio << endl;
153        Debug << "miss tolerance: " << mTermMissTolerance << endl;
154        Debug << "max view cells: " << mMaxViewCells << endl;
155        Debug << "max polygon candidates: " << mMaxPolyCandidates << endl;
156        Debug << "randomize: " << randomize << endl;
157
158        Debug << "using area for pvs: " << mUseAreaForPvs << endl;
159        Debug << "render cost weight: " << mRenderCostWeight << endl;
160        Debug << "min global cost ratio: " << mTermMinGlobalCostRatio << endl;
161        Debug << "global cost miss tolerance: " << mTermGlobalCostMissTolerance << endl;
162        Debug << "only driving axis: " << mOnlyDrivingAxis << endl;
163        Debug << "max memory: " << mMaxMemory << endl;
164        Debug << "use poly split if available: " << mUsePolygonSplitIfAvailable << endl;
165        Debug << "use cost heuristics: " << mUseCostHeuristics << endl;
166        Debug << "use split cost queue: " << mUseSplitCostQueue << endl;
167        Debug << "subdivision stats log: " << subdivisionStatsLog << endl;
168        Debug << "use random axis: " << mUseRandomAxis << endl;
169        Debug << "priority queue type: " << mNodePriorityQueueType << endl;
170        Debug << "circulating axis: " << mCirculatingAxis << endl;
171        Debug << "minband: " << mMinBand << endl;
172        Debug << "maxband: " << mMaxBand << endl;
173        Debug << "use driving axis for max cost: " << mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated << endl;
174        Debug << "render cost decrease weight: " << mRenderCostDecreaseWeight << endl;
175
176        Debug << "Split plane strategy: ";
177
178        if (mSplitPlaneStrategy & RANDOM_POLYGON)
179        {
180                Debug << "random polygon ";
181        }
182        if (mSplitPlaneStrategy & AXIS_ALIGNED)
183        {
184                Debug << "axis aligned ";
185        }
186        if (mSplitPlaneStrategy & LEAST_RAY_SPLITS)
187        {
188                mCostNormalizer += mLeastRaySplitsFactor;
189                Debug << "least ray splits ";
190        }
191        if (mSplitPlaneStrategy & BALANCED_RAYS)
192        {
193                mCostNormalizer += mBalancedRaysFactor;
194                Debug << "balanced rays ";
195        }
196        if (mSplitPlaneStrategy & PVS)
197        {
198                mCostNormalizer += mPvsFactor;
199                Debug << "pvs";
200        }
201
202        Debug << endl;
203
204        mLocalSubdivisionCandidates = new vector<SortableEntry>;
205}
206
207
208BspViewCell *VspBspTree::GetOutOfBoundsCell()
209{
210        return mOutOfBoundsCell;
211}
212
213
214BspViewCell *VspBspTree::GetOrCreateOutOfBoundsCell()
215{
216        if (!mOutOfBoundsCell)
217        {
218                mOutOfBoundsCell = new BspViewCell();
219                mOutOfBoundsCell->SetId(OUT_OF_BOUNDS_ID);
220                mOutOfBoundsCell->SetValid(false);
221        }
222
223        return mOutOfBoundsCell;
224}
225
226
227const BspTreeStatistics &VspBspTree::GetStatistics() const
228{
229        return mBspStats;
230}
231
232
233VspBspTree::~VspBspTree()
234{
235        DEL_PTR(mRoot);
236        DEL_PTR(mLocalSubdivisionCandidates);
237}
238
239
240int VspBspTree::AddMeshToPolygons(Mesh *mesh,
241                                                                  PolygonContainer &polys,
242                                                                  MeshInstance *parent)
243{
244        FaceContainer::const_iterator fi;
245
246        // copy the face data to polygons
247        for (fi = mesh->mFaces.begin(); fi != mesh->mFaces.end(); ++ fi)
248        {
249                Polygon3 *poly = new Polygon3((*fi), mesh);
250
251                if (poly->Valid(mEpsilon))
252                {
253                        poly->mParent = parent; // set parent intersectable
254                        polys.push_back(poly);
255                }
256                else
257                {
258                        DEL_PTR(poly);
259                }
260        }
261        return (int)mesh->mFaces.size();
262}
263
264
265int VspBspTree::AddToPolygonSoup(const ViewCellContainer &viewCells,
266                                                                 PolygonContainer &polys,
267                                                                 int maxObjects)
268{
269        int limit = (maxObjects > 0) ?
270                Min((int)viewCells.size(), maxObjects) : (int)viewCells.size();
271
272        int polysSize = 0;
273       
274        for (int i = 0; i < limit; ++ i)
275        {
276                Mesh *mesh = viewCells[i]->GetMesh();
277                if (mesh)
278                {       // // copy the mesh into polygons and add to BSP tree aabb
279                        mBoundingBox.Include(viewCells[i]->GetBox());
280                        polysSize += AddMeshToPolygons(mesh,
281                                                                                   polys,
282                                                                                   viewCells[i]);
283                }
284        }
285       
286        return polysSize;
287}
288
289
290int VspBspTree::AddToPolygonSoup(const ObjectContainer &objects,
291                                                                 PolygonContainer &polys,
292                                                                 int maxObjects)
293{
294        int limit = (maxObjects > 0) ?
295                Min((int)objects.size(), maxObjects) : (int)objects.size();
296
297        for (int i = 0; i < limit; ++i)
298        {
299                Intersectable *object = objects[i];//*it;
300                Mesh *mesh = NULL;
301
302                switch (object->Type()) // extract the meshes
303                {
304                case Intersectable::MESH_INSTANCE:
305                        mesh = dynamic_cast<MeshInstance *>(object)->GetMesh();
306                        break;
307                case Intersectable::VIEW_CELL:
308                        mesh = dynamic_cast<ViewCell *>(object)->GetMesh();
309                        break;
310                case Intersectable::TRANSFORMED_MESH_INSTANCE:
311                        {
312                                TransformedMeshInstance *mi = dynamic_cast<TransformedMeshInstance *>(object);
313
314                                if (!mi->GetMesh())     
315                                        break;
316                                mesh = new Mesh();
317                                mi->GetTransformedMesh(*mesh);
318                               
319                break;
320                        }
321                default:
322                        Debug << "intersectable type not supported" << endl;
323                        break;
324                }
325
326        if (mesh) // copy the mesh data to polygons
327                {
328                        mBoundingBox.Include(object->GetBox()); // add to BSP tree aabb
329                        AddMeshToPolygons(mesh, polys, NULL);
330
331                        // cleanup
332                        if (object->Type() == Intersectable::TRANSFORMED_MESH_INSTANCE)
333                                DEL_PTR(mesh);
334                }
335        }
336
337        return (int)polys.size();
338}
339
340
341void VspBspTree::ComputeBoundingBox(const VssRayContainer &sampleRays,
342                                                                        AxisAlignedBox3 *forcedBoundingBox)
343{
344        if (forcedBoundingBox)
345        {
346                mBoundingBox = *forcedBoundingBox;
347        }
348        else // compute vsp tree bounding box
349        {
350                mBoundingBox.Initialize();
351
352                VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = sampleRays.end();
353
354                //-- compute bounding box
355        for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
356                {
357                        VssRay *ray = *rit;
358
359                        // compute bounding box of view space
360                        mBoundingBox.Include(ray->GetTermination());
361                        mBoundingBox.Include(ray->GetOrigin());
362                }
363        }
364}
365
366
367void VspBspTree::Construct(const VssRayContainer &sampleRays,
368                                                   AxisAlignedBox3 *forcedBoundingBox)
369{
370        // Compute the bounding box from the rays
371        ComputeBoundingBox(sampleRays, forcedBoundingBox);
372       
373        PolygonContainer polys;
374        RayInfoContainer *rays = new RayInfoContainer();
375
376        ////////////
377        //-- extract polygons from rays if polygon candidate planes are required
378
379        if (mMaxPolyCandidates)
380        {
381                int numObj = 0;
382                Intersectable::NewMail();
383
384        cout << "Extracting polygons from rays ... ";
385
386                long startTime = GetTime();
387
388        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = sampleRays.end();
389
390                //-- extract polygons intersected by the rays
391                for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
392                {
393                        VssRay *ray = *rit;
394                        Intersectable *obj = ray->mTerminationObject;
395
396                        if ((mBoundingBox.IsInside(ray->mTermination) || !forcedBoundingBox) &&
397                                obj && !obj->Mailed())
398                        {
399                                obj->Mail();
400
401                                // handle intersectable
402                                switch (obj->Type())
403                                {
404                                        case Intersectable::TRANSFORMED_MESH_INSTANCE:
405                                                {
406                                                        Mesh mesh;
407                               
408                                                        TransformedMeshInstance *tmobj =
409                                                                dynamic_cast<TransformedMeshInstance *>(obj);
410                               
411                                                        tmobj->GetTransformedMesh(mesh);
412                                                        AddMeshToPolygons(&mesh, polys, tmobj);
413                                                }
414                                                break;
415                                        case Intersectable::MESH_INSTANCE:
416                                                {
417                                                        MeshInstance *mobj = dynamic_cast<MeshInstance *>(obj);
418                                                        AddMeshToPolygons(mobj->GetMesh(), polys, mobj);
419                                                }
420                                                break;
421                                        case Intersectable::TRIANGLE_INTERSECTABLE:
422                                                {
423                                                        // TODO
424                                                        cout << "here5" << endl;
425                                                }
426                                        default:
427                                                break;
428                                }
429
430                                ++ numObj;
431
432                                //-- compute bounding box
433                                if (!forcedBoundingBox)
434                                        mBoundingBox.Include(ray->mTermination);
435                        }
436
437                        if ((mBoundingBox.IsInside(ray->mOrigin) || !forcedBoundingBox) &&
438                                ray->mOriginObject &&
439                                !ray->mOriginObject->Mailed())
440                        {               
441                                ray->mOriginObject->Mail();
442                                MeshInstance *obj = dynamic_cast<MeshInstance *>(ray->mOriginObject);
443                                AddMeshToPolygons(obj->GetMesh(), polys, obj);
444                               
445                                ++ numObj;
446                        }
447                }
448
449                // throw out unnecessary polygons
450                PreprocessPolygons(polys);
451
452                cout << "finished" << endl;
453
454                Debug << "\n" << (int)polys.size() << " polys extracted from "
455                  << (int)sampleRays.size() << " rays in "
456                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << " secs" << endl << endl;
457        }
458       
459        Debug << "maximal pvs (i.e., pvs still considered as valid): "
460                  << mViewCellsManager->GetMaxPvsSize() << endl;
461
462        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = sampleRays.end();
463
464        //-- store rays
465        for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
466        {
467                VssRay *ray = *rit;
468
469                float minT, maxT;
470
471                static Ray hray;
472                hray.Init(*ray);
473
474                // TODO: not very efficient to implictly cast between rays types
475                if (mBoundingBox.GetRaySegment(hray, minT, maxT))
476                {
477                        float len = ray->Length();
478
479                        if (!len)
480                                len = Limits::Small;
481
482                        rays->push_back(RayInfo(ray, minT / len, maxT / len));
483                }
484        }
485
486        // normalize
487        if (mUseAreaForPvs)
488                mTermMinProbability *= mBoundingBox.SurfaceArea();
489        else
490                mTermMinProbability *= mBoundingBox.GetVolume();
491
492
493        mBspStats.nodes = 1;
494        mBspStats.polys = (int)polys.size();
495        mBspStats.mGlobalCostMisses = 0;
496
497
498        // use split cost priority queue
499        if (mUseSplitCostQueue)
500        {
501                ConstructWithSplitQueue(polys, rays);
502        }
503        else
504        {
505                Construct(polys, rays);
506        }
507
508        // clean up polygons
509        CLEAR_CONTAINER(polys);
510}
511
512
513// TODO: return memory usage in MB
514float VspBspTree::GetMemUsage() const
515{
516        return (float)
517                 (sizeof(VspBspTree) +
518                  mBspStats.Leaves() * sizeof(BspLeaf) +
519                  mCreatedViewCells * sizeof(BspViewCell) +
520                  mBspStats.pvs * sizeof(PvsData) +
521                  mBspStats.Interior() * sizeof(BspInterior) +
522                  mBspStats.accumRays * sizeof(RayInfo)) / (1024.0f * 1024.0f);
523}
524
525
526void VspBspTree::Construct(const PolygonContainer &polys, RayInfoContainer *rays)
527{
528        VspBspTraversalQueue tQueue;
529
530        /// create new vsp tree
531        mRoot = new BspLeaf();
532
533        // constrruct root node geometry
534        BspNodeGeometry *geom = new BspNodeGeometry();
535        ConstructGeometry(mRoot, *geom);
536
537        /// we use the overall probability as normalizer
538        /// either the overall area or the volume
539        const float prop = mUseAreaForPvs ? geom->GetArea() : geom->GetVolume();
540
541        /// first traversal data
542        VspBspTraversalData tData(mRoot,
543                                                          new PolygonContainer(polys),
544                                                          0,
545                                                          rays,
546                              ComputePvsSize(*rays),
547                                                          prop,
548                                                          geom);
549
550        // evaluate the priority of this traversal data
551        EvalPriority(tData);
552
553        // first node is kd node, i.e. an axis aligned box
554        if (1)
555        tData.mIsKdNode = true;
556        else
557                tData.mIsKdNode = false;
558
559        tQueue.push(tData);
560
561
562        mTotalCost = tData.mPvs * tData.mProbability / mBoundingBox.GetVolume();
563        mTotalPvsSize = tData.mPvs;
564       
565        // first subdivison statistics
566        AddSubdivisionStats(1, 0, 0, mTotalCost, (float)mTotalPvsSize);
567   
568        mBspStats.Start();
569        cout << "Constructing vsp bsp tree ... \n";
570
571        const long startTime = GetTime();       
572        // used for intermediate time measurements and progress
573        long interTime = GetTime();
574
575        int nLeaves = 500;
576        int nViewCells = 500;
577
578        mOutOfMemory = false;
579        mCreatedViewCells = 0;
580       
581        while (!tQueue.empty())
582        {
583                tData = tQueue.top();
584            tQueue.pop();               
585
586                if (0 && !mOutOfMemory)
587                {
588                        float mem = GetMemUsage();
589
590                        if (mem > mMaxMemory)
591                        {
592                                mOutOfMemory = true;
593                                Debug << "memory limit reached: " << mem << endl;
594                        }
595                }
596
597                // subdivide leaf node
598                const BspNode *r = Subdivide(tQueue, tData);
599
600                if (r == mRoot)
601                        Debug << "VSP BSP tree construction time spent at root: "
602                                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "s" << endl;
603
604                if (mBspStats.Leaves() >= nLeaves)
605                {
606                        nLeaves += 500;
607
608                        cout << "leaves=" << mBspStats.Leaves() << endl;
609                        Debug << "needed "
610                                  << TimeDiff(interTime, GetTime())*1e-3
611                                  << " secs to create 500 view cells" << endl;
612                        interTime = GetTime();
613                }
614
615                if (mCreatedViewCells >= nViewCells)
616                {
617                        nViewCells += 500;
618
619                        cout << "generated " << mCreatedViewCells << " viewcells" << endl;
620                }
621        }
622
623        Debug << "Used Memory: " << GetMemUsage() << " MB" << endl << endl;
624        cout << "finished in " << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "secs" << endl;
625
626        mBspStats.Stop();
627}
628
629
630
631void VspBspTree::ConstructWithSplitQueue(const PolygonContainer &polys,
632                                                                                          RayInfoContainer *rays)
633{
634        VspBspSplitQueue tQueue;
635
636        mRoot = new BspLeaf();
637
638        // constrruct root node geometry
639        BspNodeGeometry *geom = new BspNodeGeometry();
640        ConstructGeometry(mRoot, *geom);
641
642        const float prop = mUseAreaForPvs ? geom->GetArea() : geom->GetVolume();
643
644        VspBspTraversalData tData(mRoot,
645                                                          new PolygonContainer(polys),
646                                                          0,
647                                                          rays,
648                              ComputePvsSize(*rays),
649                                                          prop,
650                                                          geom);
651
652
653        // first node is kd node, i.e. an axis aligned box
654        if (1)
655        tData.mIsKdNode = true;
656        else
657                tData.mIsKdNode = false;
658
659        // compute first split candidate
660        VspBspSubdivisionCandidate splitCandidate;
661        splitCandidate.mParentData = tData;
662
663        EvalSubdivisionCandidate(splitCandidate);
664
665        tQueue.push(splitCandidate);
666
667        mTotalCost = tData.mPvs * tData.mProbability / mBoundingBox.GetVolume();
668        mTotalPvsSize = tData.mPvs;
669       
670        // first subdivison statistics
671        AddSubdivisionStats(1, 0, 0, mTotalCost, (float)mTotalPvsSize);
672   
673    mBspStats.Start();
674        cout << "Constructing vsp bsp tree ... \n";
675
676        long startTime = GetTime();     
677        int nLeaves = 500;
678        int nViewCells = 500;
679
680        // used for intermediate time measurements and progress
681        long interTime = GetTime();     
682
683        mOutOfMemory = false;
684
685        mCreatedViewCells = 0;
686       
687        while (!tQueue.empty())
688        {
689                splitCandidate = tQueue.top();
690            tQueue.pop();               
691
692                // cost ratio of cost decrease / totalCost
693                float costRatio = splitCandidate.mRenderCostDecr / mTotalCost;
694
695                //Debug << "cost ratio: " << costRatio << endl;
696                if (costRatio < mTermMinGlobalCostRatio)
697                {
698                        ++ mBspStats.mGlobalCostMisses;
699                }
700
701                if (0 && !mOutOfMemory)
702                {
703                        float mem = GetMemUsage();
704                        if (mem > mMaxMemory)
705                        {
706                                mOutOfMemory = true;
707                                Debug << "memory limit reached: " << mem << endl;
708                        }
709                }
710
711                // subdivide leaf node
712                BspNode *r = Subdivide(tQueue, splitCandidate);
713
714                if (r == mRoot)
715                {
716                        Debug << "VSP BSP tree construction time spent at root: "
717                                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "s" << endl;
718                }
719
720                if (mBspStats.Leaves() >= nLeaves)
721                {
722                        nLeaves += 500;
723
724                        cout << "leaves=" << mBspStats.Leaves() << endl;
725                        Debug << "needed "
726                                  << TimeDiff(interTime, GetTime())*1e-3
727                                  << " secs to create 500 view cells" << endl;
728                        interTime = GetTime();
729                }
730
731                if (mCreatedViewCells == nViewCells)
732                {
733                        nViewCells += 500;
734                        cout << "generated " << mCreatedViewCells << " viewcells" << endl;
735                }
736        }
737
738        Debug << "Used Memory: " << GetMemUsage() << " MB" << endl << endl;
739        cout << "finished\n";
740
741        mBspStats.Stop();
742}
743
744
745bool VspBspTree::LocalTerminationCriteriaMet(const VspBspTraversalData &data) const
746{
747        return
748                (((int)data.mRays->size() <= mTermMinRays) ||
749                 (data.mPvs <= mTermMinPvs)   ||
750                 (data.mProbability <= mTermMinProbability) ||
751                 (data.GetAvgRayContribution() > mTermMaxRayContribution) ||
752                 (data.mDepth >= mTermMaxDepth));
753}
754
755
756void VspBspTree::AddSubdivisionStats(const int viewCells,
757                                                                         const float renderCostDecr,
758                                                                         const float splitCandidateCost,
759                                                                         const float totalRenderCost,
760                                                                         const float avgRenderCost)
761{
762        mSubdivisionStats
763                        << "#ViewCells\n" << viewCells << endl
764                        << "#RenderCostDecrease\n" << renderCostDecr << endl
765                        << "#SubdivisionCandidateCost\n" << splitCandidateCost << endl
766                        << "#TotalRenderCost\n" << totalRenderCost << endl
767                        << "#AvgRenderCost\n" << avgRenderCost << endl;
768}
769
770
771bool VspBspTree::GlobalTerminationCriteriaMet(const VspBspTraversalData &data) const
772{
773        return
774                (0
775                || mOutOfMemory
776                || (mBspStats.Leaves() >= mMaxViewCells)
777                || (mBspStats.mGlobalCostMisses >= mTermGlobalCostMissTolerance)
778                 );
779}
780
781
782BspNode *VspBspTree::Subdivide(VspBspTraversalQueue &tQueue,
783                                                           VspBspTraversalData &tData)
784{
785        BspNode *newNode = tData.mNode;
786
787        if (!LocalTerminationCriteriaMet(tData) && !GlobalTerminationCriteriaMet(tData))
788        {
789                PolygonContainer coincident;
790
791                VspBspTraversalData tFrontData;
792                VspBspTraversalData tBackData;
793
794                // create new interior node and two leaf nodes
795                // or return leaf as it is (if maxCostRatio missed)
796                int splitAxis;
797                bool splitFurther = true;
798                int maxCostMisses = tData.mMaxCostMisses;
799               
800                Plane3 splitPlane;
801                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(tData.mNode);
802               
803                // choose next split plane
804                if (!SelectPlane(splitPlane, leaf, tData, tFrontData, tBackData, splitAxis))
805                {
806                        ++ maxCostMisses;
807
808                        if (maxCostMisses > mTermMissTolerance)
809                        {
810                                // terminate branch because of max cost
811                                ++ mBspStats.maxCostNodes;
812                                splitFurther = false;
813                        }
814                }
815       
816                // if this a valid split => subdivide this node further
817
818                if (splitFurther)
819                {
820                        newNode = SubdivideNode(splitPlane, tData, tFrontData, tBackData, coincident);
821
822                        if (splitAxis < 3)
823                                ++ mBspStats.splits[splitAxis];
824                        else
825                                ++ mBspStats.polySplits;
826
827                        // if it was a kd node (i.e., a box) and the split axis is axis aligned, it is still a kd node
828                        tFrontData.mIsKdNode = tBackData.mIsKdNode = (tData.mIsKdNode && (splitAxis < 3));
829                       
830                        tFrontData.mAxis = tBackData.mAxis = splitAxis;
831
832                        // how often was max cost ratio missed in this branch?
833                        tFrontData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
834                        tBackData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
835
836                        EvalPriority(tFrontData);
837                        EvalPriority(tBackData);
838
839                        // evaluate subdivision stats
840                        if (1)
841                                EvalSubdivisionStats(tData, tFrontData, tBackData);
842                       
843
844                        // push the children on the stack
845                        tQueue.push(tFrontData);
846                        tQueue.push(tBackData);
847
848                        // delete old leaf node
849                        DEL_PTR(tData.mNode);
850                }
851        }
852
853        //-- terminate traversal and create new view cell
854        if (newNode->IsLeaf())
855        {
856                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(newNode);
857               
858                BspViewCell *viewCell = new BspViewCell();
859                leaf->SetViewCell(viewCell);
860       
861                //-- update pvs
862                int conSamp = 0;
863                float sampCon = 0.0f;
864                AddToPvs(leaf, *tData.mRays, sampCon, conSamp);
865
866                // update scalar pvs size lookup
867                ObjectPvs &pvs = viewCell->GetPvs();
868                mViewCellsManager->UpdateScalarPvsSize(viewCell, pvs.CountObjectsInPvs(), pvs.GetSize());
869       
870
871                mBspStats.contributingSamples += conSamp;
872                mBspStats.sampleContributions += (int)sampCon;
873
874                //-- store additional info
875                if (mStoreRays)
876                {
877                        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = tData.mRays->end();
878                        for (it = tData.mRays->begin(); it != it_end; ++ it)
879                        {
880                                (*it).mRay->Ref();                     
881                                leaf->mVssRays.push_back((*it).mRay);
882                        }
883                }
884
885                // should I check here?
886                if (0 && !mViewCellsManager->CheckValidity(viewCell, 0,
887                        mViewCellsManager->GetMaxPvsSize()))
888                {
889                        viewCell->SetValid(false);
890                        leaf->SetTreeValid(false);
891                        PropagateUpValidity(leaf);
892
893                        ++ mBspStats.invalidLeaves;
894                }
895               
896                viewCell->mLeaves.push_back(leaf);
897
898                if (mUseAreaForPvs)
899                        viewCell->SetArea(tData.mProbability);
900                else
901                        viewCell->SetVolume(tData.mProbability);
902
903                leaf->mProbability = tData.mProbability;
904
905                // finally evaluate stats until this leaf
906                if (0)
907                        EvaluateLeafStats(tData);               
908        }
909
910        //-- cleanup
911        tData.Clear();
912
913        return newNode;
914}
915
916
917// subdivide node using a split plane queue
918BspNode *VspBspTree::Subdivide(VspBspSplitQueue &tQueue,
919                                                           VspBspSubdivisionCandidate &splitCandidate)
920{
921        VspBspTraversalData &tData = splitCandidate.mParentData;
922
923        BspNode *newNode = tData.mNode;
924
925        if (!LocalTerminationCriteriaMet(tData) && !GlobalTerminationCriteriaMet(tData))
926        {       
927                PolygonContainer coincident;
928
929                VspBspTraversalData tFrontData;
930                VspBspTraversalData tBackData;
931
932                //-- continue subdivision
933               
934                // create new interior node and two leaf node
935                const Plane3 splitPlane = splitCandidate.mSplitPlane;
936                               
937                newNode = SubdivideNode(splitPlane, tData, tFrontData, tBackData, coincident);
938       
939                const int splitAxis = splitCandidate.mSplitAxis;
940                const int maxCostMisses = splitCandidate.mMaxCostMisses;
941
942                if (splitAxis < 3)
943                        ++ mBspStats.splits[splitAxis];
944                else
945                        ++ mBspStats.polySplits;
946
947                tFrontData.mIsKdNode = tBackData.mIsKdNode = (tData.mIsKdNode && (splitAxis < 3));
948                tFrontData.mAxis = tBackData.mAxis = splitAxis;
949
950                // how often was max cost ratio missed in this branch?
951                tFrontData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
952                tBackData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
953                       
954                // statistics
955                if (1)
956                {
957                        float cFront = (float)tFrontData.mPvs * tFrontData.mProbability;
958                        float cBack = (float)tBackData.mPvs * tBackData.mProbability;
959                        float cData = (float)tData.mPvs * tData.mProbability;
960
961                       
962                        float costDecr =
963                                (cFront + cBack - cData) / mBoundingBox.GetVolume();
964
965                        mTotalCost += costDecr;
966                        mTotalPvsSize += tFrontData.mPvs + tBackData.mPvs - tData.mPvs;
967
968                        AddSubdivisionStats(mBspStats.Leaves(),
969                                                                -costDecr, 
970                                                                splitCandidate.GetPriority(),
971                                                                mTotalCost,
972                                                                (float)mTotalPvsSize / (float)mBspStats.Leaves());
973                }
974
975       
976                //-- push the new split candidates on the stack
977                VspBspSubdivisionCandidate frontCandidate;
978                frontCandidate.mParentData = tFrontData;
979
980                VspBspSubdivisionCandidate backCandidate;
981                backCandidate.mParentData = tBackData;
982
983                EvalSubdivisionCandidate(frontCandidate);
984                EvalSubdivisionCandidate(backCandidate);
985       
986                tQueue.push(frontCandidate);
987                tQueue.push(backCandidate);
988       
989                // delete old leaf node
990                DEL_PTR(tData.mNode);
991        }
992
993
994        //////////////////
995        //-- terminate traversal and create new view cell
996        if (newNode->IsLeaf())
997        {
998                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(newNode);
999
1000                BspViewCell *viewCell = new BspViewCell();
1001        leaf->SetViewCell(viewCell);
1002               
1003                //-- update pvs
1004                int conSamp = 0;
1005                float sampCon = 0.0f;
1006                AddToPvs(leaf, *tData.mRays, sampCon, conSamp);
1007
1008                // update scalar pvs size value
1009                ObjectPvs &pvs = viewCell->GetPvs();
1010                mViewCellsManager->UpdateScalarPvsSize(viewCell, pvs.CountObjectsInPvs(), pvs.GetSize());
1011
1012                mBspStats.contributingSamples += conSamp;
1013                mBspStats.sampleContributions +=(int) sampCon;
1014
1015                viewCell->mLeaves.push_back(leaf);
1016
1017                ///////////
1018                //-- store additional info
1019                if (mStoreRays)
1020                {
1021                        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = tData.mRays->end();
1022                        for (it = tData.mRays->begin(); it != it_end; ++ it)
1023                        {
1024                                (*it).mRay->Ref();                     
1025                                leaf->mVssRays.push_back((*it).mRay);
1026                        }
1027                }
1028       
1029                if (mUseAreaForPvs)
1030                        viewCell->SetArea(tData.mProbability);
1031                else
1032                        viewCell->SetVolume(tData.mProbability);
1033
1034        leaf->mProbability = tData.mProbability;
1035
1036                // finally evaluate stats until this leaf
1037                if (0)
1038                        EvaluateLeafStats(tData);               
1039        }
1040
1041        //-- cleanup
1042        tData.Clear();
1043
1044        return newNode;
1045}
1046
1047
1048void VspBspTree::EvalPriority(VspBspTraversalData &tData) const
1049{
1050    switch (mNodePriorityQueueType)
1051        {
1052        case BREATH_FIRST:
1053                tData.mPriority = (float)-tData.mDepth;
1054                break;
1055        case DEPTH_FIRST:
1056                tData.mPriority = (float)tData.mDepth;
1057                break;
1058        default:
1059                tData.mPriority = tData.mPvs * tData.mProbability;
1060                //Debug << "priority: " << tData.mPriority << endl;
1061                break;
1062        }
1063}
1064
1065
1066void VspBspTree::EvalSubdivisionCandidate(VspBspSubdivisionCandidate &splitCandidate)
1067{
1068        VspBspTraversalData frontData;
1069        VspBspTraversalData backData;
1070       
1071        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(splitCandidate.mParentData.mNode);
1072       
1073        // compute locally best split plane
1074    const bool costRatioViolated =
1075                SelectPlane(splitCandidate.mSplitPlane,
1076                                        leaf,
1077                                        splitCandidate.mParentData,
1078                                        frontData,
1079                                        backData,
1080                                        splitCandidate.mSplitAxis);
1081
1082        // max cost threshold violated?
1083        splitCandidate.mMaxCostMisses = costRatioViolated ?
1084                splitCandidate.mParentData.mMaxCostMisses :
1085                splitCandidate.mParentData.mMaxCostMisses + 1;
1086
1087        float oldRenderCost;
1088
1089        // compute global decrease in render cost
1090        const float renderCostDecr = EvalRenderCostDecrease(splitCandidate.mSplitPlane,
1091                                                                                                                splitCandidate.mParentData,
1092                                                                                                                oldRenderCost);
1093
1094        splitCandidate.mRenderCostDecr = renderCostDecr;
1095
1096        // TODO: geometry could be reused
1097        delete frontData.mGeometry;
1098        delete backData.mGeometry;
1099
1100        // set priority for queue
1101#if 0
1102        const float priority = (float)-data.mDepth;
1103#else   
1104
1105        // take render cost of node into account
1106        // otherwise danger of being stuck in a local minimum!!
1107        const float factor = mRenderCostDecreaseWeight;
1108        const float priority = factor * renderCostDecr + (1.0f - factor) * oldRenderCost;
1109#endif
1110       
1111        splitCandidate.mPriority = priority;
1112}
1113
1114
1115void VspBspTree::EvalSubdivisionStats(const VspBspTraversalData &tData,
1116                                                                          const VspBspTraversalData &tFrontData,
1117                                                                          const VspBspTraversalData &tBackData)
1118{
1119        const float cFront = (float)tFrontData.mPvs * tFrontData.mProbability;
1120        const float cBack = (float)tBackData.mPvs * tBackData.mProbability;
1121        const float cData = (float)tData.mPvs * tData.mProbability;
1122       
1123        const float costDecr =
1124                (cFront + cBack - cData) / mBoundingBox.GetVolume();
1125
1126        mTotalCost += costDecr;
1127        mTotalPvsSize += tFrontData.mPvs + tBackData.mPvs - tData.mPvs;
1128
1129        AddSubdivisionStats(mBspStats.Leaves(),
1130                                                -costDecr,
1131                                                0,
1132                                                mTotalCost,
1133                                                (float)mTotalPvsSize / (float)mBspStats.Leaves());
1134}
1135
1136
1137BspInterior *VspBspTree::SubdivideNode(const Plane3 &splitPlane,
1138                                                                           VspBspTraversalData &tData,
1139                                                                           VspBspTraversalData &frontData,
1140                                                                           VspBspTraversalData &backData,
1141                                                                           PolygonContainer &coincident)
1142{
1143        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(tData.mNode);
1144       
1145        //-- the front and back traversal data is filled with the new values
1146        frontData.mDepth = tData.mDepth + 1;
1147        frontData.mPolygons = new PolygonContainer();
1148        frontData.mRays = new RayInfoContainer();
1149       
1150        backData.mDepth = tData.mDepth + 1;
1151        backData.mPolygons = new PolygonContainer();
1152        backData.mRays = new RayInfoContainer();
1153       
1154
1155        //-- subdivide rays
1156        SplitRays(splitPlane,
1157                          *tData.mRays,
1158                          *frontData.mRays,
1159                          *backData.mRays);
1160
1161
1162        // compute pvs
1163        frontData.mPvs = ComputePvsSize(*frontData.mRays);
1164        backData.mPvs = ComputePvsSize(*backData.mRays);
1165
1166        // split front and back node geometry and compute area
1167       
1168        // if geometry was not already computed
1169        if (!frontData.mGeometry && !backData.mGeometry)
1170        {
1171                frontData.mGeometry = new BspNodeGeometry();
1172                backData.mGeometry = new BspNodeGeometry();
1173
1174                tData.mGeometry->SplitGeometry(*frontData.mGeometry,
1175                                                                           *backData.mGeometry,
1176                                                                           splitPlane,
1177                                                                           mBoundingBox,
1178                                                                           //0.0f);
1179                                                                           mEpsilon);
1180               
1181                if (mUseAreaForPvs)
1182                {
1183                        frontData.mProbability = frontData.mGeometry->GetArea();
1184                        backData.mProbability = backData.mGeometry->GetArea();
1185                }
1186                else
1187                {
1188                        frontData.mProbability = frontData.mGeometry->GetVolume();
1189                        backData.mProbability = tData.mProbability - frontData.mProbability;
1190
1191                        // should never come here: wrong volume !!!
1192                        if (0)
1193                        {
1194                                if (frontData.mProbability < -0.00001)
1195                                        Debug << "fatal error f: " << frontData.mProbability << endl;
1196                                if (backData.mProbability < -0.00001)
1197                                        Debug << "fatal error b: " << backData.mProbability << endl;
1198
1199                                // clamp because of precision issues
1200                                if (frontData.mProbability < 0) frontData.mProbability = 0;
1201                                if (backData.mProbability < 0) backData.mProbability = 0;
1202                        }
1203                }
1204        }
1205
1206       
1207    // subdivide polygons
1208        SplitPolygons(splitPlane,
1209                                  *tData.mPolygons,
1210                      *frontData.mPolygons,
1211                                  *backData.mPolygons,
1212                                  coincident);
1213
1214
1215
1216        ///////////////////////////////////////
1217        // subdivide further
1218
1219        // store maximal and minimal depth
1220        if (tData.mDepth > mBspStats.maxDepth)
1221        {
1222                Debug << "max depth increases to " << tData.mDepth << " at " << mBspStats.Leaves() << " leaves" << endl;
1223                mBspStats.maxDepth = tData.mDepth;
1224        }
1225
1226        mBspStats.nodes += 2;
1227
1228   
1229        BspInterior *interior = new BspInterior(splitPlane);
1230
1231#ifdef _DEBUG
1232        Debug << interior << endl;
1233#endif
1234
1235
1236        //-- create front and back leaf
1237
1238        BspInterior *parent = leaf->GetParent();
1239
1240        // replace a link from node's parent
1241        if (parent)
1242        {
1243                parent->ReplaceChildLink(leaf, interior);
1244                interior->SetParent(parent);
1245        }
1246        else // new root
1247        {
1248                mRoot = interior;
1249        }
1250
1251        // and setup child links
1252        interior->SetupChildLinks(new BspLeaf(interior), new BspLeaf(interior));
1253
1254        frontData.mNode = interior->GetFront();
1255        backData.mNode = interior->GetBack();
1256
1257        interior->mTimeStamp = mTimeStamp ++;
1258       
1259
1260        //DEL_PTR(leaf);
1261        return interior;
1262}
1263
1264
1265void VspBspTree::AddToPvs(BspLeaf *leaf,
1266                                                  const RayInfoContainer &rays,
1267                                                  float &sampleContributions,
1268                                                  int &contributingSamples)
1269{
1270        sampleContributions = 0;
1271        contributingSamples = 0;
1272 
1273        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
1274 
1275        ViewCellLeaf *vc = leaf->GetViewCell();
1276 
1277        // add contributions from samples to the PVS
1278        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
1279        {
1280                float sc = 0.0f;
1281                VssRay *ray = (*it).mRay;
1282
1283                bool madeContrib = false;
1284                float contribution;
1285
1286                if (ray->mTerminationObject)
1287                {
1288                        if (vc->AddPvsSample(ray->mTerminationObject, ray->mPdf, contribution))
1289                                madeContrib = true;
1290                        sc += contribution;
1291                }
1292         
1293                // only count termination objects?
1294                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && ray->mOriginObject)
1295                {
1296                        if (vc->AddPvsSample(ray->mOriginObject, ray->mPdf, contribution))
1297                                madeContrib = true;
1298
1299                        sc += contribution;
1300                }
1301               
1302                sampleContributions += sc;
1303               
1304                if (madeContrib)
1305                        ++ contributingSamples;
1306        }
1307}
1308
1309
1310void VspBspTree::SortSubdivisionCandidates(const RayInfoContainer &rays,
1311                                                                         const int axis,
1312                                                                         float minBand,
1313                                                                         float maxBand)
1314{
1315        mLocalSubdivisionCandidates->clear();
1316
1317        int requestedSize = 2 * (int)(rays.size());
1318        // creates a sorted split candidates array
1319        if (mLocalSubdivisionCandidates->capacity() > 500000 &&
1320                requestedSize < (int)(mLocalSubdivisionCandidates->capacity() / 10) )
1321        {
1322        delete mLocalSubdivisionCandidates;
1323                mLocalSubdivisionCandidates = new vector<SortableEntry>;
1324        }
1325
1326        mLocalSubdivisionCandidates->reserve(requestedSize);
1327
1328        if (0)
1329        {       // float values => don't compare with exact values
1330                minBand += Limits::Small;
1331                maxBand -= Limits::Small;
1332        }
1333
1334        // insert all queries
1335        for (RayInfoContainer::const_iterator ri = rays.begin(); ri < rays.end(); ++ ri)
1336        {
1337                const bool positive = (*ri).mRay->HasPosDir(axis);
1338                float pos = (*ri).ExtrapOrigin(axis);
1339
1340                // clamp to min / max band
1341                if (0) ClipValue(pos, minBand, maxBand);
1342               
1343                mLocalSubdivisionCandidates->push_back(SortableEntry(positive ? SortableEntry::ERayMin : SortableEntry::ERayMax,
1344                                                                        pos, (*ri).mRay));
1345
1346                pos = (*ri).ExtrapTermination(axis);
1347
1348                // clamp to min / max band
1349                if (0) ClipValue(pos, minBand, maxBand);
1350
1351                mLocalSubdivisionCandidates->push_back(SortableEntry(positive ? SortableEntry::ERayMax : SortableEntry::ERayMin,
1352                                                                        pos, (*ri).mRay));
1353        }
1354
1355        stable_sort(mLocalSubdivisionCandidates->begin(), mLocalSubdivisionCandidates->end());
1356}
1357
1358
1359float VspBspTree::BestCostRatioHeuristics(const RayInfoContainer &rays,
1360                                                                                  const AxisAlignedBox3 &box,
1361                                                                                  const int pvsSize,
1362                                                                                  const int axis,
1363                                          float &position)
1364{
1365        RayInfoContainer usedRays;
1366
1367        if (mMaxTests < rays.size())
1368        {
1369                GetRayInfoSets(rays, mMaxTests, usedRays);
1370        }
1371        else
1372        {
1373                usedRays = rays;
1374        }
1375
1376        const float minBox = box.Min(axis);
1377        const float maxBox = box.Max(axis);
1378
1379        const float sizeBox = maxBox - minBox;
1380
1381        const float minBand = minBox + mMinBand * sizeBox;
1382        const float maxBand = minBox + mMaxBand * sizeBox;
1383
1384        SortSubdivisionCandidates(usedRays, axis, minBand, maxBand);
1385
1386        // go through the lists, count the number of objects left and right
1387        // and evaluate the following cost funcion:
1388        // C = ct_div_ci  + (ql*rl + qr*rr)/queries
1389
1390        int pvsl = 0;
1391        int pvsr = pvsSize;
1392
1393        int pvsBack = pvsl;
1394        int pvsFront = pvsr;
1395
1396        float sum = (float)pvsSize * sizeBox;
1397        float minSum = 1e20f;
1398
1399       
1400        // if no border can be found, take mid split
1401        position = minBox + 0.5f * sizeBox;
1402       
1403        // the relative cost ratio
1404        float ratio = 99999999.0f;
1405        bool splitPlaneFound = false;
1406
1407        Intersectable::NewMail();
1408
1409        RayInfoContainer::const_iterator ri, ri_end = usedRays.end();
1410
1411        // set all object as belonging to the front pvs
1412        for(ri = usedRays.begin(); ri != ri_end; ++ ri)
1413        {
1414                Intersectable *oObject = (*ri).mRay->mOriginObject;
1415                Intersectable *tObject = (*ri).mRay->mTerminationObject;
1416
1417                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && oObject)
1418                {
1419                        if (!oObject->Mailed())
1420                        {
1421                                oObject->Mail();
1422                                oObject->mCounter = 1;
1423                        }
1424                        else
1425                        {
1426                                ++ oObject->mCounter;
1427                        }
1428                }
1429
1430                if (tObject)
1431                {
1432                        if (!tObject->Mailed())
1433                        {
1434                                tObject->Mail();
1435                                tObject->mCounter = 1;
1436                        }
1437                        else
1438                        {
1439                                ++ tObject->mCounter;
1440                        }
1441                }
1442        }
1443
1444        Intersectable::NewMail();
1445
1446        vector<SortableEntry>::const_iterator ci, ci_end = mLocalSubdivisionCandidates->end();
1447
1448        for (ci = mLocalSubdivisionCandidates->begin(); ci != ci_end; ++ ci)
1449        {
1450                VssRay *ray;
1451                ray = (*ci).ray;
1452               
1453                Intersectable *oObject = ray->mOriginObject;
1454                Intersectable *tObject = ray->mTerminationObject;
1455               
1456
1457                switch ((*ci).type)
1458                {
1459                        case SortableEntry::ERayMin:
1460                                {
1461                                        if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && oObject && !oObject->Mailed())
1462                                        {
1463                                                oObject->Mail();
1464                                                ++ pvsl;
1465                                        }
1466
1467                                        if (tObject && !tObject->Mailed())
1468                                        {
1469                                                tObject->Mail();
1470                                                ++ pvsl;
1471                                        }
1472
1473                                        break;
1474                                }
1475                        case SortableEntry::ERayMax:
1476                                {
1477                                        if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && oObject)
1478                                        {
1479                                                if (-- oObject->mCounter == 0)
1480                                                        -- pvsr;
1481                                        }
1482
1483                                        if (tObject)
1484                                        {
1485                                                if (-- tObject->mCounter == 0)
1486                                                        -- pvsr;
1487                                        }
1488
1489                                        break;
1490                                }
1491                }
1492               
1493               
1494                // Note: we compare size of bounding boxes of front and back side because
1495                // of efficiency reasons (otherwise a new geometry would have to be computed
1496                // in each step and incremential evaluation would be difficult.
1497                // but then errors happen if the geometry is not an axis aligned box
1498                // (i.e., if a geometry aligned split was taken before)
1499                // question: is it sufficient to make this approximation?
1500                if (((*ci).value >= minBand) && ((*ci).value <= maxBand))
1501                {
1502                        sum = pvsl * ((*ci).value - minBox) + pvsr * (maxBox - (*ci).value);
1503
1504                        float currentPos;
1505                       
1506                        // HACK: current positition is BETWEEN visibility events
1507                        if (0 && ((ci + 1) != ci_end))
1508                        {
1509                                currentPos = ((*ci).value + (*(ci + 1)).value) * 0.5f;
1510                        }
1511                        else
1512                currentPos = (*ci).value;                       
1513
1514                        //Debug  << "pos=" << (*ci).value << "\t pvs=(" <<  pvsl << "," << pvsr << ")" << endl;
1515                        //Debug << "cost= " << sum << endl;
1516
1517                        if (sum < minSum)
1518                        {
1519                                splitPlaneFound = true;
1520
1521                                minSum = sum;
1522                                position = currentPos;
1523                               
1524                                pvsBack = pvsl;
1525                                pvsFront = pvsr;
1526                        }
1527                }
1528        }
1529       
1530        // -- compute cost
1531        const int lowerPvsLimit = mViewCellsManager->GetMinPvsSize();
1532        const int upperPvsLimit = mViewCellsManager->GetMaxPvsSize();
1533
1534        const float pOverall = sizeBox;
1535
1536        const float pBack = position - minBox;
1537        const float pFront = maxBox - position;
1538       
1539        const float penaltyOld = EvalPvsPenalty(pvsSize, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
1540    const float penaltyFront = EvalPvsPenalty(pvsFront, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
1541        const float penaltyBack = EvalPvsPenalty(pvsBack, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
1542       
1543        const float oldRenderCost = penaltyOld * pOverall;
1544        const float newRenderCost = penaltyFront * pFront + penaltyBack * pBack;
1545
1546        if (splitPlaneFound)
1547        {
1548                ratio = mPvsFactor * newRenderCost / (oldRenderCost + Limits::Small);
1549        }
1550        //if (axis != 1)
1551        //Debug << "axis=" << axis << " costRatio=" << ratio << " pos=" << position << " t=" << (position - minBox) / (maxBox - minBox)
1552         //    <<"\t pb=(" << pvsBack << ")\t pf=(" << pvsFront << ")" << endl;
1553
1554        return ratio;
1555}
1556
1557
1558float VspBspTree::SelectAxisAlignedPlane(Plane3 &plane,
1559                                                                                 const VspBspTraversalData &tData,
1560                                                                                 int &axis,
1561                                                                                 BspNodeGeometry **frontGeom,
1562                                                                                 BspNodeGeometry **backGeom,
1563                                                                                 float &pFront,
1564                                                                                 float &pBack,
1565                                                                                 const bool isKdNode)
1566{
1567        float nPosition[3];
1568        float nCostRatio[3];
1569        float nProbFront[3];
1570        float nProbBack[3];
1571
1572        BspNodeGeometry *nFrontGeom[3];
1573        BspNodeGeometry *nBackGeom[3];
1574
1575        // set to NULL, so I can find out which gemetry was stored
1576        for (int i = 0; i < 3; ++ i)
1577        {
1578                nFrontGeom[i] = NULL;
1579                nBackGeom[i] = NULL;
1580        }
1581
1582        // create bounding box of node geometry
1583        AxisAlignedBox3 box;
1584               
1585        //TODO: for kd split geometry already is box => only take minmax vertices
1586        if (1)
1587        {       // get bounding box from geometry
1588                tData.mGeometry->GetBoundingBox(box);
1589        }
1590        else
1591        {
1592                box.Initialize();
1593                RayInfoContainer::const_iterator ri, ri_end = tData.mRays->end();
1594
1595                for(ri = tData.mRays->begin(); ri < ri_end; ++ ri)
1596                        box.Include((*ri).ExtrapTermination());
1597        }
1598
1599
1600        int sAxis = 0;
1601        int bestAxis;
1602
1603        // if max cost ratio is exceeded, take split along longest axis instead
1604        const float maxCostRatioForArbitraryAxis = 0.9f;
1605
1606        if (mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated)
1607                bestAxis = box.Size().DrivingAxis();
1608        else
1609                bestAxis = -1;
1610
1611#if 0
1612        // maximum cost ratio for axis to be valid:
1613        // if exceeded, spatial mid split is used instead
1614        const maxCostRatioForHeur = 0.99f;
1615#endif
1616
1617        // if we use some kind of specialised fixed axis
1618    const bool useSpecialAxis =
1619                mOnlyDrivingAxis || mUseRandomAxis || mCirculatingAxis;
1620
1621        if (mUseRandomAxis)
1622                sAxis = Random(3);
1623        else if (mCirculatingAxis)
1624                sAxis = (tData.mAxis + 1) % 3;
1625        else if (mOnlyDrivingAxis)
1626                sAxis = box.Size().DrivingAxis();
1627
1628               
1629        //Debug << "use special axis: " << useSpecialAxis << endl;
1630        //Debug << "axis: " << sAxis << " drivingaxis: " << box.Size().DrivingAxis();
1631       
1632        for (axis = 0; axis < 3 ; ++ axis)
1633        {
1634                if (!useSpecialAxis || (axis == sAxis))
1635                {
1636                        if (mUseCostHeuristics)
1637                        {
1638                                //-- place split plane using heuristics
1639                                nCostRatio[axis] =
1640                                        BestCostRatioHeuristics(*tData.mRays,
1641                                                                                    box,
1642                                                                                        tData.mPvs,
1643                                                                                        axis,
1644                                                                                        nPosition[axis]);                       
1645                        }
1646                        else
1647                        {       //-- split plane position is spatial median
1648
1649                                nPosition[axis] = (box.Min()[axis] + box.Max()[axis]) * 0.5f;
1650                                Vector3 normal(0,0,0); normal[axis] = 1.0f;
1651                               
1652                                // allows faster split because we have axis aligned kd tree boxes
1653                                if (isKdNode)
1654                                {
1655                                        nCostRatio[axis] = EvalAxisAlignedSplitCost(tData,
1656                                                                                                                                box,
1657                                                                                                                                axis,
1658                                                                                                                                nPosition[axis],
1659                                                                                                                                nProbFront[axis],
1660                                                                                                                                nProbBack[axis]);
1661                                       
1662                                        Vector3 pos;
1663                                       
1664                                        // create back geometry from box
1665                                        // NOTE: the geometry is returned from the function so we
1666                                        // don't have to recompute it when possible
1667                                        pos = box.Max(); pos[axis] = nPosition[axis];
1668                                        AxisAlignedBox3 bBox(box.Min(), pos);
1669                                        PolygonContainer fPolys;
1670                                        bBox.ExtractPolys(fPolys);
1671
1672                                        nBackGeom[axis] = new BspNodeGeometry(fPolys);
1673       
1674                                        //-- create front geometry from box
1675                                        pos = box.Min(); pos[axis] = nPosition[axis];
1676                                        AxisAlignedBox3 fBox(pos, box.Max());
1677
1678                                        PolygonContainer bPolys;
1679                                        fBox.ExtractPolys(bPolys);
1680                                        nFrontGeom[axis] = new BspNodeGeometry(bPolys);
1681                                }
1682                                else
1683                                {
1684                                        nFrontGeom[axis] = new BspNodeGeometry();
1685                                        nBackGeom[axis] = new BspNodeGeometry();
1686
1687                                        nCostRatio[axis] =
1688                                                EvalSplitPlaneCost(Plane3(normal, nPosition[axis]),
1689                                                                                   tData, *nFrontGeom[axis], *nBackGeom[axis],
1690                                                                                   nProbFront[axis], nProbBack[axis]);
1691                                }
1692                        }
1693                                               
1694                       
1695                        if (mUseDrivingAxisIfMaxCostViolated)
1696                        {
1697                                // we take longest axis split if cost ratio exceeds threshold
1698                                if (nCostRatio[axis] < min(maxCostRatioForArbitraryAxis, nCostRatio[bestAxis]))
1699                                {
1700                                        bestAxis = axis;
1701                                }
1702                                /*else if (nCostRatio[axis] < nCostRatio[bestAxis])
1703                                {
1704                                        Debug << "taking split along longest axis (" << bestAxis << ") instead of  (" << axis << ")" << endl;
1705                                }*/
1706
1707                        }
1708                        else
1709                        {
1710                                if (bestAxis == -1)
1711                                {
1712                                        bestAxis = axis;
1713                                }
1714                                else if (nCostRatio[axis] < nCostRatio[bestAxis])
1715                                {
1716                                        bestAxis = axis;
1717                                }
1718                        }
1719                }
1720        }
1721
1722        //-- assign values
1723
1724        axis = bestAxis;
1725        pFront = nProbFront[bestAxis];
1726        pBack = nProbBack[bestAxis];
1727
1728        // assign best split nodes geometry
1729        *frontGeom = nFrontGeom[bestAxis];
1730        *backGeom = nBackGeom[bestAxis];
1731
1732        // and delete other geometry
1733        DEL_PTR(nFrontGeom[(bestAxis + 1) % 3]);
1734        DEL_PTR(nBackGeom[(bestAxis + 2) % 3]);
1735
1736        //-- split plane
1737    Vector3 normal(0,0,0); normal[bestAxis] = 1;
1738        plane = Plane3(normal, nPosition[bestAxis]);
1739
1740        //Debug << "best axis: " << bestAxis << " pos " << nPosition[bestAxis] << endl;
1741
1742        return nCostRatio[bestAxis];
1743}
1744
1745
1746bool VspBspTree::SelectPlane(Plane3 &bestPlane,
1747                                                         BspLeaf *leaf,
1748                                                         VspBspTraversalData &data,                                                     
1749                                                         VspBspTraversalData &frontData,
1750                                                         VspBspTraversalData &backData,
1751                                                         int &splitAxis)
1752{
1753        // HACK matt: subdivide regularily to certain depth
1754        if (data.mDepth < 0)    // question matt: why depth < 0 ?
1755        {
1756                cout << "depth: " << data.mDepth << endl;
1757
1758                // return axis aligned split
1759                AxisAlignedBox3 box;
1760                box.Initialize();
1761       
1762                // create bounding box of region
1763                data.mGeometry->GetBoundingBox(box);
1764       
1765                const int axis = box.Size().DrivingAxis();
1766                const Vector3 position = (box.Min()[axis] + box.Max()[axis]) * 0.5f;
1767
1768                Vector3 norm(0,0,0); norm[axis] = 1.0f;
1769                bestPlane = Plane3(norm, position);
1770                splitAxis = axis;
1771
1772                return true;
1773        }
1774
1775        // simplest strategy: just take next polygon
1776        if (mSplitPlaneStrategy & RANDOM_POLYGON)
1777        {
1778        if (!data.mPolygons->empty())
1779                {
1780                        const int randIdx =
1781                                (int)RandomValue(0, (Real)((int)data.mPolygons->size() - 1));
1782                        Polygon3 *nextPoly = (*data.mPolygons)[randIdx];
1783
1784                        bestPlane = nextPoly->GetSupportingPlane();
1785                        return true;
1786                }
1787        }
1788
1789        //-- use heuristics to find appropriate plane
1790
1791        // intermediate plane
1792        Plane3 plane;
1793        float lowestCost = MAX_FLOAT;
1794       
1795        // decides if the first few splits should be only axisAligned
1796        const bool onlyAxisAligned  =
1797                (mSplitPlaneStrategy & AXIS_ALIGNED) &&
1798                ((int)data.mRays->size() > mTermMinRaysForAxisAligned) &&
1799                ((int)data.GetAvgRayContribution() < mTermMaxRayContriForAxisAligned);
1800       
1801        const int limit = onlyAxisAligned ? 0 :
1802                Min((int)data.mPolygons->size(), mMaxPolyCandidates);
1803
1804        float candidateCost;
1805
1806        int maxIdx = (int)data.mPolygons->size();
1807
1808        for (int i = 0; i < limit; ++ i)
1809        {
1810                // the already taken candidates are stored behind maxIdx
1811                // => assure that no index is taken twice
1812                const int candidateIdx = (int)RandomValue(0, (Real)(-- maxIdx));
1813                Polygon3 *poly = (*data.mPolygons)[candidateIdx];
1814
1815                // swap candidate to the end to avoid testing same plane
1816                std::swap((*data.mPolygons)[maxIdx], (*data.mPolygons)[candidateIdx]);
1817                //Polygon3 *poly = (*data.mPolygons)[(int)RandomValue(0, (int)polys.size() - 1)];
1818
1819                // evaluate current candidate
1820                BspNodeGeometry fGeom, bGeom;
1821                float fArea, bArea;
1822                plane = poly->GetSupportingPlane();
1823                candidateCost = EvalSplitPlaneCost(plane, data, fGeom, bGeom, fArea, bArea);
1824               
1825                if (candidateCost < lowestCost)
1826                {
1827                        bestPlane = plane;
1828                        lowestCost = candidateCost;
1829                }
1830        }
1831
1832
1833        //-- evaluate axis aligned splits
1834       
1835        int axis;
1836        BspNodeGeometry *fGeom, *bGeom;
1837        float pFront, pBack;
1838
1839        candidateCost = 99999999.0f;
1840
1841        // as a variant, we take axis aligned split only if there is
1842        // more polygon available to guide the split
1843        if (!mUsePolygonSplitIfAvailable || data.mPolygons->empty())
1844        {
1845                candidateCost = SelectAxisAlignedPlane(plane,
1846                                                                                           data,
1847                                                                                           axis,
1848                                                                                           &fGeom,
1849                                                                                           &bGeom,
1850                                                                                           pFront,
1851                                                                                           pBack,
1852                                                                                           data.mIsKdNode);     
1853        }
1854
1855        splitAxis = 3;
1856
1857        if (candidateCost < lowestCost)
1858        {       
1859                bestPlane = plane;
1860                lowestCost = candidateCost;
1861                splitAxis = axis;
1862       
1863                // assign already computed values
1864                // we can do this because we always save the
1865                // computed values from the axis aligned splits         
1866
1867                if (fGeom && bGeom)
1868                {
1869                        frontData.mGeometry = fGeom;
1870                        backData.mGeometry = bGeom;
1871       
1872                        frontData.mProbability = pFront;
1873                        backData.mProbability = pBack;
1874                }
1875        }
1876        else
1877        {
1878                DEL_PTR(fGeom);
1879                DEL_PTR(bGeom);
1880        }
1881   
1882#ifdef _DEBUG
1883        Debug << "plane lowest cost: " << lowestCost << endl;
1884#endif
1885
1886        // exeeded relative max cost ratio
1887        if (lowestCost > mTermMaxCostRatio)
1888        {
1889                return false;
1890        }
1891
1892        return true;
1893}
1894
1895
1896Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane(const RayInfoContainer &rays) const
1897{
1898        const int candidateIdx = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
1899
1900        const Vector3 minPt = rays[candidateIdx].ExtrapOrigin();
1901        const Vector3 maxPt = rays[candidateIdx].ExtrapTermination();
1902
1903        const Vector3 pt = (maxPt + minPt) * 0.5;
1904        const Vector3 normal = Normalize(rays[candidateIdx].mRay->GetDir());
1905
1906        return Plane3(normal, pt);
1907}
1908
1909
1910Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane2(const RayInfoContainer &rays) const
1911{
1912        Vector3 pt[3];
1913
1914        int idx[3];
1915        int cmaxT = 0;
1916        int cminT = 0;
1917        bool chooseMin = false;
1918
1919        for (int j = 0; j < 3; ++ j)
1920        {
1921                idx[j] = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() * 2 - 1));
1922
1923                if (idx[j] >= (int)rays.size())
1924                {
1925                        idx[j] -= (int)rays.size();
1926
1927                        chooseMin = (cminT < 2);
1928                }
1929                else
1930                        chooseMin = (cmaxT < 2);
1931
1932                RayInfo rayInf = rays[idx[j]];
1933                pt[j] = chooseMin ? rayInf.ExtrapOrigin() : rayInf.ExtrapTermination();
1934        }
1935
1936        return Plane3(pt[0], pt[1], pt[2]);
1937}
1938
1939
1940Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane3(const RayInfoContainer &rays) const
1941{
1942        Vector3 pt[3];
1943
1944        int idx1 = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
1945        int idx2 = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
1946
1947        // check if rays different
1948        if (idx1 == idx2)
1949                idx2 = (idx2 + 1) % (int)rays.size();
1950
1951        const RayInfo ray1 = rays[idx1];
1952        const RayInfo ray2 = rays[idx2];
1953
1954        // normal vector of the plane parallel to both lines
1955        const Vector3 norm = Normalize(CrossProd(ray1.mRay->GetDir(), ray2.mRay->GetDir()));
1956
1957        // vector from line 1 to line 2
1958        const Vector3 vd = ray2.ExtrapOrigin() - ray1.ExtrapOrigin();
1959
1960        // project vector on normal to get distance
1961        const float dist = DotProd(vd, norm);
1962
1963        // point on plane lies halfway between the two planes
1964        const Vector3 planePt = ray1.ExtrapOrigin() + norm * dist * 0.5;
1965
1966        return Plane3(norm, planePt);
1967}
1968
1969
1970inline void VspBspTree::GenerateUniqueIdsForPvs()
1971{
1972        Intersectable::NewMail(); sBackId = Intersectable::sMailId;
1973        Intersectable::NewMail(); sFrontId = Intersectable::sMailId;
1974        Intersectable::NewMail(); sFrontAndBackId = Intersectable::sMailId;
1975}
1976
1977
1978float VspBspTree::EvalRenderCostDecrease(const Plane3 &candidatePlane,
1979                                                                                 const VspBspTraversalData &data,
1980                                                                                 float &normalizedOldRenderCost) const
1981{
1982        float pvsFront = 0;
1983        float pvsBack = 0;
1984        float totalPvs = 0;
1985
1986        // probability that view point lies in back / front node
1987        float pOverall = data.mProbability;
1988        float pFront = 0;
1989        float pBack = 0;
1990
1991
1992        // create unique ids for pvs heuristics
1993        GenerateUniqueIdsForPvs();
1994       
1995        for (int i = 0; i < data.mRays->size(); ++ i)
1996        {
1997                RayInfo rayInf = (*data.mRays)[i];
1998
1999                float t;
2000                VssRay *ray = rayInf.mRay;
2001                const int cf = rayInf.ComputeRayIntersection(candidatePlane, t);
2002
2003                // find front and back pvs for origing and termination object
2004                AddObjToPvs(ray->mTerminationObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2005
2006                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS)
2007                {
2008                        AddObjToPvs(ray->mOriginObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2009                }
2010        }
2011
2012
2013        BspNodeGeometry geomFront;
2014        BspNodeGeometry geomBack;
2015
2016        // construct child geometry with regard to the candidate split plane
2017        data.mGeometry->SplitGeometry(geomFront,
2018                                                                  geomBack,
2019                                                                  candidatePlane,
2020                                                                  mBoundingBox,
2021                                                                  //0.0f);
2022                                                                  mEpsilon);
2023
2024        if (!mUseAreaForPvs) // use front and back cell areas to approximate volume
2025        {
2026                pFront = geomFront.GetVolume();
2027                pBack = pOverall - pFront;
2028
2029                // something is wrong with the volume
2030                if (0 && ((pFront < 0.0) || (pBack < 0.0)))
2031                {
2032                        Debug << "ERROR in volume:\n"
2033                                  << "volume f :" << pFront << " b: " << pBack << " p: " << pOverall
2034                                  << ", real volume f: " << pFront << " b: " << geomBack.GetVolume()
2035                                  << ", #polygons f: " << geomFront.Size() << " b: " << geomBack.Size() << " p: " << data.mGeometry->Size() << endl;
2036                }
2037        }
2038        else
2039        {
2040                pFront = geomFront.GetArea();
2041                pBack = geomBack.GetArea();
2042        }
2043       
2044
2045        // -- pvs rendering heuristics
2046
2047        // upper and lower bounds
2048        const int lowerPvsLimit = mViewCellsManager->GetMinPvsSize();
2049        const int upperPvsLimit = mViewCellsManager->GetMaxPvsSize();
2050
2051        const float penaltyOld = EvalPvsPenalty((int)totalPvs, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2052    const float penaltyFront = EvalPvsPenalty((int)pvsFront, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2053        const float penaltyBack = EvalPvsPenalty((int)pvsBack, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2054                       
2055        const float oldRenderCost = pOverall * penaltyOld;
2056        const float newRenderCost = penaltyFront * pFront + penaltyBack * pBack;
2057
2058        const float renderCostDecrease = (oldRenderCost - newRenderCost) / mBoundingBox.GetVolume();
2059       
2060        // take render cost of node into account to avoid being stuck in a local minimum
2061        normalizedOldRenderCost = oldRenderCost / mBoundingBox.GetVolume();
2062       
2063        return renderCostDecrease;
2064}
2065
2066
2067float VspBspTree::EvalSplitPlaneCost(const Plane3 &candidatePlane,
2068                                                                         const VspBspTraversalData &data,
2069                                                                         BspNodeGeometry &geomFront,
2070                                                                         BspNodeGeometry &geomBack,
2071                                                                         float &pFront,
2072                                                                         float &pBack) const
2073{
2074        float totalPvs = 0;
2075        float pvsFront = 0;
2076        float pvsBack = 0;
2077       
2078        // overall probability is used as normalizer
2079        float pOverall = 0;
2080
2081        // probability that view point lies in back / front node
2082        pFront = 0;
2083        pBack = 0;
2084
2085        int numTests; // the number of tests
2086
2087        // if random samples shold be taken instead of testing all the rays
2088        bool useRand;
2089
2090        if ((int)data.mRays->size() > mMaxTests)
2091        {
2092                useRand = true;
2093                numTests = mMaxTests;
2094        }
2095        else
2096        {
2097                useRand = false;
2098                numTests = (int)data.mRays->size();
2099        }
2100       
2101        // create unique ids for pvs heuristics
2102        GenerateUniqueIdsForPvs();
2103
2104        for (int i = 0; i < numTests; ++ i)
2105        {
2106                const int testIdx = useRand ?
2107                        (int)RandomValue(0, (Real)((int)data.mRays->size() - 1)) : i;
2108                RayInfo rayInf = (*data.mRays)[testIdx];
2109
2110                float t;
2111                VssRay *ray = rayInf.mRay;
2112                const int cf = rayInf.ComputeRayIntersection(candidatePlane, t);
2113
2114                // find front and back pvs for origing and termination object
2115                AddObjToPvs(ray->mTerminationObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2116
2117                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS)
2118                        AddObjToPvs(ray->mOriginObject, cf, pvsFront, pvsBack, totalPvs);
2119        }
2120
2121        // construct child geometry with regard to the candidate split plane
2122        bool splitSuccessFull = data.mGeometry->SplitGeometry(geomFront,
2123                                                                                                                  geomBack,
2124                                                                                                                  candidatePlane,
2125                                                                                                                  mBoundingBox,
2126                                                                                                                  //0.0f);
2127                                                                                                                  mEpsilon);
2128
2129        pOverall = data.mProbability;
2130
2131        if (!mUseAreaForPvs) // use front and back cell areas to approximate volume
2132        {
2133                pFront = geomFront.GetVolume();
2134                pBack = pOverall - pFront;
2135               
2136                // HACK: precision issues possible for unbalanced split => don't take this split!
2137                if (1 &&
2138                        (!splitSuccessFull || (pFront <= 0) || (pBack <= 0) ||
2139                        !geomFront.Valid() || !geomBack.Valid()))
2140                {
2141                        //Debug << "error f: " << pFront << " b: " << pBack << endl;
2142
2143                        // high penalty for degenerated / wrong split
2144                        return 99999.9f;
2145                }
2146        }
2147        else
2148        {
2149                pFront = geomFront.GetArea();
2150                pBack = geomBack.GetArea();
2151        }
2152       
2153
2154        // -- pvs rendering heuristics
2155        const int lowerPvsLimit = mViewCellsManager->GetMinPvsSize();
2156        const int upperPvsLimit = mViewCellsManager->GetMaxPvsSize();
2157
2158        // only render cost heuristics or combined with standard deviation
2159        const float penaltyOld = EvalPvsPenalty((int)totalPvs, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2160    const float penaltyFront = EvalPvsPenalty((int)pvsFront, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2161        const float penaltyBack = EvalPvsPenalty((int)pvsBack, lowerPvsLimit, upperPvsLimit);
2162                       
2163        const float oldRenderCost = pOverall * penaltyOld;
2164        const float newRenderCost = penaltyFront * pFront + penaltyBack * pBack;
2165
2166        float oldCost, newCost;
2167
2168        // only render cost
2169        if (1)
2170        {
2171                oldCost = oldRenderCost;
2172                newCost = newRenderCost;
2173        }
2174        else // also considering standard deviation
2175        {
2176                // standard deviation is difference of back and front pvs
2177                const float expectedCost = 0.5f * (penaltyFront + penaltyBack);
2178
2179                const float newDeviation = 0.5f *
2180                        fabs(penaltyFront - expectedCost) + fabs(penaltyBack - expectedCost);
2181
2182                const float oldDeviation = penaltyOld;
2183
2184                newCost = mRenderCostWeight * newRenderCost + (1.0f - mRenderCostWeight) * newDeviation;
2185                oldCost = mRenderCostWeight * oldRenderCost + (1.0f - mRenderCostWeight) * oldDeviation;
2186        }
2187
2188        const float cost = mPvsFactor * newCost / (oldCost + Limits::Small);
2189               
2190
2191#ifdef _DEBUG
2192        Debug << "totalpvs: " << data.mPvs << " ptotal: " << pOverall
2193                  << " frontpvs: " << pvsFront << " pFront: " << pFront
2194                  << " backpvs: " << pvsBack << " pBack: " << pBack << endl << endl;
2195        Debug << "cost: " << cost << endl;
2196#endif
2197
2198        return cost;
2199}
2200
2201
2202int VspBspTree::ComputeBoxIntersections(const AxisAlignedBox3 &box,
2203                                                                                ViewCellContainer &viewCells) const
2204{
2205        stack<bspNodePair> nodeStack;
2206        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
2207
2208        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
2209
2210        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
2211 
2212        ViewCell::NewMail();
2213
2214        while (!nodeStack.empty())
2215        {
2216                BspNode *node = nodeStack.top().first;
2217                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
2218                nodeStack.pop();
2219
2220                const int side = geom->ComputeIntersection(box);
2221               
2222                switch (side)
2223                {
2224                case -1:
2225                        // node geometry is contained in box
2226                        CollectViewCells(node, true, viewCells, true);
2227                        break;
2228
2229                case 0:
2230                        if (node->IsLeaf())
2231                        {
2232                                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2233                       
2234                                if (!leaf->GetViewCell()->Mailed() && leaf->TreeValid())
2235                                {
2236                                        leaf->GetViewCell()->Mail();
2237                                        viewCells.push_back(leaf->GetViewCell());
2238                                }
2239                        }
2240                        else
2241                        {
2242                                BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2243                       
2244                                BspNode *first = interior->GetFront();
2245                                BspNode *second = interior->GetBack();
2246           
2247                                BspNodeGeometry *firstGeom = new BspNodeGeometry();
2248                                BspNodeGeometry *secondGeom = new BspNodeGeometry();
2249
2250                                geom->SplitGeometry(*firstGeom,
2251                                                                        *secondGeom,
2252                                                                        interior->GetPlane(),
2253                                                                        mBoundingBox,
2254                                                                        //0.0000001f);
2255                                                                        mEpsilon);
2256
2257                                nodeStack.push(bspNodePair(first, firstGeom));
2258                                nodeStack.push(bspNodePair(second, secondGeom));
2259                        }
2260                       
2261                        break;
2262                default:
2263                        // default: cull
2264                        break;
2265                }
2266               
2267                DEL_PTR(geom);
2268               
2269        }
2270
2271        return (int)viewCells.size();
2272}
2273
2274
2275float VspBspTree::EvalAxisAlignedSplitCost(const VspBspTraversalData &data,
2276                                                                                   const AxisAlignedBox3 &box,
2277                                                                                   const int axis,
2278                                                                                   const float &position,                                                                                 
2279                                                                                   float &pFront,
2280                                                                                   float &pBack) const
2281{
2282        float pvsTotal = 0;
2283        float pvsFront = 0;
2284        float pvsBack = 0;
2285       
2286        // create unique ids for pvs heuristics
2287        GenerateUniqueIdsForPvs();
2288
2289        const int pvsSize = data.mPvs;
2290
2291        RayInfoContainer::const_iterator rit, rit_end = data.mRays->end();
2292
2293        // this is the main ray classification loop!
2294        for(rit = data.mRays->begin(); rit != rit_end; ++ rit)
2295        {
2296                // determine the side of this ray with respect to the plane
2297                float t;
2298                const int side = (*rit).ComputeRayIntersection(axis, position, t);
2299       
2300                AddObjToPvs((*rit).mRay->mTerminationObject, side, pvsFront, pvsBack, pvsTotal);
2301
2302                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS)
2303                        AddObjToPvs((*rit).mRay->mOriginObject, side, pvsFront, pvsBack, pvsTotal);
2304        }
2305
2306
2307        //-- pvs heuristics
2308
2309        float pOverall = data.mProbability;
2310
2311        // note: we use a simplified computation assuming that we always do a
2312        // spatial mid split   
2313       
2314        if (!mUseAreaForPvs)
2315        {   
2316                // volume
2317                pBack = pFront = pOverall * 0.5f;
2318#if 0
2319                // box length substitute for probability
2320                const float minBox = box.Min(axis);
2321                const float maxBox = box.Max(axis);
2322
2323                pBack = position - minBox;
2324                pFront = maxBox - position;
2325                pOverall = maxBox - minBox;
2326#endif
2327        }
2328        else //-- area substitute for probability
2329        {
2330                const int axis2 = (axis + 1) % 3;
2331                const int axis3 = (axis + 2) % 3;
2332
2333                const float faceArea =
2334                        (box.Max(axis2) - box.Min(axis2)) *
2335                        (box.Max(axis3) - box.Min(axis3));
2336
2337                pBack = pFront = pOverall * 0.5f + faceArea;
2338        }
2339
2340#ifdef _DEBUG
2341        Debug << "axis: " << axis << " " << pvsSize << " " << pvsBack << " " << pvsFront << endl;
2342        Debug << "p: " << pFront << " " << pBack << " " << pOverall << endl;
2343#endif
2344
2345       
2346        const float newCost = pvsBack * pBack + pvsFront * pFront;
2347        const float oldCost = (float)pvsSize * pOverall + Limits::Small;
2348
2349        return  (mCtDivCi + newCost) / oldCost;
2350}
2351
2352
2353inline void VspBspTree::AddObjToPvs(Intersectable *obj,
2354                                                                                 const int cf,
2355                                                                                 float &frontPvs,
2356                                                                                 float &backPvs,
2357                                                                                 float &totalPvs) const
2358{
2359        if (!obj)
2360                return;
2361#if 0
2362        const float renderCost = mViewCellsManager->EvalRenderCost(obj);
2363#else
2364        const int renderCost = 1;
2365#endif
2366        // new object
2367        if ((obj->mMailbox != sFrontId) &&
2368                (obj->mMailbox != sBackId) &&
2369                (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
2370        {
2371                totalPvs += renderCost;
2372        }
2373
2374        // TODO: does this really belong to no pvs?
2375        //if (cf == Ray::COINCIDENT) return;
2376
2377        // object belongs to both PVS
2378        if (cf >= 0)
2379        {
2380                if ((obj->mMailbox != sFrontId) &&
2381                        (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
2382                {
2383                        frontPvs += renderCost;
2384               
2385                        if (obj->mMailbox == sBackId)
2386                                obj->mMailbox = sFrontAndBackId;
2387                        else
2388                                obj->mMailbox = sFrontId;
2389                }
2390        }
2391
2392        if (cf <= 0)
2393        {
2394                if ((obj->mMailbox != sBackId) &&
2395                        (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
2396                {
2397                        backPvs += renderCost;
2398               
2399                        if (obj->mMailbox == sFrontId)
2400                                obj->mMailbox = sFrontAndBackId;
2401                        else
2402                                obj->mMailbox = sBackId;
2403                }
2404        }
2405}
2406
2407
2408void VspBspTree::CollectLeaves(vector<BspLeaf *> &leaves,
2409                                                           const bool onlyUnmailed,
2410                                                           const int maxPvsSize) const
2411{
2412        stack<BspNode *> nodeStack;
2413        nodeStack.push(mRoot);
2414
2415        while (!nodeStack.empty())
2416        {
2417                BspNode *node = nodeStack.top();
2418                nodeStack.pop();
2419               
2420                if (node->IsLeaf())
2421                {
2422                        // test if this leaf is in valid view space
2423                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2424                        if (leaf->TreeValid() &&
2425                                (!onlyUnmailed || !leaf->Mailed()) &&
2426                                ((maxPvsSize < 0) || (leaf->GetViewCell()->GetPvs().CountObjectsInPvs() <= maxPvsSize)))
2427                        {
2428                                leaves.push_back(leaf);
2429                        }
2430                }
2431                else
2432                {
2433                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2434
2435                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2436                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2437                }
2438        }
2439}
2440
2441
2442AxisAlignedBox3 VspBspTree::GetBoundingBox() const
2443{
2444        return mBoundingBox;
2445}
2446
2447
2448BspNode *VspBspTree::GetRoot() const
2449{
2450        return mRoot;
2451}
2452
2453
2454void VspBspTree::EvaluateLeafStats(const VspBspTraversalData &data)
2455{
2456        // the node became a leaf -> evaluate stats for leafs
2457        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(data.mNode);
2458
2459
2460        if (data.mPvs > mBspStats.maxPvs)
2461        {
2462                mBspStats.maxPvs = data.mPvs;
2463        }
2464
2465        mBspStats.pvs += data.mPvs;
2466
2467        if (data.mDepth < mBspStats.minDepth)
2468        {
2469                mBspStats.minDepth = data.mDepth;
2470        }
2471       
2472        if (data.mDepth >= mTermMaxDepth)
2473        {
2474        ++ mBspStats.maxDepthNodes;
2475                //Debug << "new max depth: " << mBspStats.maxDepthNodes << endl;
2476        }
2477
2478        // accumulate rays to compute rays /  leaf
2479        mBspStats.accumRays += (int)data.mRays->size();
2480
2481        if (data.mPvs < mTermMinPvs)
2482                ++ mBspStats.minPvsNodes;
2483
2484        if ((int)data.mRays->size() < mTermMinRays)
2485                ++ mBspStats.minRaysNodes;
2486
2487        if (data.GetAvgRayContribution() > mTermMaxRayContribution)
2488                ++ mBspStats.maxRayContribNodes;
2489
2490        if (data.mProbability <= mTermMinProbability)
2491                ++ mBspStats.minProbabilityNodes;
2492       
2493        // accumulate depth to compute average depth
2494        mBspStats.accumDepth += data.mDepth;
2495
2496        ++ mCreatedViewCells;
2497
2498#ifdef _DEBUG
2499        Debug << "BSP stats: "
2500                  << "Depth: " << data.mDepth << " (max: " << mTermMaxDepth << "), "
2501                  << "PVS: " << data.mPvs << " (min: " << mTermMinPvs << "), "
2502                  << "#rays: " << (int)data.mRays->size() << " (max: " << mTermMinRays << "), "
2503                  << "#pvs: " << leaf->GetViewCell()->GetPvs().CountObjectsInPvs() << "), "
2504                  << "#avg ray contrib (pvs): " << (float)data.mPvs / (float)data.mRays->size() << endl;
2505#endif
2506}
2507
2508
2509int VspBspTree::CastRay(Ray &ray)
2510{
2511        int hits = 0;
2512
2513        stack<BspRayTraversalData> tQueue;
2514
2515        float maxt, mint;
2516
2517        if (!mBoundingBox.GetRaySegment(ray, mint, maxt))
2518                return 0;
2519
2520        Intersectable::NewMail();
2521        ViewCell::NewMail();
2522
2523        Vector3 entp = ray.Extrap(mint);
2524        Vector3 extp = ray.Extrap(maxt);
2525
2526        BspNode *node = mRoot;
2527        BspNode *farChild = NULL;
2528
2529        while (1)
2530        {
2531                if (!node->IsLeaf())
2532                {
2533                        BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2534
2535                        Plane3 splitPlane = in->GetPlane();
2536                        const int entSide = splitPlane.Side(entp);
2537                        const int extSide = splitPlane.Side(extp);
2538
2539                        if (entSide < 0)
2540                        {
2541                                node = in->GetBack();
2542
2543                                if(extSide <= 0) // plane does not split ray => no far child
2544                                        continue;
2545
2546                                farChild = in->GetFront(); // plane splits ray
2547
2548                        } else if (entSide > 0)
2549                        {
2550                                node = in->GetFront();
2551
2552                                if (extSide >= 0) // plane does not split ray => no far child
2553                                        continue;
2554
2555                                farChild = in->GetBack(); // plane splits ray
2556                        }
2557                        else // ray and plane are coincident
2558                        {
2559                                // matt: WHAT TO DO IN THIS CASE ?
2560                                //break;
2561                                node = in->GetFront();
2562                                continue;
2563                        }
2564
2565                        // push data for far child
2566                        tQueue.push(BspRayTraversalData(farChild, extp, maxt));
2567
2568                        // find intersection of ray segment with plane
2569                        float t;
2570                        extp = splitPlane.FindIntersection(ray.GetLoc(), extp, &t);
2571                        maxt *= t;
2572                }
2573                else // reached leaf => intersection with view cell
2574                {
2575                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2576
2577                        if (!leaf->GetViewCell()->Mailed())
2578                        {
2579                                //ray.bspIntersections.push_back(Ray::VspBspIntersection(maxt, leaf));
2580                                leaf->GetViewCell()->Mail();
2581                                ++ hits;
2582                        }
2583
2584                        //-- fetch the next far child from the stack
2585                        if (tQueue.empty())
2586                                break;
2587
2588                        entp = extp;
2589                        mint = maxt; // NOTE: need this?
2590
2591                        if (ray.GetType() == Ray::LINE_SEGMENT && mint > 1.0f)
2592                                break;
2593
2594                        BspRayTraversalData &s = tQueue.top();
2595
2596                        node = s.mNode;
2597                        extp = s.mExitPoint;
2598                        maxt = s.mMaxT;
2599
2600                        tQueue.pop();
2601                }
2602        }
2603
2604        return hits;
2605}
2606
2607
2608void VspBspTree::CollectViewCells(ViewCellContainer &viewCells,
2609                                                                  bool onlyValid) const
2610{
2611        ViewCell::NewMail();
2612        CollectViewCells(mRoot, onlyValid, viewCells, true);
2613}
2614
2615
2616void VspBspTree::CollectViewCells(BspNode *root,
2617                                                                  bool onlyValid,
2618                                                                  ViewCellContainer &viewCells,
2619                                                                  bool onlyUnmailed) const
2620{
2621        stack<BspNode *> nodeStack;
2622
2623        if (!root)
2624                return;
2625
2626        nodeStack.push(root);
2627       
2628        while (!nodeStack.empty())
2629        {
2630                BspNode *node = nodeStack.top();
2631                nodeStack.pop();
2632               
2633                if (node->IsLeaf())
2634                {
2635                        if (!onlyValid || node->TreeValid())
2636                        {
2637                                ViewCellLeaf *leafVc = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
2638
2639                                ViewCell *viewCell = mViewCellsTree->GetActiveViewCell(leafVc);
2640                                               
2641                                if (!onlyUnmailed || !viewCell->Mailed())
2642                                {
2643                                        viewCell->Mail();
2644                                        viewCells.push_back(viewCell);
2645                                }
2646                        }
2647                }
2648                else
2649                {
2650                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2651               
2652                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2653                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2654                }
2655        }
2656}
2657
2658
2659void VspBspTree::CollapseViewCells()
2660{
2661// TODO
2662#if HAS_TO_BE_REDONE
2663        stack<BspNode *> nodeStack;
2664
2665        if (!mRoot)
2666                return;
2667
2668        nodeStack.push(mRoot);
2669       
2670        while (!nodeStack.empty())
2671        {
2672                BspNode *node = nodeStack.top();
2673                nodeStack.pop();
2674               
2675                if (node->IsLeaf())
2676        {
2677                        BspViewCell *viewCell = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
2678
2679                        if (!viewCell->GetValid())
2680                        {
2681                                BspViewCell *viewCell = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
2682       
2683                                ViewCellContainer leaves;
2684                                mViewCellsTree->CollectLeaves(viewCell, leaves);
2685
2686                                ViewCellContainer::const_iterator it, it_end = leaves.end();
2687
2688                                for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
2689                                {
2690                                        BspLeaf *l = dynamic_cast<BspViewCell *>(*it)->mLeaf;
2691                                        l->SetViewCell(GetOrCreateOutOfBoundsCell());
2692                                        ++ mBspStats.invalidLeaves;
2693                                }
2694
2695                                // add to unbounded view cell
2696                                GetOrCreateOutOfBoundsCell()->GetPvs().AddPvs(viewCell->GetPvs());
2697                                DEL_PTR(viewCell);
2698                        }
2699                }
2700                else
2701                {
2702                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2703               
2704                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2705                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2706                }
2707        }
2708
2709        Debug << "invalid leaves: " << mBspStats.invalidLeaves << endl;
2710#endif
2711}
2712
2713
2714void VspBspTree::CollectRays(VssRayContainer &rays)
2715{
2716        vector<BspLeaf *> leaves;
2717
2718        vector<BspLeaf *>::const_iterator lit, lit_end = leaves.end();
2719
2720        for (lit = leaves.begin(); lit != lit_end; ++ lit)
2721        {
2722                BspLeaf *leaf = *lit;
2723                VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = leaf->mVssRays.end();
2724
2725                for (rit = leaf->mVssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
2726                        rays.push_back(*rit);
2727        }
2728}
2729
2730
2731void VspBspTree::ValidateTree()
2732{
2733        stack<BspNode *> nodeStack;
2734
2735        if (!mRoot)
2736                return;
2737
2738        nodeStack.push(mRoot);
2739       
2740        mBspStats.invalidLeaves = 0;
2741        while (!nodeStack.empty())
2742        {
2743                BspNode *node = nodeStack.top();
2744                nodeStack.pop();
2745               
2746                if (node->IsLeaf())
2747                {
2748                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2749
2750                        if (!leaf->GetViewCell()->GetValid())
2751                                ++ mBspStats.invalidLeaves;
2752
2753                        // validity flags don't match => repair
2754                        if (leaf->GetViewCell()->GetValid() != leaf->TreeValid())
2755                        {
2756                                leaf->SetTreeValid(leaf->GetViewCell()->GetValid());
2757                                PropagateUpValidity(leaf);
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        Debug << "invalid leaves: " << mBspStats.invalidLeaves << endl;
2770}
2771
2772
2773void VspBspTree::PreprocessPolygons(PolygonContainer &polys)
2774{
2775        // preprocess: throw out polygons coincident to the view space box (not needed)
2776        PolygonContainer boxPolys;
2777       
2778        mBoundingBox.ExtractPolys(boxPolys);
2779        vector<Plane3> boxPlanes;
2780
2781        PolygonContainer::iterator pit, pit_end = boxPolys.end();
2782
2783        // extract planes of box
2784        // TODO: can be done more elegantly than first extracting polygons
2785        // and take their planes
2786        for (pit = boxPolys.begin(); pit != pit_end; ++ pit)
2787        {
2788                boxPlanes.push_back((*pit)->GetSupportingPlane());
2789        }
2790
2791        pit_end = polys.end();
2792
2793        for (pit = polys.begin(); pit != pit_end; ++ pit)
2794        {
2795                vector<Plane3>::const_iterator bit, bit_end = boxPlanes.end();
2796               
2797                for (bit = boxPlanes.begin(); (bit != bit_end) && (*pit); ++ bit)
2798                {
2799                        const int cf = (*pit)->ClassifyPlane(*bit, mEpsilon);
2800
2801                        if (cf == Polygon3::COINCIDENT)
2802                        {
2803                                DEL_PTR(*pit);
2804                                //Debug << "coincident!!" << endl;
2805                        }
2806                }
2807        }
2808
2809        // remove deleted entries after swapping them to end of vector
2810        for (int i = 0; i < (int)polys.size(); ++ i)
2811        {
2812                while (!polys[i] && (i < (int)polys.size()))
2813                {
2814                        swap(polys[i], polys.back());
2815                        polys.pop_back();
2816                }
2817        }
2818}
2819
2820
2821float VspBspTree::AccumulatedRayLength(const RayInfoContainer &rays) const
2822{
2823        float len = 0;
2824
2825        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
2826
2827        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
2828                len += (*it).SegmentLength();
2829
2830        return len;
2831}
2832
2833
2834int VspBspTree::SplitRays(const Plane3 &plane,
2835                                                  RayInfoContainer &rays,
2836                                                  RayInfoContainer &frontRays,
2837                                                  RayInfoContainer &backRays) const
2838{
2839        int splits = 0;
2840
2841        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
2842
2843        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
2844        {
2845                RayInfo bRay = *it;
2846               
2847                VssRay *ray = bRay.mRay;
2848                float t;
2849
2850                // get classification and receive new t
2851                const int cf = bRay.ComputeRayIntersection(plane, t);
2852
2853                switch (cf)
2854                {
2855                case -1:
2856                        backRays.push_back(bRay);
2857                        break;
2858                case 1:
2859                        frontRays.push_back(bRay);
2860                        break;
2861                case 0:
2862                        {
2863                                //-- split ray
2864                                //   test if start point behind or in front of plane
2865                                const int side = plane.Side(bRay.ExtrapOrigin());
2866
2867                                ++ splits;
2868
2869                                if (side <= 0)
2870                                {
2871                                        backRays.push_back(RayInfo(ray, bRay.GetMinT(), t));
2872                                        frontRays.push_back(RayInfo(ray, t, bRay.GetMaxT()));
2873                                }
2874                                else
2875                                {
2876                                        frontRays.push_back(RayInfo(ray, bRay.GetMinT(), t));
2877                                        backRays.push_back(RayInfo(ray, t, bRay.GetMaxT()));
2878                                }
2879                        }
2880                        break;
2881                default:
2882                        Debug << "Should not come here" << endl;
2883                        break;
2884                }
2885        }
2886
2887        return splits;
2888}
2889
2890
2891void VspBspTree::ExtractHalfSpaces(BspNode *n, vector<Plane3> &halfSpaces) const
2892{
2893        BspNode *lastNode;
2894
2895        do
2896        {
2897                lastNode = n;
2898
2899                // want to get planes defining geometry of this node => don't take
2900                // split plane of node itself
2901                n = n->GetParent();
2902
2903                if (n)
2904                {
2905                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(n);
2906                        Plane3 halfSpace = dynamic_cast<BspInterior *>(interior)->GetPlane();
2907
2908            if (interior->GetBack() != lastNode)
2909                                halfSpace.ReverseOrientation();
2910
2911                        halfSpaces.push_back(halfSpace);
2912                }
2913        }
2914        while (n);
2915}
2916
2917
2918void VspBspTree::ConstructGeometry(BspNode *n,
2919                                                                   BspNodeGeometry &geom) const
2920{
2921        vector<Plane3> halfSpaces;
2922        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
2923
2924        PolygonContainer candidatePolys;
2925        vector<Plane3> candidatePlanes;
2926
2927        vector<Plane3>::const_iterator pit, pit_end = halfSpaces.end();
2928
2929        // bounded planes are added to the polygons
2930        for (pit = halfSpaces.begin(); pit != pit_end; ++ pit)
2931        {
2932                Polygon3 *p = GetBoundingBox().CrossSection(*pit);
2933
2934                if (p->Valid(mEpsilon))
2935                {
2936                        candidatePolys.push_back(p);
2937                        candidatePlanes.push_back(*pit);
2938                }
2939        }
2940
2941        // add faces of bounding box (also could be faces of the cell)
2942        for (int i = 0; i < 6; ++ i)
2943        {
2944                VertexContainer vertices;
2945
2946                for (int j = 0; j < 4; ++ j)
2947                {
2948                        vertices.push_back(mBoundingBox.GetFace(i).mVertices[j]);
2949                }
2950
2951                Polygon3 *poly = new Polygon3(vertices);
2952
2953                candidatePolys.push_back(poly);
2954                candidatePlanes.push_back(poly->GetSupportingPlane());
2955        }
2956
2957        for (int i = 0; i < (int)candidatePolys.size(); ++ i)
2958        {
2959                // polygon is split by all other planes
2960                for (int j = 0; (j < (int)halfSpaces.size()) && candidatePolys[i]; ++ j)
2961                {
2962                        if (i == j) // polygon and plane are coincident
2963                                continue;
2964
2965                        VertexContainer splitPts;
2966                        Polygon3 *frontPoly, *backPoly;
2967
2968                        const int cf =
2969                                candidatePolys[i]->ClassifyPlane(halfSpaces[j],
2970                                                                                                 mEpsilon);
2971
2972                        switch (cf)
2973                        {
2974                                case Polygon3::SPLIT:
2975                                        frontPoly = new Polygon3();
2976                                        backPoly = new Polygon3();
2977
2978                                        candidatePolys[i]->Split(halfSpaces[j],
2979                                                                                         *frontPoly,
2980                                                                                         *backPoly,
2981                                                                                         mEpsilon);
2982
2983                                        DEL_PTR(candidatePolys[i]);
2984
2985                                        if (backPoly->Valid(mEpsilon))
2986                                        {
2987                                                candidatePolys[i] = backPoly;
2988                                        }
2989                                        else
2990                                        {
2991                                                DEL_PTR(backPoly);
2992                                        }
2993
2994                                        // outside, don't need this
2995                                        DEL_PTR(frontPoly);
2996                                        break;
2997
2998                                // polygon outside of halfspace
2999                                case Polygon3::FRONT_SIDE:
3000                                        DEL_PTR(candidatePolys[i]);
3001                                        break;
3002
3003                                // just take polygon as it is
3004                                case Polygon3::BACK_SIDE:
3005                                case Polygon3::COINCIDENT:
3006                                default:
3007                                        break;
3008                        }
3009                }
3010
3011                if (candidatePolys[i])
3012                {
3013                        geom.Add(candidatePolys[i], candidatePlanes[i]);
3014                }
3015        }
3016}
3017
3018
3019bool VspBspTree::IsOutOfBounds(ViewCell *vc) const
3020{
3021        return vc->GetId() == OUT_OF_BOUNDS_ID;
3022}
3023
3024
3025void VspBspTree::SetViewCellsTree(ViewCellsTree *viewCellsTree)
3026{
3027        mViewCellsTree = viewCellsTree;
3028}
3029
3030
3031void VspBspTree::ConstructGeometry(ViewCell *vc,
3032                                                                   BspNodeGeometry &vcGeom) const
3033{
3034        // if false, cannot construct geometry for interior leaf
3035        if (!mViewCellsTree)
3036                return;
3037
3038        ViewCellContainer leaves;
3039        mViewCellsTree->CollectLeaves(vc, leaves);
3040
3041        ViewCellContainer::const_iterator it, it_end = leaves.end();
3042
3043        for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
3044        {
3045                if (IsOutOfBounds(*it))
3046                        continue;
3047               
3048                BspViewCell *bspVc = dynamic_cast<BspViewCell *>(*it);
3049                vector<BspLeaf *>::const_iterator bit, bit_end = bspVc->mLeaves.end();
3050
3051                for (bit = bspVc->mLeaves.begin(); bit != bit_end; ++ bit)
3052                {
3053                        BspLeaf *l = *bit;
3054                        ConstructGeometry(l, vcGeom);
3055                }
3056        }
3057}
3058
3059
3060int VspBspTree::FindNeighbors(BspNode *n, vector<BspLeaf *> &neighbors,
3061                                                          const bool onlyUnmailed) const
3062{
3063        stack<bspNodePair> nodeStack;
3064       
3065        BspNodeGeometry nodeGeom;
3066        ConstructGeometry(n, nodeGeom);
3067//      const float eps = 0.5f;
3068        const float eps = 0.01f;
3069        // split planes from the root to this node
3070        // needed to verify that we found neighbor leaf
3071        // TODO: really needed?
3072        vector<Plane3> halfSpaces;
3073        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
3074
3075
3076        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
3077        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
3078
3079        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
3080
3081        while (!nodeStack.empty())
3082        {
3083                BspNode *node = nodeStack.top().first;
3084                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
3085       
3086                nodeStack.pop();
3087
3088                if (node->IsLeaf())
3089                {
3090                        // test if this leaf is in valid view space
3091                        if (node->TreeValid() &&
3092                                (node != n) &&
3093                                (!onlyUnmailed || !node->Mailed()))
3094                        {
3095                                bool isAdjacent = true;
3096
3097                                if (1)
3098                                {
3099                                        // test all planes of current node if still adjacent
3100                                        for (int i = 0; (i < halfSpaces.size()) && isAdjacent; ++ i)
3101                                        {
3102                                                const int cf =
3103                                                        Polygon3::ClassifyPlane(geom->GetPolys(),
3104                                                                                                        halfSpaces[i],
3105                                                                                                        eps);
3106
3107                                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3108                                                {
3109                                                        isAdjacent = false;
3110                                                }
3111                                        }
3112                                }
3113                                else
3114                                {
3115                                        // TODO: why is this wrong??
3116                                        // test all planes of current node if still adjacent
3117                                        for (int i = 0; (i < nodeGeom.Size()) && isAdjacent; ++ i)
3118                                        {
3119                                                Polygon3 *poly = nodeGeom.GetPolys()[i];
3120
3121                                                const int cf =
3122                                                        Polygon3::ClassifyPlane(geom->GetPolys(),
3123                                                                                                        poly->GetSupportingPlane(),
3124                                                                                                        eps);
3125
3126                                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3127                                                {
3128                                                        isAdjacent = false;
3129                                                }
3130                                        }
3131                                }
3132                                // neighbor was found
3133                                if (isAdjacent)
3134                                {       
3135                                        neighbors.push_back(dynamic_cast<BspLeaf *>(node));
3136                                }
3137                        }
3138                }
3139                else
3140                {
3141                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3142
3143                        const int cf = Polygon3::ClassifyPlane(nodeGeom.GetPolys(),
3144                                                                                                   interior->GetPlane(),
3145                                                                                                   eps);
3146                       
3147                        BspNode *front = interior->GetFront();
3148                        BspNode *back = interior->GetBack();
3149           
3150                        BspNodeGeometry *fGeom = new BspNodeGeometry();
3151                        BspNodeGeometry *bGeom = new BspNodeGeometry();
3152
3153                        geom->SplitGeometry(*fGeom,
3154                                                                *bGeom,
3155                                                                interior->GetPlane(),
3156                                                                mBoundingBox,
3157                                                                //0.0000001f);
3158                                                                eps);
3159               
3160                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
3161                        {
3162                                nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetBack(), bGeom));
3163                                DEL_PTR(fGeom);
3164                        }
3165                        else
3166                        {
3167                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3168                                {
3169                                        nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetFront(), fGeom));
3170                                        DEL_PTR(bGeom);
3171                                }
3172                                else
3173                                {       // random decision
3174                                        nodeStack.push(bspNodePair(front, fGeom));
3175                                        nodeStack.push(bspNodePair(back, bGeom));
3176                                }
3177                        }
3178                }
3179       
3180                DEL_PTR(geom);
3181        }
3182
3183        return (int)neighbors.size();
3184}
3185
3186
3187
3188int VspBspTree::FindApproximateNeighbors(BspNode *n,
3189                                                                                 vector<BspLeaf *> &neighbors,
3190                                                                                 const bool onlyUnmailed) const
3191{
3192        stack<bspNodePair> nodeStack;
3193       
3194        BspNodeGeometry nodeGeom;
3195        ConstructGeometry(n, nodeGeom);
3196       
3197        float eps = 0.01f;
3198        // split planes from the root to this node
3199        // needed to verify that we found neighbor leaf
3200        // TODO: really needed?
3201        vector<Plane3> halfSpaces;
3202        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
3203
3204
3205        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
3206        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
3207
3208        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
3209
3210        while (!nodeStack.empty())
3211        {
3212                BspNode *node = nodeStack.top().first;
3213                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
3214       
3215                nodeStack.pop();
3216
3217                if (node->IsLeaf())
3218                {
3219                        // test if this leaf is in valid view space
3220                        if (node->TreeValid() &&
3221                                (node != n) &&
3222                                (!onlyUnmailed || !node->Mailed()))
3223                        {
3224                                bool isAdjacent = true;
3225
3226                                // neighbor was found
3227                                if (isAdjacent)
3228                                {       
3229                                        neighbors.push_back(dynamic_cast<BspLeaf *>(node));
3230                                }
3231                        }
3232                }
3233                else
3234                {
3235                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3236
3237                        const int cf = Polygon3::ClassifyPlane(nodeGeom.GetPolys(),
3238                                                                                                   interior->GetPlane(),
3239                                                                                                   eps);
3240                       
3241                        BspNode *front = interior->GetFront();
3242                        BspNode *back = interior->GetBack();
3243           
3244                        BspNodeGeometry *fGeom = new BspNodeGeometry();
3245                        BspNodeGeometry *bGeom = new BspNodeGeometry();
3246
3247                        geom->SplitGeometry(*fGeom,
3248                                                                *bGeom,
3249                                                                interior->GetPlane(),
3250                                                                mBoundingBox,
3251                                                                //0.0000001f);
3252                                                                eps);
3253               
3254                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
3255                        {
3256                                nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetBack(), bGeom));
3257                                DEL_PTR(fGeom);
3258                                }
3259                        else
3260                        {
3261                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3262                                {
3263                                        nodeStack.push(bspNodePair(interior->GetFront(), fGeom));
3264                                        DEL_PTR(bGeom);
3265                                }
3266                                else
3267                                {       // random decision
3268                                        nodeStack.push(bspNodePair(front, fGeom));
3269                                        nodeStack.push(bspNodePair(back, bGeom));
3270                                }
3271                        }
3272                }
3273       
3274                DEL_PTR(geom);
3275        }
3276
3277        return (int)neighbors.size();
3278}
3279
3280
3281
3282BspLeaf *VspBspTree::GetRandomLeaf(const Plane3 &halfspace)
3283{
3284    stack<BspNode *> nodeStack;
3285        nodeStack.push(mRoot);
3286
3287        int mask = rand();
3288
3289        while (!nodeStack.empty())
3290        {
3291                BspNode *node = nodeStack.top();
3292                nodeStack.pop();
3293
3294                if (node->IsLeaf())
3295                {
3296                        return dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3297                }
3298                else
3299                {
3300                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3301                        BspNode *next;
3302                        BspNodeGeometry geom;
3303
3304                        // todo: not very efficient: constructs full cell everytime
3305                        ConstructGeometry(interior, geom);
3306
3307                        const int cf =
3308                                Polygon3::ClassifyPlane(geom.GetPolys(), halfspace, mEpsilon);
3309
3310                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
3311                                next = interior->GetFront();
3312                        else
3313                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
3314                                        next = interior->GetFront();
3315                        else
3316                        {
3317                                // random decision
3318                                if (mask & 1)
3319                                        next = interior->GetBack();
3320                                else
3321                                        next = interior->GetFront();
3322                                mask = mask >> 1;
3323                        }
3324
3325                        nodeStack.push(next);
3326                }
3327        }
3328
3329        return NULL;
3330}
3331
3332
3333BspLeaf *VspBspTree::GetRandomLeaf(const bool onlyUnmailed)
3334{
3335        stack<BspNode *> nodeStack;
3336
3337        nodeStack.push(mRoot);
3338
3339        int mask = rand();
3340
3341        while (!nodeStack.empty())
3342        {
3343                BspNode *node = nodeStack.top();
3344                nodeStack.pop();
3345
3346                if (node->IsLeaf())
3347                {
3348                        if ( (!onlyUnmailed || !node->Mailed()) )
3349                                return dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3350                }
3351                else
3352                {
3353                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3354
3355                        // random decision
3356                        if (mask & 1)
3357                                nodeStack.push(interior->GetBack());
3358                        else
3359                                nodeStack.push(interior->GetFront());
3360
3361                        mask = mask >> 1;
3362                }
3363        }
3364
3365        return NULL;
3366}
3367
3368
3369int VspBspTree::ComputePvsSize(const RayInfoContainer &rays) const
3370{
3371        int pvsSize = 0;
3372
3373        RayInfoContainer::const_iterator rit, rit_end = rays.end();
3374
3375        Intersectable::NewMail();
3376
3377        for (rit = rays.begin(); rit != rays.end(); ++ rit)
3378        {
3379                VssRay *ray = (*rit).mRay;
3380
3381                if (COUNT_ORIGIN_OBJECTS && ray->mOriginObject)
3382                {
3383                        if (!ray->mOriginObject->Mailed())
3384                        {
3385                                ray->mOriginObject->Mail();
3386                                ++ pvsSize;
3387                        }
3388                }
3389
3390                if (ray->mTerminationObject)
3391                {
3392                        if (!ray->mTerminationObject->Mailed())
3393                        {
3394                                ray->mTerminationObject->Mail();
3395                                ++ pvsSize;
3396                        }
3397                }
3398        }
3399
3400        return pvsSize;
3401}
3402
3403
3404float VspBspTree::GetEpsilon() const
3405{
3406        return mEpsilon;
3407}
3408
3409
3410int VspBspTree::SplitPolygons(const Plane3 &plane,
3411                                                          PolygonContainer &polys,
3412                                                          PolygonContainer &frontPolys,
3413                                                          PolygonContainer &backPolys,
3414                                                          PolygonContainer &coincident) const
3415{
3416        int splits = 0;
3417
3418        PolygonContainer::const_iterator it, it_end = polys.end();
3419
3420        for (it = polys.begin(); it != polys.end(); ++ it)     
3421        {
3422                Polygon3 *poly = *it;
3423
3424                // classify polygon
3425                const int cf = poly->ClassifyPlane(plane, mEpsilon);
3426
3427                switch (cf)
3428                {
3429                        case Polygon3::COINCIDENT:
3430                                coincident.push_back(poly);
3431                                break;
3432                        case Polygon3::FRONT_SIDE:
3433                                frontPolys.push_back(poly);
3434                                break;
3435                        case Polygon3::BACK_SIDE:
3436                                backPolys.push_back(poly);
3437                                break;
3438                        case Polygon3::SPLIT:
3439                                backPolys.push_back(poly);
3440                                frontPolys.push_back(poly);
3441                                ++ splits;
3442                                break;
3443                        default:
3444                Debug << "SHOULD NEVER COME HERE\n";
3445                                break;
3446                }
3447        }
3448
3449        return splits;
3450}
3451
3452
3453int VspBspTree::CastLineSegment(const Vector3 &origin,
3454                                                                const Vector3 &termination,
3455                                                                ViewCellContainer &viewcells)
3456{
3457        int hits = 0;
3458        stack<BspRayTraversalData> tStack;
3459
3460        float mint = 0.0f, maxt = 1.0f;
3461
3462        //ViewCell::NewMail();
3463
3464        Vector3 entp = origin;
3465        Vector3 extp = termination;
3466
3467        BspNode *node = mRoot;
3468        BspNode *farChild = NULL;
3469
3470        float t;
3471        const float thresh = 1e-6f; // matt: change this to adjustable value
3472       
3473        while (1)
3474        {
3475                if (!node->IsLeaf())
3476                {
3477                        BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3478
3479                        Plane3 splitPlane = in->GetPlane();
3480                       
3481                        const int entSide = splitPlane.Side(entp, thresh);
3482                        const int extSide = splitPlane.Side(extp, thresh);
3483
3484                        if (entSide < 0)
3485                        {
3486                                node = in->GetBack();
3487                               
3488                                // plane does not split ray => no far child
3489                                if (extSide <= 0)
3490                                        continue;
3491 
3492                                farChild = in->GetFront(); // plane splits ray
3493                        }
3494                        else if (entSide > 0)
3495                        {
3496                                node = in->GetFront();
3497
3498                                if (extSide >= 0) // plane does not split ray => no far child
3499                                        continue;
3500
3501                                farChild = in->GetBack(); // plane splits ray
3502                        }
3503                        else // one of the ray end points is on the plane
3504                        {       
3505                                // NOTE: what to do if ray is coincident with plane?
3506                                if (extSide < 0)
3507                                        node = in->GetBack();
3508                                else //if (extSide > 0)
3509                                        node = in->GetFront();
3510                                //else break; // coincident => count no intersections
3511
3512                                continue; // no far child
3513                        }
3514
3515                        // push data for far child
3516                        tStack.push(BspRayTraversalData(farChild, extp));
3517
3518                        // find intersection of ray segment with plane
3519                        extp = splitPlane.FindIntersection(origin, extp, &t);
3520                }
3521                else
3522                {
3523                        // reached leaf => intersection with view cell
3524                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3525                        ViewCell *viewCell;
3526                       
3527                        // question: always contribute to leaf or to currently active view cell?
3528                        if (0)
3529                                viewCell = mViewCellsTree->GetActiveViewCell(leaf->GetViewCell());
3530                        else
3531                                viewCell = leaf->GetViewCell();
3532
3533                        if (!viewCell->Mailed())
3534                        {
3535                                viewcells.push_back(viewCell);
3536                                viewCell->Mail();
3537                                ++ hits;
3538                        }
3539
3540                        //-- fetch the next far child from the stack
3541                        if (tStack.empty())
3542                                break;
3543
3544                        entp = extp;
3545                       
3546                        const BspRayTraversalData &s = tStack.top();
3547
3548                        node = s.mNode;
3549                        extp = s.mExitPoint;
3550
3551                        tStack.pop();
3552                }
3553        }
3554
3555        return hits;
3556}
3557
3558
3559
3560
3561int VspBspTree::TreeDistance(BspNode *n1, BspNode *n2) const
3562{
3563        std::deque<BspNode *> path1;
3564        BspNode *p1 = n1;
3565
3566        // create path from node 1 to root
3567        while (p1)
3568        {
3569                if (p1 == n2) // second node on path
3570                        return (int)path1.size();
3571
3572                path1.push_front(p1);
3573                p1 = p1->GetParent();
3574        }
3575
3576        int depth = n2->GetDepth();
3577        int d = depth;
3578
3579        BspNode *p2 = n2;
3580
3581        // compare with same depth
3582        while (1)
3583        {
3584                if ((d < (int)path1.size()) && (p2 == path1[d]))
3585                        return (depth - d) + ((int)path1.size() - 1 - d);
3586
3587                -- d;
3588                p2 = p2->GetParent();
3589        }
3590
3591        return 0; // never come here
3592}
3593
3594
3595BspNode *VspBspTree::CollapseTree(BspNode *node, int &collapsed)
3596{
3597// TODO
3598#if HAS_TO_BE_REDONE
3599        if (node->IsLeaf())
3600                return node;
3601
3602        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3603
3604        BspNode *front = CollapseTree(interior->GetFront(), collapsed);
3605        BspNode *back = CollapseTree(interior->GetBack(), collapsed);
3606
3607        if (front->IsLeaf() && back->IsLeaf())
3608        {
3609                BspLeaf *frontLeaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(front);
3610                BspLeaf *backLeaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(back);
3611
3612                //-- collapse tree
3613                if (frontLeaf->GetViewCell() == backLeaf->GetViewCell())
3614                {
3615                        BspViewCell *vc = frontLeaf->GetViewCell();
3616
3617                        BspLeaf *leaf = new BspLeaf(interior->GetParent(), vc);
3618                        leaf->SetTreeValid(frontLeaf->TreeValid());
3619
3620                        // replace a link from node's parent
3621                        if (leaf->GetParent())
3622                                leaf->GetParent()->ReplaceChildLink(node, leaf);
3623                        else
3624                                mRoot = leaf;
3625
3626                        ++ collapsed;
3627                        delete interior;
3628
3629                        return leaf;
3630                }
3631        }
3632#endif
3633        return node;
3634}
3635
3636
3637int VspBspTree::CollapseTree()
3638{
3639        int collapsed = 0;
3640        //TODO
3641#if HAS_TO_BE_REDONE
3642        (void)CollapseTree(mRoot, collapsed);
3643
3644        // revalidate leaves
3645        RepairViewCellsLeafLists();
3646#endif
3647        return collapsed;
3648}
3649
3650
3651void VspBspTree::RepairViewCellsLeafLists()
3652{
3653// TODO
3654#if HAS_TO_BE_REDONE
3655        // list not valid anymore => clear
3656        stack<BspNode *> nodeStack;
3657        nodeStack.push(mRoot);
3658
3659        ViewCell::NewMail();
3660
3661        while (!nodeStack.empty())
3662        {
3663                BspNode *node = nodeStack.top();
3664                nodeStack.pop();
3665
3666                if (node->IsLeaf())
3667                {
3668                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3669
3670                        BspViewCell *viewCell = leaf->GetViewCell();
3671
3672                        if (!viewCell->Mailed())
3673                        {
3674                                viewCell->mLeaves.clear();
3675                                viewCell->Mail();
3676                        }
3677       
3678                        viewCell->mLeaves.push_back(leaf);
3679
3680                }
3681                else
3682                {
3683                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3684
3685                        nodeStack.push(interior->GetFront());
3686                        nodeStack.push(interior->GetBack());
3687                }
3688        }
3689// TODO
3690#endif
3691}
3692
3693
3694int VspBspTree::CastBeam(Beam &beam)
3695{
3696    stack<bspNodePair> nodeStack;
3697        BspNodeGeometry *rgeom = new BspNodeGeometry();
3698        ConstructGeometry(mRoot, *rgeom);
3699
3700        nodeStack.push(bspNodePair(mRoot, rgeom));
3701 
3702        ViewCell::NewMail();
3703
3704        while (!nodeStack.empty())
3705        {
3706                BspNode *node = nodeStack.top().first;
3707                BspNodeGeometry *geom = nodeStack.top().second;
3708                nodeStack.pop();
3709               
3710                AxisAlignedBox3 box;
3711                geom->GetBoundingBox(box);
3712
3713                const int side = beam.ComputeIntersection(box);
3714               
3715                switch (side)
3716                {
3717                case -1:
3718                        CollectViewCells(node, true, beam.mViewCells, true);
3719                        break;
3720                case 0:
3721                       
3722                        if (node->IsLeaf())
3723                        {
3724                                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
3725                       
3726                                if (!leaf->GetViewCell()->Mailed() && leaf->TreeValid())
3727                                {
3728                                        leaf->GetViewCell()->Mail();
3729                                        beam.mViewCells.push_back(leaf->GetViewCell());
3730                                }
3731                        }
3732                        else
3733                        {
3734                                BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3735                       
3736                                BspNode *first = interior->GetFront();
3737                                BspNode *second = interior->GetBack();
3738           
3739                                BspNodeGeometry *firstGeom = new BspNodeGeometry();
3740                                BspNodeGeometry *secondGeom = new BspNodeGeometry();
3741
3742                                geom->SplitGeometry(*firstGeom,
3743                                                                        *secondGeom,
3744                                                                        interior->GetPlane(),
3745                                                                        mBoundingBox,
3746                                                                        //0.0000001f);
3747                                                                        mEpsilon);
3748
3749                                // decide on the order of the nodes
3750                                if (DotProd(beam.mPlanes[0].mNormal,
3751                                        interior->GetPlane().mNormal) > 0)
3752                                {
3753                                        swap(first, second);
3754                                        swap(firstGeom, secondGeom);
3755                                }
3756
3757                                nodeStack.push(bspNodePair(first, firstGeom));
3758                                nodeStack.push(bspNodePair(second, secondGeom));
3759                        }
3760                       
3761                        break;
3762                default:
3763                        // default: cull
3764                        break;
3765                }
3766               
3767                DEL_PTR(geom);
3768               
3769        }
3770
3771        return (int)beam.mViewCells.size();
3772}
3773
3774
3775void VspBspTree::SetViewCellsManager(ViewCellsManager *vcm)
3776{
3777        mViewCellsManager = vcm;
3778}
3779
3780
3781int VspBspTree::CollectMergeCandidates(const vector<BspLeaf *> leaves,
3782                                                                           vector<MergeCandidate> &candidates)
3783{
3784        BspLeaf::NewMail();
3785       
3786        vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = leaves.end();
3787
3788        int numCandidates = 0;
3789
3790        // find merge candidates and push them into queue
3791        for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
3792        {
3793                BspLeaf *leaf = *it;
3794               
3795                // the same leaves must not be part of two merge candidates
3796                leaf->Mail();
3797               
3798                vector<BspLeaf *> neighbors;
3799               
3800                // appoximate neighbor search has slightl relaxed constraints
3801                if (1)
3802                        FindNeighbors(leaf, neighbors, true);
3803                else
3804                        FindApproximateNeighbors(leaf, neighbors, true);
3805
3806                vector<BspLeaf *>::const_iterator nit, nit_end = neighbors.end();
3807
3808                // TODO: test if at least one ray goes from one leaf to the other
3809                for (nit = neighbors.begin(); nit != nit_end; ++ nit)
3810                {
3811                        if ((*nit)->GetViewCell() != leaf->GetViewCell())
3812                        {
3813                                MergeCandidate mc(leaf->GetViewCell(), (*nit)->GetViewCell());
3814
3815                                if (!leaf->GetViewCell()->GetPvs().Empty() ||
3816                                        !(*nit)->GetViewCell()->GetPvs().Empty() ||
3817                    leaf->IsSibling(*nit))
3818                                {
3819                                        candidates.push_back(mc);
3820                                }
3821
3822                                ++ numCandidates;
3823                                if ((numCandidates % 1000) == 0)
3824                                {
3825                                        cout << "collected " << numCandidates << " merge candidates" << endl;
3826                                }
3827                        }
3828                }
3829        }
3830
3831        Debug << "merge queue: " << (int)candidates.size() << endl;
3832        Debug << "leaves in queue: " << numCandidates << endl;
3833       
3834
3835        return (int)leaves.size();
3836}
3837
3838
3839int VspBspTree::CollectMergeCandidates(const VssRayContainer &rays,
3840                                                                           vector<MergeCandidate> &candidates)
3841{
3842        ViewCell::NewMail();
3843        long startTime = GetTime();
3844       
3845        map<BspLeaf *, vector<BspLeaf*> > neighborMap;
3846        ViewCellContainer::const_iterator iit;
3847
3848        int numLeaves = 0;
3849       
3850        BspLeaf::NewMail();
3851
3852        for (int i = 0; i < (int)rays.size(); ++ i)
3853        { 
3854                VssRay *ray = rays[i];
3855       
3856                // traverse leaves stored in the rays and compare and
3857                // merge consecutive leaves (i.e., the neighbors in the tree)
3858                if (ray->mViewCells.size() < 2)
3859                        continue;
3860
3861                iit = ray->mViewCells.begin();
3862                BspViewCell *bspVc = dynamic_cast<BspViewCell *>(*(iit ++));
3863                BspLeaf *leaf = bspVc->mLeaves[0];
3864               
3865                // traverse intersections
3866                // consecutive leaves are neighbors => add them to queue
3867                for (; iit != ray->mViewCells.end(); ++ iit)
3868                {
3869                        // next pair
3870                        BspLeaf *prevLeaf = leaf;
3871                        bspVc = dynamic_cast<BspViewCell *>(*iit);
3872            leaf = bspVc->mLeaves[0]; // exactly one leaf
3873
3874                        // view space not valid or same view cell
3875                        if (!leaf->TreeValid() || !prevLeaf->TreeValid() ||
3876                                (leaf->GetViewCell() == prevLeaf->GetViewCell()))
3877                                continue;
3878
3879                vector<BspLeaf *> &neighbors = neighborMap[leaf];
3880                       
3881                        bool found = false;
3882
3883                        // both leaves inserted in queue already =>
3884                        // look if double pair already exists
3885                        if (leaf->Mailed() && prevLeaf->Mailed())
3886                        {
3887                                vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = neighbors.end();
3888                               
3889                for (it = neighbors.begin(); !found && (it != it_end); ++ it)
3890                                        if (*it == prevLeaf)
3891                                                found = true; // already in queue
3892                        }
3893               
3894                        if (!found)
3895                        {
3896                                // this pair is not in map yet
3897                                // => insert into the neighbor map and the queue
3898                                neighbors.push_back(prevLeaf);
3899                                neighborMap[prevLeaf].push_back(leaf);
3900
3901                                leaf->Mail();
3902                                prevLeaf->Mail();
3903               
3904                                MergeCandidate mc(leaf->GetViewCell(), prevLeaf->GetViewCell());
3905                               
3906                                candidates.push_back(mc);
3907
3908                                if (((int)candidates.size() % 1000) == 0)
3909                                {
3910                                        cout << "collected " << (int)candidates.size() << " merge candidates" << endl;
3911                                }
3912                        }
3913        }
3914        }
3915
3916        Debug << "neighbormap size: " << (int)neighborMap.size() << endl;
3917        Debug << "merge queue: " << (int)candidates.size() << endl;
3918        Debug << "leaves in queue: " << numLeaves << endl;
3919
3920
3921        //-- collect the leaves which haven't been found by ray casting
3922        if (0)
3923        {
3924                cout << "finding additional merge candidates using geometry" << endl;
3925                vector<BspLeaf *> leaves;
3926                CollectLeaves(leaves, true);
3927                Debug << "found " << (int)leaves.size() << " new leaves" << endl << endl;
3928                CollectMergeCandidates(leaves, candidates);
3929        }
3930
3931        return numLeaves;
3932}
3933
3934
3935
3936
3937ViewCell *VspBspTree::GetViewCell(const Vector3 &point, const bool active)
3938{
3939        if (mRoot == NULL)
3940                return NULL;
3941
3942        stack<BspNode *> nodeStack;
3943        nodeStack.push(mRoot);
3944 
3945        ViewCellLeaf *viewcell = NULL;
3946 
3947        while (!nodeStack.empty()) 
3948        {
3949                BspNode *node = nodeStack.top();
3950                nodeStack.pop();
3951       
3952                if (node->IsLeaf())
3953                {
3954                        viewcell = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
3955                        break;
3956                }
3957                else   
3958                {       
3959                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3960       
3961                        // random decision
3962                        if (interior->GetPlane().Side(point) < 0)
3963                                nodeStack.push(interior->GetBack());
3964                        else
3965                                nodeStack.push(interior->GetFront());
3966                }
3967        }
3968 
3969        if (active)
3970                return mViewCellsTree->GetActiveViewCell(viewcell);
3971        else
3972                return viewcell;
3973}
3974
3975
3976bool VspBspTree::ViewPointValid(const Vector3 &viewPoint) const
3977{
3978        BspNode *node = mRoot;
3979
3980        while (1)
3981        {
3982                // early exit
3983                if (node->TreeValid())
3984                        return true;
3985
3986                if (node->IsLeaf())
3987                        return false;
3988                       
3989                BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
3990                                       
3991                if (in->GetPlane().Side(viewPoint) <= 0)
3992                {
3993                        node = in->GetBack();
3994                }
3995                else
3996                {
3997                        node = in->GetFront();
3998                }
3999        }
4000
4001        // should never come here
4002        return false;
4003}
4004
4005
4006void VspBspTree::PropagateUpValidity(BspNode *node)
4007{
4008        const bool isValid = node->TreeValid();
4009
4010        // propagative up invalid flag until only invalid nodes exist over this node
4011        if (!isValid)
4012        {
4013                while (!node->IsRoot() && node->GetParent()->TreeValid())
4014                {
4015                        node = node->GetParent();
4016                        node->SetTreeValid(false);
4017                }
4018        }
4019        else
4020        {
4021                // propagative up valid flag until one of the subtrees is invalid
4022                while (!node->IsRoot() && !node->TreeValid())
4023                {
4024            node = node->GetParent();
4025                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
4026                       
4027                        // the parent is valid iff both leaves are valid
4028                        node->SetTreeValid(interior->GetBack()->TreeValid() &&
4029                                                           interior->GetFront()->TreeValid());
4030                }
4031        }
4032}
4033
4034
4035bool VspBspTree::Export(OUT_STREAM &stream)
4036{
4037        ExportNode(mRoot, stream);
4038        return true;
4039}
4040
4041
4042void VspBspTree::ExportNode(BspNode *node, OUT_STREAM &stream)
4043{
4044        if (node->IsLeaf())
4045        {
4046                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
4047                ViewCell *viewCell = mViewCellsTree->GetActiveViewCell(leaf->GetViewCell());
4048
4049                int id = -1;
4050                if (viewCell != mOutOfBoundsCell)
4051                        id = viewCell->GetId();
4052
4053                stream << "<Leaf viewCellId=\"" << id << "\" />" << endl;
4054        }
4055        else
4056        {
4057                BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
4058       
4059                Plane3 plane = interior->GetPlane();
4060                stream << "<Interior plane=\"" << plane.mNormal.x << " "
4061                           << plane.mNormal.y << " " << plane.mNormal.z << " "
4062                           << plane.mD << "\">" << endl;
4063
4064                ExportNode(interior->GetBack(), stream);
4065                ExportNode(interior->GetFront(), stream);
4066
4067                stream << "</Interior>" << endl;
4068        }
4069}
4070
4071}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.