source: trunk/VUT/GtpVisibilityPreprocessor/src/VspBspTree.cpp @ 489

Revision 489, 65.2 KB checked in by mattausch, 19 years ago (diff)

valid view point regions working now for bsp view cells (crit: maxpvs)

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
19
20//-- static members
21/** Evaluates split plane classification with respect to the plane's
22        contribution for a minimum number of ray splits.
23*/
24const float VspBspTree::sLeastRaySplitsTable[] = {0, 0, 1, 1, 0};
25/** Evaluates split plane classification with respect to the plane's
26        contribution for balanced rays.
27*/
28const float VspBspTree::sBalancedRaysTable[] = {1, -1, 0, 0, 0};
29
30
31int VspBspTree::sFrontId = 0;
32int VspBspTree::sBackId = 0;
33int VspBspTree::sFrontAndBackId = 0;
34
35float BspMergeCandidate::sOverallCost = 0;
36
37/****************************************************************/
38/*                  class VspBspTree implementation             */
39/****************************************************************/
40
41VspBspTree::VspBspTree():
42mRoot(NULL),
43mPvsUseArea(true),
44mCostNormalizer(Limits::Small),
45mViewCellsManager(NULL),
46mStoreRays(false),
47mOnlyDrivingAxis(false),
48mOutOfBoundsCell(NULL)
49{
50        bool randomize = false;
51        environment->GetBoolValue("VspBspTree.Construction.randomize", randomize);
52        if (randomize)
53                Randomize(); // initialise random generator for heuristics
54
55        //-- termination criteria for autopartition
56        environment->GetIntValue("VspBspTree.Termination.maxDepth", mTermMaxDepth);
57        environment->GetIntValue("VspBspTree.Termination.minPvs", mTermMinPvs);
58        environment->GetIntValue("VspBspTree.Termination.minRays", mTermMinRays);
59        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minArea", mTermMinArea);
60        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.maxRayContribution", mTermMaxRayContribution);
61        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.minAccRayLenght", mTermMinAccRayLength);
62        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.maxCostRatio", mTermMaxCostRatio);
63        environment->GetIntValue("VspBspTree.Termination.missTolerance", mTermMissTolerance);
64
65        //-- factors for bsp tree split plane heuristics
66        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Factor.balancedRays", mBalancedRaysFactor);
67        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Factor.pvs", mPvsFactor);
68        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.ct_div_ci", mCtDivCi);
69
70        //-- max cost ratio for early tree termination
71        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Termination.maxCostRatio", mTermMaxCostRatio);
72
73        //-- partition criteria
74        environment->GetIntValue("VspBspTree.maxPolyCandidates", mMaxPolyCandidates);
75        environment->GetIntValue("VspBspTree.maxRayCandidates", mMaxRayCandidates);
76        environment->GetIntValue("VspBspTree.splitPlaneStrategy", mSplitPlaneStrategy);
77
78        environment->GetFloatValue("VspBspTree.Construction.epsilon", mEpsilon);
79        environment->GetIntValue("VspBspTree.maxTests", mMaxTests);
80
81        // maximum and minimum number of view cells
82        environment->GetIntValue("VspBspTree.Termination.maxViewCells", mMaxViewCells);
83        environment->GetIntValue("VspBspTree.PostProcess.minViewCells", mMergeMinViewCells);
84        environment->GetFloatValue("VspBspTree.PostProcess.maxCostRatio", mMergeMaxCostRatio);
85
86        environment->GetBoolValue("VspBspTree.splitUseOnlyDrivingAxis", mOnlyDrivingAxis);
87        environment->GetBoolValue("VspBspTree.PostProcess.useRaysForMerge", mUseRaysForMerge);
88        environment->GetIntValue("ViewCells.maxPvs", mMaxPvs);
89
90
91        //-- debug output
92        Debug << "******* VSP BSP options ******** " << endl;
93    Debug << "max depth: " << mTermMaxDepth << endl;
94        Debug << "min PVS: " << mTermMinPvs << endl;
95        Debug << "min area: " << mTermMinArea << endl;
96        Debug << "min rays: " << mTermMinRays << endl;
97        Debug << "max ray contri: " << mTermMaxRayContribution << endl;
98        //Debug << "VSP BSP mininam accumulated ray lenght: ", mTermMinAccRayLength) << endl;
99        Debug << "max cost ratio: " << mTermMaxCostRatio << endl;
100        Debug << "miss tolerance: " << mTermMissTolerance << endl;
101        Debug << "max view cells: " << mMaxViewCells << endl;
102        Debug << "max polygon candidates: " << mMaxPolyCandidates << endl;
103        Debug << "max plane candidates: " << mMaxRayCandidates << endl;
104        Debug << "randomize: " << randomize << endl;
105
106        Debug << "Split plane strategy: ";
107        if (mSplitPlaneStrategy & RANDOM_POLYGON)
108        {
109                Debug << "random polygon ";
110        }
111        if (mSplitPlaneStrategy & AXIS_ALIGNED)
112        {
113                Debug << "axis aligned ";
114        }
115        if (mSplitPlaneStrategy & LEAST_RAY_SPLITS)
116        {
117                mCostNormalizer += mLeastRaySplitsFactor;
118                Debug << "least ray splits ";
119        }
120        if (mSplitPlaneStrategy & BALANCED_RAYS)
121        {
122                mCostNormalizer += mBalancedRaysFactor;
123                Debug << "balanced rays ";
124        }
125        if (mSplitPlaneStrategy & PVS)
126        {
127                mCostNormalizer += mPvsFactor;
128                Debug << "pvs";
129        }
130
131
132        mSplitCandidates = new vector<SortableEntry>;
133
134        Debug << endl;
135}
136
137
138BspViewCell *VspBspTree::GetOrCreateOutOfBoundsCell()
139{
140        if (!mOutOfBoundsCell)
141                mOutOfBoundsCell = new BspViewCell();
142
143        return mOutOfBoundsCell;
144}
145
146
147const BspTreeStatistics &VspBspTree::GetStatistics() const
148{
149        return mStat;
150}
151
152
153VspBspTree::~VspBspTree()
154{
155        DEL_PTR(mRoot);
156        DEL_PTR(mSplitCandidates);
157}
158
159int VspBspTree::AddMeshToPolygons(Mesh *mesh,
160                                                                  PolygonContainer &polys,
161                                                                  MeshInstance *parent)
162{
163        FaceContainer::const_iterator fi;
164
165        // copy the face data to polygons
166        for (fi = mesh->mFaces.begin(); fi != mesh->mFaces.end(); ++ fi)
167        {
168                Polygon3 *poly = new Polygon3((*fi), mesh);
169
170                if (poly->Valid(mEpsilon))
171                {
172                        poly->mParent = parent; // set parent intersectable
173                        polys.push_back(poly);
174                }
175                else
176                        DEL_PTR(poly);
177        }
178        return (int)mesh->mFaces.size();
179}
180
181int VspBspTree::AddToPolygonSoup(const ViewCellContainer &viewCells,
182                                                          PolygonContainer &polys,
183                                                          int maxObjects)
184{
185        int limit = (maxObjects > 0) ?
186                Min((int)viewCells.size(), maxObjects) : (int)viewCells.size();
187
188        int polysSize = 0;
189
190        for (int i = 0; i < limit; ++ i)
191        {
192                if (viewCells[i]->GetMesh()) // copy the mesh data to polygons
193                {
194                        mBox.Include(viewCells[i]->GetBox()); // add to BSP tree aabb
195                        polysSize +=
196                                AddMeshToPolygons(viewCells[i]->GetMesh(),
197                                                                  polys,
198                                                                  viewCells[i]);
199                }
200        }
201
202        return polysSize;
203}
204
205int VspBspTree::AddToPolygonSoup(const ObjectContainer &objects,
206                                                                 PolygonContainer &polys,
207                                                                 int maxObjects)
208{
209        int limit = (maxObjects > 0) ?
210                Min((int)objects.size(), maxObjects) : (int)objects.size();
211
212        for (int i = 0; i < limit; ++i)
213        {
214                Intersectable *object = objects[i];//*it;
215                Mesh *mesh = NULL;
216
217                switch (object->Type()) // extract the meshes
218                {
219                case Intersectable::MESH_INSTANCE:
220                        mesh = dynamic_cast<MeshInstance *>(object)->GetMesh();
221                        break;
222                case Intersectable::VIEW_CELL:
223                        mesh = dynamic_cast<ViewCell *>(object)->GetMesh();
224                        break;
225                        // TODO: handle transformed mesh instances
226                default:
227                        Debug << "intersectable type not supported" << endl;
228                        break;
229                }
230
231        if (mesh) // copy the mesh data to polygons
232                {
233                        mBox.Include(object->GetBox()); // add to BSP tree aabb
234                        AddMeshToPolygons(mesh, polys, NULL);
235                }
236        }
237
238        return (int)polys.size();
239}
240
241void VspBspTree::Construct(const VssRayContainer &sampleRays,
242                                                   AxisAlignedBox3 *forcedBoundingBox)
243{
244    mStat.nodes = 1;
245        mBox.Initialize();      // initialise BSP tree bounding box
246
247        if (forcedBoundingBox)
248                mBox = *forcedBoundingBox;
249       
250        PolygonContainer polys;
251        RayInfoContainer *rays = new RayInfoContainer();
252
253        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = sampleRays.end();
254
255        long startTime = GetTime();
256
257        cout << "Extracting polygons from rays ... ";
258
259        Intersectable::NewMail();
260
261        //-- extract polygons intersected by the rays
262        for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
263        {
264                VssRay *ray = *rit;
265
266                if ((mBox.IsInside(ray->mTermination) || !forcedBoundingBox) &&
267                        ray->mTerminationObject &&
268                        !ray->mTerminationObject->Mailed())
269                {
270                        ray->mTerminationObject->Mail();
271                        MeshInstance *obj = dynamic_cast<MeshInstance *>(ray->mTerminationObject);
272                        AddMeshToPolygons(obj->GetMesh(), polys, obj);
273                        //-- compute bounding box
274                        if (!forcedBoundingBox)
275                                mBox.Include(ray->mTermination);
276                }
277
278                if ((mBox.IsInside(ray->mOrigin) || !forcedBoundingBox) &&
279                        ray->mOriginObject &&
280                        !ray->mOriginObject->Mailed())
281                {
282                        ray->mOriginObject->Mail();
283                        MeshInstance *obj = dynamic_cast<MeshInstance *>(ray->mOriginObject);
284                        AddMeshToPolygons(obj->GetMesh(), polys, obj);
285                        //-- compute bounding box
286                        if (!forcedBoundingBox)
287                                mBox.Include(ray->mOrigin);
288                }
289        }
290
291        //-- compute bounding box
292        //if (!forcedBoundingBox) Polygon3::IncludeInBox(polys, mBox);
293
294        //-- store rays
295        for (rit = sampleRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
296        {
297                VssRay *ray = *rit;
298
299                float minT, maxT;
300
301                // TODO: not very efficient to implictly cast between rays types
302                if (mBox.GetRaySegment(*ray, minT, maxT))
303                {
304                        float len = ray->Length();
305
306                        if (!len)
307                                len = Limits::Small;
308
309                        rays->push_back(RayInfo(ray, minT / len, maxT / len));
310                }
311        }
312
313        mTermMinArea *= mBox.SurfaceArea(); // normalize
314        mStat.polys = (int)polys.size();
315
316        cout << "finished" << endl;
317
318        Debug << "\nPolygon extraction: " << (int)polys.size() << " polys extracted from "
319                  << (int)sampleRays.size() << " rays in "
320                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << " secs" << endl << endl;
321
322        Construct(polys, rays);
323
324        // clean up polygons
325        CLEAR_CONTAINER(polys);
326}
327
328void VspBspTree::Construct(const PolygonContainer &polys, RayInfoContainer *rays)
329{
330        VspBspTraversalStack tStack;
331
332        mRoot = new BspLeaf();
333
334        // constrruct root node geometry
335        BspNodeGeometry *geom = new BspNodeGeometry();
336        ConstructGeometry(mRoot, *geom);
337
338        VspBspTraversalData tData(mRoot,
339                                                          new PolygonContainer(polys),
340                                                          0,
341                                                          rays,
342                              ComputePvsSize(*rays),
343                                                          geom->GetArea(),
344                                                          geom);
345
346        tStack.push(tData);
347
348        mStat.Start();
349        cout << "Contructing vsp bsp tree ... ";
350
351        long startTime = GetTime();
352
353        while (!tStack.empty())
354        {
355                tData = tStack.top();
356
357            tStack.pop();
358
359                // subdivide leaf node
360                BspNode *r = Subdivide(tStack, tData);
361
362                if (r == mRoot)
363                        Debug << "VSP BSP tree construction time spent at root: "
364                                  << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "s" << endl << endl;
365        }
366
367        cout << "finished\n";
368
369        mStat.Stop();
370}
371
372bool VspBspTree::TerminationCriteriaMet(const VspBspTraversalData &data) const
373{
374        return
375                (((int)data.mRays->size() <= mTermMinRays) ||
376                 (data.mPvs <= mTermMinPvs)   ||
377                 (data.mArea <= mTermMinArea) ||
378                 (mStat.Leaves() >= mMaxViewCells) ||
379                // (data.GetAvgRayContribution() >= mTermMaxRayContribution) ||
380                 (data.mDepth >= mTermMaxDepth));
381}
382
383BspNode *VspBspTree::Subdivide(VspBspTraversalStack &tStack,
384                                                           VspBspTraversalData &tData)
385{
386        BspNode *newNode = tData.mNode;
387
388        if (!TerminationCriteriaMet(tData))
389        {
390                PolygonContainer coincident;
391
392                VspBspTraversalData tFrontData;
393                VspBspTraversalData tBackData;
394
395                // create new interior node and two leaf nodes
396                // or return leaf as it is (if maxCostRatio missed)
397                newNode = SubdivideNode(tData, tFrontData, tBackData, coincident);
398
399                if (!newNode->IsLeaf()) //-- continue subdivision
400                {
401                        // push the children on the stack
402                        tStack.push(tFrontData);
403                        tStack.push(tBackData);
404
405                        // delete old leaf node
406                        DEL_PTR(tData.mNode);
407                }
408        }
409
410        //-- terminate traversal and create new view cell
411        if (newNode->IsLeaf())
412        {
413                BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(newNode);
414                BspViewCell *viewCell;
415
416                if (!CheckValid(tData))
417                {
418                        leaf->SetTreeValid(false);
419                        PropagateUpValidity(leaf);
420                        // view cell for invalid view space
421                        viewCell = GetOrCreateOutOfBoundsCell();
422                }
423                else
424                {
425                        // create new view cell for this leaf
426                        viewCell = new BspViewCell();
427                }
428               
429                leaf->SetViewCell(viewCell);
430       
431                //-- update pvs
432                int conSamp = 0, sampCon = 0;
433                AddToPvs(leaf, *tData.mRays, conSamp, sampCon);
434
435                mStat.contributingSamples += conSamp;
436                mStat.sampleContributions += sampCon;
437
438                //-- store additional info
439                if (mStoreRays)
440                {
441                        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = tData.mRays->end();
442                        for (it = tData.mRays->begin(); it != it_end; ++ it)
443                                leaf->mVssRays.push_back((*it).mRay);
444                }
445
446                viewCell->mLeaves.push_back(leaf);
447                viewCell->SetArea(tData.mArea);
448                leaf->mArea = tData.mArea;
449
450                EvaluateLeafStats(tData);               
451        }
452
453        //-- cleanup
454        tData.Clear();
455
456        return newNode;
457}
458
459
460BspNode *VspBspTree::SubdivideNode(VspBspTraversalData &tData,
461                                                                   VspBspTraversalData &frontData,
462                                                                   VspBspTraversalData &backData,
463                                                                   PolygonContainer &coincident)
464{
465        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(tData.mNode);
466
467        int maxCostMisses = tData.mMaxCostMisses;
468
469        // select subdivision plane
470        Plane3 splitPlane;
471        if (!SelectPlane(splitPlane, leaf, tData))
472        {
473                ++ maxCostMisses;
474
475                if (maxCostMisses > mTermMissTolerance)
476                {
477                        // terminate branch because of max cost
478                        ++ mStat.maxCostNodes;
479            return leaf;
480                }
481        }
482
483        mStat.nodes += 2;
484
485        //-- subdivide further
486        BspInterior *interior = new BspInterior(splitPlane);
487
488#ifdef _DEBUG
489        Debug << interior << endl;
490#endif
491
492        //-- the front and back traversal data is filled with the new values
493        frontData.mPolygons = new PolygonContainer();
494        frontData.mDepth = tData.mDepth + 1;
495        frontData.mRays = new RayInfoContainer();
496        frontData.mGeometry = new BspNodeGeometry();
497
498        backData.mPolygons = new PolygonContainer();
499        backData.mDepth = tData.mDepth + 1;
500        backData.mRays = new RayInfoContainer();
501        backData.mGeometry = new BspNodeGeometry();
502
503        // subdivide rays
504        SplitRays(interior->GetPlane(),
505                          *tData.mRays,
506                          *frontData.mRays,
507                          *backData.mRays);
508
509        // subdivide polygons
510        mStat.splits += SplitPolygons(interior->GetPlane(),
511                                                                  *tData.mPolygons,
512                                          *frontData.mPolygons,
513                                                                  *backData.mPolygons,
514                                                                  coincident);
515
516
517        // how often was max cost ratio missed in this branch?
518        frontData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
519        backData.mMaxCostMisses = maxCostMisses;
520
521        // compute pvs
522        frontData.mPvs = ComputePvsSize(*frontData.mRays);
523        backData.mPvs = ComputePvsSize(*backData.mRays);
524
525        // split geometry and compute area
526        if (1)
527        {
528                tData.mGeometry->SplitGeometry(*frontData.mGeometry,
529                                                                           *backData.mGeometry,
530                                                                           interior->GetPlane(),
531                                                                           mBox,
532                                                                           mEpsilon);
533
534                frontData.mArea = frontData.mGeometry->GetArea();
535                backData.mArea = backData.mGeometry->GetArea();
536        }
537
538        // compute accumulated ray length
539        //frontData.mAccRayLength = AccumulatedRayLength(*frontData.mRays);
540        //backData.mAccRayLength = AccumulatedRayLength(*backData.mRays);
541
542        //-- create front and back leaf
543
544        BspInterior *parent = leaf->GetParent();
545
546        // replace a link from node's parent
547        if (parent)
548        {
549                parent->ReplaceChildLink(leaf, interior);
550                interior->SetParent(parent);
551        }
552        else // new root
553        {
554                mRoot = interior;
555        }
556
557        // and setup child links
558        interior->SetupChildLinks(new BspLeaf(interior), new BspLeaf(interior));
559
560        frontData.mNode = interior->GetFront();
561        backData.mNode = interior->GetBack();
562
563        //DEL_PTR(leaf);
564        return interior;
565}
566
567void VspBspTree::AddToPvs(BspLeaf *leaf,
568                                                  const RayInfoContainer &rays,
569                                                  int &sampleContributions,
570                                                  int &contributingSamples)
571{
572        sampleContributions = 0;
573        contributingSamples = 0;
574
575    RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
576
577        ViewCell *vc = leaf->GetViewCell();
578
579        // add contributions from samples to the PVS
580        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
581        {
582                int contribution = 0;
583                VssRay *ray = (*it).mRay;
584
585                if (ray->mTerminationObject)
586                        contribution += vc->GetPvs().AddSample(ray->mTerminationObject);
587
588                if (ray->mOriginObject)
589                        contribution += vc->GetPvs().AddSample(ray->mOriginObject);
590
591                if (contribution)
592                {
593                        sampleContributions += contribution;
594                        ++ contributingSamples;
595                }
596                //leaf->mVssRays.push_back(ray);
597        }
598}
599
600void VspBspTree::SortSplitCandidates(const RayInfoContainer &rays, const int axis)
601{
602        mSplitCandidates->clear();
603
604        int requestedSize = 2 * (int)(rays.size());
605        // creates a sorted split candidates array
606        if (mSplitCandidates->capacity() > 500000 &&
607                requestedSize < (int)(mSplitCandidates->capacity()/10) )
608        {
609        delete mSplitCandidates;
610                mSplitCandidates = new vector<SortableEntry>;
611        }
612
613        mSplitCandidates->reserve(requestedSize);
614
615        // insert all queries
616        for(RayInfoContainer::const_iterator ri = rays.begin(); ri < rays.end(); ++ ri)
617        {
618                bool positive = (*ri).mRay->HasPosDir(axis);
619                mSplitCandidates->push_back(SortableEntry(positive ? SortableEntry::ERayMin : SortableEntry::ERayMax,
620                                                                                                  (*ri).ExtrapOrigin(axis), (*ri).mRay));
621
622                mSplitCandidates->push_back(SortableEntry(positive ? SortableEntry::ERayMax : SortableEntry::ERayMin,
623                                                                                                  (*ri).ExtrapTermination(axis), (*ri).mRay));
624        }
625
626        stable_sort(mSplitCandidates->begin(), mSplitCandidates->end());
627}
628
629float VspBspTree::BestCostRatioHeuristics(const RayInfoContainer &rays,
630                                                                                  const AxisAlignedBox3 &box,
631                                                                                  const int pvsSize,
632                                                                                  const int &axis,
633                                          float &position)
634{
635        int raysBack;
636        int raysFront;
637        int pvsBack;
638        int pvsFront;
639
640        SortSplitCandidates(rays, axis);
641
642        // go through the lists, count the number of objects left and right
643        // and evaluate the following cost funcion:
644        // C = ct_div_ci  + (ql*rl + qr*rr)/queries
645
646        int rl = 0, rr = (int)rays.size();
647        int pl = 0, pr = pvsSize;
648
649        float minBox = box.Min(axis);
650        float maxBox = box.Max(axis);
651        float sizeBox = maxBox - minBox;
652
653        float minBand = minBox + 0.1f*(maxBox - minBox);
654        float maxBand = minBox + 0.9f*(maxBox - minBox);
655
656        float sum = rr*sizeBox;
657        float minSum = 1e20f;
658
659        Intersectable::NewMail();
660
661        // set all object as belonging to the fron pvs
662        for(RayInfoContainer::const_iterator ri = rays.begin(); ri != rays.end(); ++ ri)
663        {
664                if ((*ri).mRay->IsActive())
665                {
666                        Intersectable *object = (*ri).mRay->mTerminationObject;
667
668                        if (object)
669                        {
670                                if (!object->Mailed())
671                                {
672                                        object->Mail();
673                                        object->mCounter = 1;
674                                }
675                                else
676                                        ++ object->mCounter;
677                        }
678                }
679        }
680
681        Intersectable::NewMail();
682
683        for (vector<SortableEntry>::const_iterator ci = mSplitCandidates->begin();
684                ci < mSplitCandidates->end(); ++ ci)
685        {
686                VssRay *ray;
687
688                switch ((*ci).type)
689                {
690                        case SortableEntry::ERayMin:
691                                {
692                                        ++ rl;
693                                        ray = (VssRay *) (*ci).ray;
694
695                                        Intersectable *object = ray->mTerminationObject;
696
697                                        if (object && !object->Mailed())
698                                        {
699                                                object->Mail();
700                                                ++ pl;
701                                        }
702                                        break;
703                                }
704                        case SortableEntry::ERayMax:
705                                {
706                                        -- rr;
707                                        ray = (VssRay *) (*ci).ray;
708
709                                        Intersectable *object = ray->mTerminationObject;
710
711                                        if (object)
712                                        {
713                                                if (-- object->mCounter == 0)
714                                                        -- pr;
715                                        }
716
717                                        break;
718                                }
719                }
720
721                // Note: sufficient to compare size of bounding boxes of front and back side?
722                if ((*ci).value > minBand && (*ci).value < maxBand)
723                {
724                        sum = pl*((*ci).value - minBox) + pr*(maxBox - (*ci).value);
725
726                        //  cout<<"pos="<<(*ci).value<<"\t q=("<<ql<<","<<qr<<")\t r=("<<rl<<","<<rr<<")"<<endl;
727                        // cout<<"cost= "<<sum<<endl;
728
729                        if (sum < minSum)
730                        {
731                                minSum = sum;
732                                position = (*ci).value;
733
734                                raysBack = rl;
735                                raysFront = rr;
736
737                                pvsBack = pl;
738                                pvsFront = pr;
739
740                        }
741                }
742        }
743
744        float oldCost = (float)pvsSize;
745        float newCost = mCtDivCi + minSum / sizeBox;
746        float ratio = newCost / oldCost;
747
748        //Debug << "costRatio=" << ratio << " pos=" << position << " t=" << (position - minBox) / (maxBox - minBox)
749        //     <<"\t q=(" << queriesBack << "," << queriesFront << ")\t r=(" << raysBack << "," << raysFront << ")" << endl;
750
751        return ratio;
752}
753
754
755float VspBspTree::SelectAxisAlignedPlane(Plane3 &plane,
756                                                                                 const VspBspTraversalData &tData)
757{
758        AxisAlignedBox3 box;
759        box.Initialize();
760
761        // create bounding box of region
762        RayInfoContainer::const_iterator ri, ri_end = tData.mRays->end();
763
764        for(ri = tData.mRays->begin(); ri < ri_end; ++ ri)
765                box.Include((*ri).ExtrapTermination());
766
767        const bool useCostHeuristics = false;
768
769        //-- regular split
770        float nPosition[3];
771        float nCostRatio[3];
772        int bestAxis = -1;
773
774        const int sAxis = box.Size().DrivingAxis();
775
776        for (int axis = 0; axis < 3; ++ axis)
777        {
778                if (!mOnlyDrivingAxis || axis == sAxis)
779                {
780                        if (!useCostHeuristics)
781                        {
782                                nPosition[axis] = (box.Min()[axis] + box.Max()[axis]) * 0.5f;
783                                Vector3 normal(0,0,0); normal[axis] = 1;
784
785                                nCostRatio[axis] = SplitPlaneCost(Plane3(normal, nPosition[axis]), tData);
786                        }
787                        else
788                        {
789                                nCostRatio[axis] =
790                                        BestCostRatioHeuristics(*tData.mRays,
791                                                                                    box,
792                                                                                        tData.mPvs,
793                                                                                        axis,
794                                                                                        nPosition[axis]);
795                        }
796
797                        if (bestAxis == -1)
798                        {
799                                bestAxis = axis;
800                        }
801
802                        else if (nCostRatio[axis] < nCostRatio[bestAxis])
803                        {
804                                /*Debug << "pvs front " << nPvsBack[axis]
805                                          << " pvs back " << nPvsFront[axis]
806                                          << " overall pvs " << leaf->GetPvsSize() << endl;*/
807                                bestAxis = axis;
808                        }
809
810                }
811        }
812
813        //-- assign best axis
814        Vector3 normal(0,0,0); normal[bestAxis] = 1;
815        plane = Plane3(normal, nPosition[bestAxis]);
816
817        return nCostRatio[bestAxis];
818}
819
820
821bool VspBspTree::SelectPlane(Plane3 &plane,
822                                                         BspLeaf *leaf,
823                                                         VspBspTraversalData &data)
824{
825        // simplest strategy: just take next polygon
826        if (mSplitPlaneStrategy & RANDOM_POLYGON)
827        {
828        if (!data.mPolygons->empty())
829                {
830                        const int randIdx = (int)RandomValue(0, (Real)((int)data.mPolygons->size() - 1));
831                        Polygon3 *nextPoly = (*data.mPolygons)[randIdx];
832
833                        plane = nextPoly->GetSupportingPlane();
834                        return true;
835                }
836                else
837                {
838                        //-- choose plane on midpoint of a ray
839                        const int candidateIdx = (int)RandomValue(0, (Real)((int)data.mRays->size() - 1));
840
841                        const Vector3 minPt = (*data.mRays)[candidateIdx].ExtrapOrigin();
842                        const Vector3 maxPt = (*data.mRays)[candidateIdx].ExtrapTermination();
843
844                        const Vector3 pt = (maxPt + minPt) * 0.5;
845
846                        const Vector3 normal = (*data.mRays)[candidateIdx].mRay->GetDir();
847
848                        plane = Plane3(normal, pt);
849                        return true;
850                }
851
852                return false;
853        }
854
855        // use heuristics to find appropriate plane
856        return SelectPlaneHeuristics(plane, leaf, data);
857}
858
859
860Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane(const RayInfoContainer &rays) const
861{
862        const int candidateIdx = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
863
864        const Vector3 minPt = rays[candidateIdx].ExtrapOrigin();
865        const Vector3 maxPt = rays[candidateIdx].ExtrapTermination();
866
867        const Vector3 pt = (maxPt + minPt) * 0.5;
868        const Vector3 normal = Normalize(rays[candidateIdx].mRay->GetDir());
869
870        return Plane3(normal, pt);
871}
872
873
874Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane2(const RayInfoContainer &rays) const
875{
876        Vector3 pt[3];
877
878        int idx[3];
879        int cmaxT = 0;
880        int cminT = 0;
881        bool chooseMin = false;
882
883        for (int j = 0; j < 3; ++ j)
884        {
885                idx[j] = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() * 2 - 1));
886
887                if (idx[j] >= (int)rays.size())
888                {
889                        idx[j] -= (int)rays.size();
890
891                        chooseMin = (cminT < 2);
892                }
893                else
894                        chooseMin = (cmaxT < 2);
895
896                RayInfo rayInf = rays[idx[j]];
897                pt[j] = chooseMin ? rayInf.ExtrapOrigin() : rayInf.ExtrapTermination();
898        }
899
900        return Plane3(pt[0], pt[1], pt[2]);
901}
902
903Plane3 VspBspTree::ChooseCandidatePlane3(const RayInfoContainer &rays) const
904{
905        Vector3 pt[3];
906
907        int idx1 = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
908        int idx2 = (int)RandomValue(0, (Real)((int)rays.size() - 1));
909
910        // check if rays different
911        if (idx1 == idx2)
912                idx2 = (idx2 + 1) % (int)rays.size();
913
914        const RayInfo ray1 = rays[idx1];
915        const RayInfo ray2 = rays[idx2];
916
917        // normal vector of the plane parallel to both lines
918        const Vector3 norm = Normalize(CrossProd(ray1.mRay->GetDir(), ray2.mRay->GetDir()));
919
920        // vector from line 1 to line 2
921        const Vector3 vd = ray2.ExtrapOrigin() - ray1.ExtrapOrigin();
922
923        // project vector on normal to get distance
924        const float dist = DotProd(vd, norm);
925
926        // point on plane lies halfway between the two planes
927        const Vector3 planePt = ray1.ExtrapOrigin() + norm * dist * 0.5;
928
929        return Plane3(norm, planePt);
930}
931
932bool VspBspTree::SelectPlaneHeuristics(Plane3 &bestPlane,
933                                                                           BspLeaf *leaf,
934                                                                           VspBspTraversalData &data)
935{
936        float lowestCost = MAX_FLOAT;
937        // intermediate plane
938        Plane3 plane;
939
940        const int limit = Min((int)data.mPolygons->size(), mMaxPolyCandidates);
941        int maxIdx = (int)data.mPolygons->size();
942
943        float candidateCost;
944
945        for (int i = 0; i < limit; ++ i)
946        {
947                // assure that no index is taken twice
948                const int candidateIdx = (int)RandomValue(0, (Real)(-- maxIdx));
949                //Debug << "current Idx: " << maxIdx << " cand idx " << candidateIdx << endl;
950
951                Polygon3 *poly = (*data.mPolygons)[candidateIdx];
952
953                // swap candidate to the end to avoid testing same plane
954                std::swap((*data.mPolygons)[maxIdx], (*data.mPolygons)[candidateIdx]);
955
956                //Polygon3 *poly = (*data.mPolygons)[(int)RandomValue(0, (int)polys.size() - 1)];
957
958                // evaluate current candidate
959                candidateCost = SplitPlaneCost(poly->GetSupportingPlane(), data);
960
961                if (candidateCost < lowestCost)
962                {
963                        bestPlane = poly->GetSupportingPlane();
964                        lowestCost = candidateCost;
965                }
966        }
967
968#if 0
969        //-- choose candidate planes extracted from rays
970        //-- different methods are available
971        for (int i = 0; i < mMaxRayCandidates; ++ i)
972        {
973                plane = ChooseCandidatePlane3(*data.mRays);
974                candidateCost = SplitPlaneCost(plane, data);
975
976                if (candidateCost < lowestCost)
977                {
978                        bestPlane = plane;
979                        lowestCost = candidateCost;
980                }
981        }
982#endif
983
984        // axis aligned splits
985        candidateCost = SelectAxisAlignedPlane(plane, data);
986
987        if (candidateCost < lowestCost)
988        {
989                bestPlane = plane;
990                lowestCost = candidateCost;
991        }
992
993#ifdef _DEBUG
994        Debug << "plane lowest cost: " << lowestCost << endl;
995#endif
996
997        // cost ratio miss
998        if (lowestCost > mTermMaxCostRatio)
999                return false;
1000
1001        return true;
1002}
1003
1004
1005inline void VspBspTree::GenerateUniqueIdsForPvs()
1006{
1007        Intersectable::NewMail(); sBackId = ViewCell::sMailId;
1008        Intersectable::NewMail(); sFrontId = ViewCell::sMailId;
1009        Intersectable::NewMail(); sFrontAndBackId = ViewCell::sMailId;
1010}
1011
1012float VspBspTree::SplitPlaneCost(const Plane3 &candidatePlane,
1013                                                                 const VspBspTraversalData &data) const
1014{
1015        float cost = 0;
1016
1017        float sumBalancedRays = 0;
1018        float sumRaySplits = 0;
1019
1020        int frontPvs = 0;
1021        int backPvs = 0;
1022
1023        // probability that view point lies in child
1024        float pOverall = 0;
1025        float pFront = 0;
1026        float pBack = 0;
1027
1028        const bool pvsUseLen = false;
1029
1030        if (mSplitPlaneStrategy & PVS)
1031        {
1032                // create unique ids for pvs heuristics
1033                GenerateUniqueIdsForPvs();
1034
1035                if (mPvsUseArea) // use front and back cell areas to approximate volume
1036                {
1037                        // construct child geometry with regard to the candidate split plane
1038                        BspNodeGeometry frontCell;
1039                        BspNodeGeometry backCell;
1040
1041                        data.mGeometry->SplitGeometry(frontCell,
1042                                                                                  backCell,
1043                                                                                  candidatePlane,
1044                                                                                  mBox,
1045                                                                                  mEpsilon);
1046
1047                        pFront = frontCell.GetArea();
1048                        pBack = backCell.GetArea();
1049
1050                        pOverall = data.mArea;
1051                }
1052        }
1053
1054        int limit;
1055        bool useRand;
1056
1057        // choose test polyongs randomly if over threshold
1058        if ((int)data.mRays->size() > mMaxTests)
1059        {
1060                useRand = true;
1061                limit = mMaxTests;
1062        }
1063        else
1064        {
1065                useRand = false;
1066                limit = (int)data.mRays->size();
1067        }
1068
1069        for (int i = 0; i < limit; ++ i)
1070        {
1071                const int testIdx = useRand ? (int)RandomValue(0, (Real)(limit - 1)) : i;
1072                RayInfo rayInf = (*data.mRays)[testIdx];
1073
1074                VssRay *ray = rayInf.mRay;
1075                float t;
1076                const int cf = rayInf.ComputeRayIntersection(candidatePlane, t);
1077
1078                if (mSplitPlaneStrategy & LEAST_RAY_SPLITS)
1079                {
1080                        sumBalancedRays += cf;
1081                }
1082
1083                if (mSplitPlaneStrategy & BALANCED_RAYS)
1084                {
1085                        if (cf == 0)
1086                                ++ sumRaySplits;
1087                }
1088
1089                if (mSplitPlaneStrategy & PVS)
1090                {
1091                        // in case the ray intersects an object
1092                        // assure that we only count the object
1093                        // once for the front and once for the back side of the plane
1094
1095                        // add the termination object
1096                        AddObjToPvs(ray->mTerminationObject, cf, frontPvs, backPvs);
1097                        // add the source object
1098                        AddObjToPvs(ray->mOriginObject, cf, frontPvs, backPvs);
1099
1100                        // use number or length of rays to approximate volume
1101                        if (!mPvsUseArea)
1102                        {
1103                                float len = 1;
1104
1105                                if (pvsUseLen) // use length of rays
1106                                        len = rayInf.SqrSegmentLength();
1107
1108                                pOverall += len;
1109
1110                                if (cf == 1)
1111                                        pFront += len;
1112                                else if (cf == -1)
1113                                        pBack += len;
1114                                else if (cf == 0)
1115                                {
1116                                        // use length of rays to approximate volume
1117                                        if (pvsUseLen)
1118                                        {
1119                                                float newLen = len *
1120                                                        (rayInf.GetMaxT() - t) /
1121                                                        (rayInf.GetMaxT() - rayInf.GetMinT());
1122
1123                                                if (candidatePlane.Side(rayInf.ExtrapOrigin()) <= 0)
1124                                                {
1125                                                        pBack += newLen;
1126                                                        pFront += len - newLen;
1127                                                }
1128                                                else
1129                                                {
1130                                                        pFront += newLen;
1131                                                        pBack += len - newLen;
1132                                                }
1133                                        }
1134                                        else
1135                                        {
1136                                                ++ pFront;
1137                                                ++ pBack;
1138                                        }
1139                                }
1140                        }
1141                }
1142        }
1143
1144        const float raysSize = (float)data.mRays->size() + Limits::Small;
1145
1146        if (mSplitPlaneStrategy & LEAST_RAY_SPLITS)
1147                cost += mLeastRaySplitsFactor * sumRaySplits / raysSize;
1148
1149        if (mSplitPlaneStrategy & BALANCED_RAYS)
1150                cost += mBalancedRaysFactor * fabs(sumBalancedRays) /  raysSize;
1151
1152        // pvs criterium
1153        if (mSplitPlaneStrategy & PVS)
1154        {
1155                const float oldCost = pOverall * (float)data.mPvs + Limits::Small;
1156                cost += mPvsFactor * (frontPvs * pFront + backPvs * pBack) / oldCost;
1157
1158                //cost += mPvsFactor * 0.5 * (frontPvs * pFront + backPvs * pBack) / oldCost;
1159                //Debug << "new cost: " << cost << " over" << frontPvs * pFront + backPvs * pBack << " old cost " << oldCost << endl;
1160
1161                if (0) // give penalty to unbalanced split
1162                        if (((pFront * 0.2 + Limits::Small) > pBack) ||
1163                                (pFront < (pBack * 0.2 + Limits::Small)))
1164                                        cost += 0.5;
1165        }
1166
1167#ifdef _DEBUG
1168        Debug << "totalpvs: " << data.mPvs << " ptotal: " << pOverall
1169                  << " frontpvs: " << frontPvs << " pFront: " << pFront
1170                  << " backpvs: " << backPvs << " pBack: " << pBack << endl << endl;
1171#endif
1172
1173        // normalize cost by sum of linear factors
1174        return cost / (float)mCostNormalizer;
1175}
1176
1177void VspBspTree::AddObjToPvs(Intersectable *obj,
1178                                                         const int cf,
1179                                                         int &frontPvs,
1180                                                         int &backPvs) const
1181{
1182        if (!obj)
1183                return;
1184        // TODO: does this really belong to no pvs?
1185        //if (cf == Ray::COINCIDENT) return;
1186
1187        // object belongs to both PVS
1188        if (cf >= 0)
1189        {
1190                if ((obj->mMailbox != sFrontId) &&
1191                        (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
1192                {
1193                        ++ frontPvs;
1194
1195                        if (obj->mMailbox == sBackId)
1196                                obj->mMailbox = sFrontAndBackId;
1197                        else
1198                                obj->mMailbox = sFrontId;
1199                }
1200        }
1201
1202        if (cf <= 0)
1203        {
1204                if ((obj->mMailbox != sBackId) &&
1205                        (obj->mMailbox != sFrontAndBackId))
1206                {
1207                        ++ backPvs;
1208
1209                        if (obj->mMailbox == sFrontId)
1210                                obj->mMailbox = sFrontAndBackId;
1211                        else
1212                                obj->mMailbox = sBackId;
1213                }
1214        }
1215}
1216
1217void VspBspTree::CollectLeaves(vector<BspLeaf *> &leaves) const
1218{
1219        stack<BspNode *> nodeStack;
1220        nodeStack.push(mRoot);
1221
1222        while (!nodeStack.empty())
1223        {
1224                BspNode *node = nodeStack.top();
1225                nodeStack.pop();
1226               
1227                // this subtree is not valid view space
1228                if (!node->TreeValid())
1229                        continue;
1230
1231                if (node->IsLeaf())
1232                {
1233                        BspLeaf *leaf = (BspLeaf *)node;
1234                        leaves.push_back(leaf);
1235                }
1236                else
1237                {
1238                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
1239
1240                        nodeStack.push(interior->GetBack());
1241                        nodeStack.push(interior->GetFront());
1242                }
1243        }
1244}
1245
1246
1247AxisAlignedBox3 VspBspTree::GetBoundingBox() const
1248{
1249        return mBox;
1250}
1251
1252
1253BspNode *VspBspTree::GetRoot() const
1254{
1255        return mRoot;
1256}
1257
1258
1259BspViewCell *VspBspTree::GetOutOfBoundsCell() const
1260{
1261        return mOutOfBoundsCell;
1262}
1263
1264
1265void VspBspTree::EvaluateLeafStats(const VspBspTraversalData &data)
1266{
1267        // the node became a leaf -> evaluate stats for leafs
1268        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(data.mNode);
1269
1270        // store maximal and minimal depth
1271        if (data.mDepth > mStat.maxDepth)
1272                mStat.maxDepth = data.mDepth;
1273
1274        if (data.mPvs > mStat.maxPvs)
1275                mStat.maxPvs = data.mPvs;
1276        if (data.mDepth < mStat.minDepth)
1277                mStat.minDepth = data.mDepth;
1278        if (data.mDepth >= mTermMaxDepth)
1279                ++ mStat.maxDepthNodes;
1280
1281        if (data.mPvs < mTermMinPvs)
1282                ++ mStat.minPvsNodes;
1283
1284        if ((int)data.mRays->size() < mTermMinRays)
1285                ++ mStat.minRaysNodes;
1286
1287        if (data.GetAvgRayContribution() > mTermMaxRayContribution)
1288                ++ mStat.maxRayContribNodes;
1289
1290        if (data.mArea <= mTermMinArea)
1291        {
1292                //Debug << "area: " << data.mArea / mBox.SurfaceArea() << " min area: " << mTermMinArea / mBox.SurfaceArea() << endl;
1293                ++ mStat.minAreaNodes;
1294        }
1295        // accumulate depth to compute average depth
1296        mStat.accumDepth += data.mDepth;
1297
1298#ifdef _DEBUG
1299        Debug << "BSP stats: "
1300                  << "Depth: " << data.mDepth << " (max: " << mTermMaxDepth << "), "
1301                  << "PVS: " << data.mPvs << " (min: " << mTermMinPvs << "), "
1302                  << "Area: " << data.mArea << " (min: " << mTermMinArea << "), "
1303                  << "#rays: " << (int)data.mRays->size() << " (max: " << mTermMinRays << "), "
1304                  << "#pvs: " << leaf->GetViewCell()->GetPvs().GetSize() << "=, "
1305                  << "#avg ray contrib (pvs): " << (float)data.mPvs / (float)data.mRays->size() << endl;
1306#endif
1307}
1308
1309int VspBspTree::CastRay(Ray &ray)
1310{
1311        int hits = 0;
1312
1313        stack<BspRayTraversalData> tStack;
1314
1315        float maxt, mint;
1316
1317        if (!mBox.GetRaySegment(ray, mint, maxt))
1318                return 0;
1319
1320        Intersectable::NewMail();
1321
1322        Vector3 entp = ray.Extrap(mint);
1323        Vector3 extp = ray.Extrap(maxt);
1324
1325        BspNode *node = mRoot;
1326        BspNode *farChild = NULL;
1327
1328        while (1)
1329        {
1330                if (!node->IsLeaf())
1331                {
1332                        BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
1333
1334                        Plane3 splitPlane = in->GetPlane();
1335                        const int entSide = splitPlane.Side(entp);
1336                        const int extSide = splitPlane.Side(extp);
1337
1338                        if (entSide < 0)
1339                        {
1340                                node = in->GetBack();
1341
1342                                if(extSide <= 0) // plane does not split ray => no far child
1343                                        continue;
1344
1345                                farChild = in->GetFront(); // plane splits ray
1346
1347                        } else if (entSide > 0)
1348                        {
1349                                node = in->GetFront();
1350
1351                                if (extSide >= 0) // plane does not split ray => no far child
1352                                        continue;
1353
1354                                farChild = in->GetBack(); // plane splits ray
1355                        }
1356                        else // ray and plane are coincident
1357                        {
1358                                // WHAT TO DO IN THIS CASE ?
1359                                //break;
1360                                node = in->GetFront();
1361                                continue;
1362                        }
1363
1364                        // push data for far child
1365                        tStack.push(BspRayTraversalData(farChild, extp, maxt));
1366
1367                        // find intersection of ray segment with plane
1368                        float t;
1369                        extp = splitPlane.FindIntersection(ray.GetLoc(), extp, &t);
1370                        maxt *= t;
1371
1372                } else // reached leaf => intersection with view cell
1373                {
1374                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
1375
1376                        if (!leaf->GetViewCell()->Mailed())
1377                        {
1378                                //ray.bspIntersections.push_back(Ray::VspBspIntersection(maxt, leaf));
1379                                leaf->GetViewCell()->Mail();
1380                                ++ hits;
1381                        }
1382
1383                        //-- fetch the next far child from the stack
1384                        if (tStack.empty())
1385                                break;
1386
1387                        entp = extp;
1388                        mint = maxt; // NOTE: need this?
1389
1390                        if (ray.GetType() == Ray::LINE_SEGMENT && mint > 1.0f)
1391                                break;
1392
1393                        BspRayTraversalData &s = tStack.top();
1394
1395                        node = s.mNode;
1396                        extp = s.mExitPoint;
1397                        maxt = s.mMaxT;
1398
1399                        tStack.pop();
1400                }
1401        }
1402
1403        return hits;
1404}
1405
1406bool VspBspTree::Export(const string filename)
1407{
1408        Exporter *exporter = Exporter::GetExporter(filename);
1409
1410        if (exporter)
1411        {
1412                //exporter->ExportVspBspTree(*this);
1413                return true;
1414        }
1415
1416        return false;
1417}
1418
1419void VspBspTree::CollectViewCells(ViewCellContainer &viewCells) const
1420{
1421        stack<BspNode *> nodeStack;
1422        nodeStack.push(mRoot);
1423
1424        ViewCell::NewMail();
1425
1426        while (!nodeStack.empty())
1427        {
1428                BspNode *node = nodeStack.top();
1429                nodeStack.pop();
1430                // this subtree is not valid view space
1431                if (!node->TreeValid())
1432                        continue;
1433
1434                if (node->IsLeaf())
1435                {
1436                        ViewCell *viewCell = dynamic_cast<BspLeaf *>(node)->GetViewCell();
1437
1438                        if (!viewCell->Mailed())
1439                        {
1440                                viewCell->Mail();
1441                                viewCells.push_back(viewCell);
1442                        }
1443                }
1444                else
1445                {
1446                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
1447
1448                        nodeStack.push(interior->GetFront());
1449                        nodeStack.push(interior->GetBack());
1450                }
1451        }
1452}
1453
1454
1455float VspBspTree::AccumulatedRayLength(const RayInfoContainer &rays) const
1456{
1457        float len = 0;
1458
1459        RayInfoContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
1460
1461        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
1462                len += (*it).SegmentLength();
1463
1464        return len;
1465}
1466
1467
1468int VspBspTree::SplitRays(const Plane3 &plane,
1469                                                  RayInfoContainer &rays,
1470                                                  RayInfoContainer &frontRays,
1471                                                  RayInfoContainer &backRays)
1472{
1473        int splits = 0;
1474
1475        while (!rays.empty())
1476        {
1477                RayInfo bRay = rays.back();
1478                rays.pop_back();
1479
1480                VssRay *ray = bRay.mRay;
1481                float t;
1482
1483                // get classification and receive new t
1484                const int cf = bRay.ComputeRayIntersection(plane, t);
1485
1486                switch (cf)
1487                {
1488                case -1:
1489                        backRays.push_back(bRay);
1490                        break;
1491                case 1:
1492                        frontRays.push_back(bRay);
1493                        break;
1494                case 0:
1495                        {
1496                                //-- split ray
1497                                //-- test if start point behind or in front of plane
1498                                const int side = plane.Side(bRay.ExtrapOrigin());
1499
1500                                if (side <= 0)
1501                                {
1502                                        backRays.push_back(RayInfo(ray, bRay.GetMinT(), t));
1503                                        frontRays.push_back(RayInfo(ray, t, bRay.GetMaxT()));
1504                                }
1505                                else
1506                                {
1507                                        frontRays.push_back(RayInfo(ray, bRay.GetMinT(), t));
1508                                        backRays.push_back(RayInfo(ray, t, bRay.GetMaxT()));
1509                                }
1510                        }
1511                        break;
1512                default:
1513                        Debug << "Should not come here" << endl;
1514                        break;
1515                }
1516        }
1517
1518        return splits;
1519}
1520
1521
1522void VspBspTree::ExtractHalfSpaces(BspNode *n, vector<Plane3> &halfSpaces) const
1523{
1524        BspNode *lastNode;
1525
1526        do
1527        {
1528                lastNode = n;
1529
1530                // want to get planes defining geometry of this node => don't take
1531                // split plane of node itself
1532                n = n->GetParent();
1533
1534                if (n)
1535                {
1536                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(n);
1537                        Plane3 halfSpace = dynamic_cast<BspInterior *>(interior)->GetPlane();
1538
1539            if (interior->GetFront() != lastNode)
1540                                halfSpace.ReverseOrientation();
1541
1542                        halfSpaces.push_back(halfSpace);
1543                }
1544        }
1545        while (n);
1546}
1547
1548
1549void VspBspTree::ConstructGeometry(BspNode *n,
1550                                                                   BspNodeGeometry &cell) const
1551{
1552        ConstructGeometry(n, cell.mPolys);
1553}
1554
1555
1556void VspBspTree::ConstructGeometry(BspNode *n,
1557                                                                   PolygonContainer &cell) const
1558{
1559        vector<Plane3> halfSpaces;
1560        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
1561
1562        PolygonContainer candidatePolys;
1563
1564        // bounded planes are added to the polygons (reverse polygons
1565        // as they have to be outfacing
1566        for (int i = 0; i < (int)halfSpaces.size(); ++ i)
1567        {
1568                Polygon3 *p = GetBoundingBox().CrossSection(halfSpaces[i]);
1569
1570                if (p->Valid(mEpsilon))
1571                {
1572                        candidatePolys.push_back(p->CreateReversePolygon());
1573                        DEL_PTR(p);
1574                }
1575        }
1576
1577        // add faces of bounding box (also could be faces of the cell)
1578        for (int i = 0; i < 6; ++ i)
1579        {
1580                VertexContainer vertices;
1581
1582                for (int j = 0; j < 4; ++ j)
1583                        vertices.push_back(mBox.GetFace(i).mVertices[j]);
1584
1585                candidatePolys.push_back(new Polygon3(vertices));
1586        }
1587
1588        for (int i = 0; i < (int)candidatePolys.size(); ++ i)
1589        {
1590                // polygon is split by all other planes
1591                for (int j = 0; (j < (int)halfSpaces.size()) && candidatePolys[i]; ++ j)
1592                {
1593                        if (i == j) // polygon and plane are coincident
1594                                continue;
1595
1596                        VertexContainer splitPts;
1597                        Polygon3 *frontPoly, *backPoly;
1598
1599                        const int cf =
1600                                candidatePolys[i]->ClassifyPlane(halfSpaces[j],
1601                                                                                                 mEpsilon);
1602
1603                        switch (cf)
1604                        {
1605                                case Polygon3::SPLIT:
1606                                        frontPoly = new Polygon3();
1607                                        backPoly = new Polygon3();
1608
1609                                        candidatePolys[i]->Split(halfSpaces[j],
1610                                                                                         *frontPoly,
1611                                                                                         *backPoly,
1612                                                                                         mEpsilon);
1613
1614                                        DEL_PTR(candidatePolys[i]);
1615
1616                                        if (frontPoly->Valid(mEpsilon))
1617                                                candidatePolys[i] = frontPoly;
1618                                        else
1619                                                DEL_PTR(frontPoly);
1620
1621                                        DEL_PTR(backPoly);
1622                                        break;
1623                                case Polygon3::BACK_SIDE:
1624                                        DEL_PTR(candidatePolys[i]);
1625                                        break;
1626                                // just take polygon as it is
1627                                case Polygon3::FRONT_SIDE:
1628                                case Polygon3::COINCIDENT:
1629                                default:
1630                                        break;
1631                        }
1632                }
1633
1634                if (candidatePolys[i])
1635                        cell.push_back(candidatePolys[i]);
1636        }
1637}
1638
1639
1640void VspBspTree::ConstructGeometry(BspViewCell *vc,
1641                                                                   PolygonContainer &vcGeom) const
1642{
1643        vector<BspLeaf *> leaves = vc->mLeaves;
1644        vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = leaves.end();
1645
1646        for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
1647                ConstructGeometry(*it, vcGeom);
1648}
1649
1650
1651int VspBspTree::FindNeighbors(BspNode *n, vector<BspLeaf *> &neighbors,
1652                                                   const bool onlyUnmailed) const
1653{
1654        PolygonContainer cell;
1655        ConstructGeometry(n, cell);
1656
1657        stack<BspNode *> nodeStack;
1658        nodeStack.push(mRoot);
1659
1660        // planes needed to verify that we found neighbor leaf.
1661        vector<Plane3> halfSpaces;
1662        ExtractHalfSpaces(n, halfSpaces);
1663
1664        while (!nodeStack.empty())
1665        {
1666                BspNode *node = nodeStack.top();
1667                nodeStack.pop();
1668
1669                // view space not valid
1670                if (!node->TreeValid())
1671                        continue;
1672
1673                if (node->IsLeaf())
1674                {
1675            if (node != n && (!onlyUnmailed || !node->Mailed()))
1676                        {
1677                                // test all planes of current node if candidate really
1678                                // is neighbour
1679                                PolygonContainer neighborCandidate;
1680                                ConstructGeometry(node, neighborCandidate);
1681
1682                                bool isAdjacent = true;
1683                                for (int i = 0; (i < halfSpaces.size()) && isAdjacent; ++ i)
1684                                {
1685                                        const int cf =
1686                                                Polygon3::ClassifyPlane(neighborCandidate,
1687                                                                                                halfSpaces[i],
1688                                                                                                mEpsilon);
1689
1690                                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
1691                                                isAdjacent = false;
1692                                }
1693
1694                                if (isAdjacent)
1695                                        neighbors.push_back(dynamic_cast<BspLeaf *>(node));
1696
1697                                CLEAR_CONTAINER(neighborCandidate);
1698                        }
1699                }
1700                else
1701                {
1702                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
1703
1704                        const int cf = Polygon3::ClassifyPlane(cell,
1705                                                                                                   interior->GetPlane(),
1706                                                                                                   mEpsilon);
1707
1708                        if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
1709                                nodeStack.push(interior->GetFront());
1710                        else
1711                                if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
1712                                        nodeStack.push(interior->GetBack());
1713                                else
1714                                {
1715                                        // random decision
1716                                        nodeStack.push(interior->GetBack());
1717                                        nodeStack.push(interior->GetFront());
1718                                }
1719                }
1720        }
1721
1722        CLEAR_CONTAINER(cell);
1723        return (int)neighbors.size();
1724}
1725
1726
1727BspLeaf *VspBspTree::GetRandomLeaf(const Plane3 &halfspace)
1728{
1729    stack<BspNode *> nodeStack;
1730        nodeStack.push(mRoot);
1731
1732        int mask = rand();
1733
1734        while (!nodeStack.empty())
1735        {
1736                BspNode *node = nodeStack.top();
1737                nodeStack.pop();
1738
1739                if (node->IsLeaf())
1740                {
1741                        return dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
1742                }
1743                else
1744                {
1745                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
1746
1747                        BspNode *next;
1748
1749                        PolygonContainer cell;
1750
1751                        // todo: not very efficient: constructs full cell everytime
1752                        ConstructGeometry(interior, cell);
1753
1754                        const int cf = Polygon3::ClassifyPlane(cell, halfspace, mEpsilon);
1755
1756                        if (cf == Polygon3::BACK_SIDE)
1757                                next = interior->GetFront();
1758                        else
1759                                if (cf == Polygon3::FRONT_SIDE)
1760                                        next = interior->GetFront();
1761                        else
1762                        {
1763                                // random decision
1764                                if (mask & 1)
1765                                        next = interior->GetBack();
1766                                else
1767                                        next = interior->GetFront();
1768                                mask = mask >> 1;
1769                        }
1770
1771                        nodeStack.push(next);
1772                }
1773        }
1774
1775        return NULL;
1776}
1777
1778BspLeaf *VspBspTree::GetRandomLeaf(const bool onlyUnmailed)
1779{
1780        stack<BspNode *> nodeStack;
1781
1782        nodeStack.push(mRoot);
1783
1784        int mask = rand();
1785
1786        while (!nodeStack.empty())
1787        {
1788                BspNode *node = nodeStack.top();
1789                nodeStack.pop();
1790
1791                if (node->IsLeaf())
1792                {
1793                        if ( (!onlyUnmailed || !node->Mailed()) )
1794                                return dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
1795                }
1796                else
1797                {
1798                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
1799
1800                        // random decision
1801                        if (mask & 1)
1802                                nodeStack.push(interior->GetBack());
1803                        else
1804                                nodeStack.push(interior->GetFront());
1805
1806                        mask = mask >> 1;
1807                }
1808        }
1809
1810        return NULL;
1811}
1812
1813int VspBspTree::ComputePvsSize(const RayInfoContainer &rays) const
1814{
1815        int pvsSize = 0;
1816
1817        RayInfoContainer::const_iterator rit, rit_end = rays.end();
1818
1819        Intersectable::NewMail();
1820
1821        for (rit = rays.begin(); rit != rays.end(); ++ rit)
1822        {
1823                VssRay *ray = (*rit).mRay;
1824
1825                if (ray->mOriginObject)
1826                {
1827                        if (!ray->mOriginObject->Mailed())
1828                        {
1829                                ray->mOriginObject->Mail();
1830                                ++ pvsSize;
1831                        }
1832                }
1833                if (ray->mTerminationObject)
1834                {
1835                        if (!ray->mTerminationObject->Mailed())
1836                        {
1837                                ray->mTerminationObject->Mail();
1838                                ++ pvsSize;
1839                        }
1840                }
1841        }
1842
1843        return pvsSize;
1844}
1845
1846float VspBspTree::GetEpsilon() const
1847{
1848        return mEpsilon;
1849}
1850
1851
1852int VspBspTree::SplitPolygons(const Plane3 &plane,
1853                                                          PolygonContainer &polys,
1854                                                          PolygonContainer &frontPolys,
1855                                                          PolygonContainer &backPolys,
1856                                                          PolygonContainer &coincident) const
1857{
1858        int splits = 0;
1859
1860        while (!polys.empty())
1861        {
1862                Polygon3 *poly = polys.back();
1863                polys.pop_back();
1864
1865                // classify polygon
1866                const int cf = poly->ClassifyPlane(plane, mEpsilon);
1867
1868                switch (cf)
1869                {
1870                        case Polygon3::COINCIDENT:
1871                                coincident.push_back(poly);
1872                                break;
1873                        case Polygon3::FRONT_SIDE:
1874                                frontPolys.push_back(poly);
1875                                break;
1876                        case Polygon3::BACK_SIDE:
1877                                backPolys.push_back(poly);
1878                                break;
1879                        case Polygon3::SPLIT:
1880                                backPolys.push_back(poly);
1881                                frontPolys.push_back(poly);
1882                                ++ splits;
1883                                break;
1884                        default:
1885                Debug << "SHOULD NEVER COME HERE\n";
1886                                break;
1887                }
1888        }
1889
1890        return splits;
1891}
1892
1893
1894int VspBspTree::CastLineSegment(const Vector3 &origin,
1895                                                                const Vector3 &termination,
1896                                                                vector<ViewCell *> &viewcells)
1897{
1898        int hits = 0;
1899        stack<BspRayTraversalData> tStack;
1900
1901        float mint = 0.0f, maxt = 1.0f;
1902
1903        Intersectable::NewMail();
1904
1905        Vector3 entp = origin;
1906        Vector3 extp = termination;
1907
1908        BspNode *node = mRoot;
1909        BspNode *farChild = NULL;
1910
1911        float t;
1912        while (1)
1913        {
1914                if (!node->IsLeaf())
1915                {
1916                        BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
1917
1918                        Plane3 splitPlane = in->GetPlane();
1919                       
1920                        const int entSide = splitPlane.Side(entp);
1921                        const int extSide = splitPlane.Side(extp);
1922
1923                        if (entSide < 0)
1924                        {
1925                                node = in->GetBack();
1926                                // plane does not split ray => no far child
1927                                if (extSide <= 0)
1928                                        continue;
1929
1930                                farChild = in->GetFront(); // plane splits ray
1931                        }
1932                        else if (entSide > 0)
1933                        {
1934                                node = in->GetFront();
1935
1936                                if (extSide >= 0) // plane does not split ray => no far child
1937                                        continue;
1938
1939                                farChild = in->GetBack(); // plane splits ray
1940                        }
1941                        else // ray end point on plane
1942                        {       // NOTE: what to do if ray is coincident with plane?
1943                                if (extSide < 0)
1944                                        node = in->GetBack();
1945                                else
1946                                        node = in->GetFront();
1947                                                               
1948                                continue; // no far child
1949                        }
1950
1951                        // push data for far child
1952                        tStack.push(BspRayTraversalData(farChild, extp));
1953
1954                        // find intersection of ray segment with plane
1955                        extp = splitPlane.FindIntersection(origin, extp, &t);
1956                }
1957                else
1958                {
1959                        // reached leaf => intersection with view cell
1960                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
1961
1962                        if (!leaf->GetViewCell()->Mailed())
1963                        {
1964                                viewcells.push_back(leaf->GetViewCell());
1965                                leaf->GetViewCell()->Mail();
1966                                ++ hits;
1967                        }
1968
1969                        //-- fetch the next far child from the stack
1970                        if (tStack.empty())
1971                                break;
1972
1973                        entp = extp;
1974                       
1975                        BspRayTraversalData &s = tStack.top();
1976
1977                        node = s.mNode;
1978                        extp = s.mExitPoint;
1979
1980                        tStack.pop();
1981                }
1982        }
1983
1984        return hits;
1985}
1986
1987int VspBspTree::TreeDistance(BspNode *n1, BspNode *n2) const
1988{
1989        std::deque<BspNode *> path1;
1990        BspNode *p1 = n1;
1991
1992        // create path from node 1 to root
1993        while (p1)
1994        {
1995                if (p1 == n2) // second node on path
1996                        return (int)path1.size();
1997
1998                path1.push_front(p1);
1999                p1 = p1->GetParent();
2000        }
2001
2002        int depth = n2->GetDepth();
2003        int d = depth;
2004
2005        BspNode *p2 = n2;
2006
2007        // compare with same depth
2008        while (1)
2009        {
2010                if ((d < (int)path1.size()) && (p2 == path1[d]))
2011                        return (depth - d) + ((int)path1.size() - 1 - d);
2012
2013                -- d;
2014                p2 = p2->GetParent();
2015        }
2016
2017        return 0; // never come here
2018}
2019
2020BspNode *VspBspTree::CollapseTree(BspNode *node)
2021{
2022    if (node->IsLeaf())
2023                return node;
2024
2025        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2026
2027        BspNode *front = CollapseTree(interior->GetFront());
2028        BspNode *back = CollapseTree(interior->GetBack());
2029
2030        if (front->IsLeaf() && back->IsLeaf())
2031        {
2032                BspLeaf *frontLeaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(front);
2033                BspLeaf *backLeaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(back);
2034
2035                //-- collapse tree
2036                if (frontLeaf->GetViewCell() == backLeaf->GetViewCell())
2037                {
2038                        BspViewCell *vc = frontLeaf->GetViewCell();
2039
2040                        BspLeaf *leaf = new BspLeaf(interior->GetParent(), vc);
2041                        leaf->SetTreeValid(frontLeaf->TreeValid());
2042
2043                        // replace a link from node's parent
2044                        if (leaf->GetParent())
2045                                leaf->GetParent()->ReplaceChildLink(node, leaf);
2046
2047                        delete interior;
2048
2049                        return leaf;
2050                }
2051        }
2052
2053        // revalidate leaves
2054        RepairVcLeafLists();
2055
2056        return node;
2057}
2058
2059
2060void VspBspTree::RepairVcLeafLists()
2061{
2062        // list not valid anymore => clear
2063        stack<BspNode *> nodeStack;
2064        nodeStack.push(mRoot);
2065
2066        ViewCell::NewMail();
2067
2068        while (!nodeStack.empty())
2069        {
2070                BspNode *node = nodeStack.top();
2071                nodeStack.pop();
2072
2073                if (node->IsLeaf())
2074                {
2075                        BspLeaf *leaf = dynamic_cast<BspLeaf *>(node);
2076
2077                        BspViewCell *viewCell = leaf->GetViewCell();
2078
2079                        if (!viewCell->Mailed())
2080                        {
2081                                viewCell->mLeaves.clear();
2082                                viewCell->Mail();
2083                        }
2084
2085                        viewCell->mLeaves.push_back(leaf);
2086                }
2087                else
2088                {
2089                        BspInterior *interior = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2090
2091                        nodeStack.push(interior->GetFront());
2092                        nodeStack.push(interior->GetBack());
2093                }
2094        }
2095}
2096
2097
2098bool VspBspTree::MergeViewCells(BspLeaf *l1, BspLeaf *l2) const
2099{
2100        //-- change pointer to view cells of all leaves associated
2101        //-- with the previous view cells
2102        BspViewCell *fVc = l1->GetViewCell();
2103        BspViewCell *bVc = l2->GetViewCell();
2104
2105        BspViewCell *vc = dynamic_cast<BspViewCell *>(
2106                mViewCellsManager->MergeViewCells(*fVc, *bVc));
2107
2108        // if merge was unsuccessful
2109        if (!vc) return false;
2110
2111        // set new size of view cell
2112        vc->SetArea(fVc->GetArea() + bVc->GetArea());
2113
2114        vector<BspLeaf *> fLeaves = fVc->mLeaves;
2115        vector<BspLeaf *> bLeaves = bVc->mLeaves;
2116
2117        vector<BspLeaf *>::const_iterator it;
2118
2119        //-- change view cells of all the other leaves the view cell belongs to
2120        for (it = fLeaves.begin(); it != fLeaves.end(); ++ it)
2121        {
2122                (*it)->SetViewCell(vc);
2123                vc->mLeaves.push_back(*it);
2124        }
2125
2126        for (it = bLeaves.begin(); it != bLeaves.end(); ++ it)
2127        {
2128                (*it)->SetViewCell(vc);
2129                vc->mLeaves.push_back(*it);
2130        }
2131
2132        vc->Mail();
2133
2134        // clean up old view cells
2135        DEL_PTR(fVc);
2136        DEL_PTR(bVc);
2137
2138        return true;
2139}
2140
2141
2142void VspBspTree::SetViewCellsManager(ViewCellsManager *vcm)
2143{
2144        mViewCellsManager = vcm;
2145}
2146
2147
2148int VspBspTree::CollectMergeCandidates()
2149{
2150        vector<BspLeaf *> leaves;
2151
2152        // collect the leaves, e.g., the "voxels" that will build the view cells
2153        CollectLeaves(leaves);
2154        BspLeaf::NewMail();
2155
2156        vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = leaves.end();
2157
2158        // find merge candidates and push them into queue
2159        for (it = leaves.begin(); it != it_end; ++ it)
2160        {
2161                BspLeaf *leaf = *it;
2162               
2163                /// create leaf pvs (needed for post processing
2164                leaf->mPvs = new ObjectPvs(leaf->GetViewCell()->GetPvs());
2165
2166                BspMergeCandidate::sOverallCost +=
2167                        leaf->mArea * leaf->mPvs->GetSize();
2168
2169                // the same leaves must not be part of two merge candidates
2170                leaf->Mail();
2171                vector<BspLeaf *> neighbors;
2172                FindNeighbors(leaf, neighbors, true);
2173
2174                vector<BspLeaf *>::const_iterator nit, nit_end = neighbors.end();
2175
2176                // TODO: test if at least one ray goes from one leaf to the other
2177                for (nit = neighbors.begin(); nit != nit_end; ++ nit)
2178                {                       
2179                        mMergeQueue.push(BspMergeCandidate(leaf, *nit));
2180                }
2181        }
2182
2183        return (int)leaves.size();
2184}
2185
2186
2187int VspBspTree::CollectMergeCandidates(const VssRayContainer &rays)
2188{
2189        vector<BspRay *> bspRays;
2190
2191        ConstructBspRays(bspRays, rays);
2192        map<BspLeaf *, vector<BspLeaf*> > neighborMap;
2193
2194        vector<BspIntersection>::const_iterator iit;
2195
2196        int leaves = 0;
2197       
2198        BspLeaf::NewMail();
2199
2200        for (int i = 0; i < (int)bspRays.size(); ++ i)
2201        { 
2202                BspRay *ray = bspRays[i];
2203         
2204                // traverse leaves stored in the rays and compare and
2205                // merge consecutive leaves (i.e., the neighbors in the tree)
2206                if (ray->intersections.size() < 2)
2207                        continue;
2208         
2209                iit = ray->intersections.begin();
2210                BspLeaf *leaf = (*(iit ++)).mLeaf;
2211               
2212                // create leaf pvs (needed for post processing)
2213                if (!leaf->mPvs)
2214                {
2215                        leaf->mPvs =
2216                                new ObjectPvs(leaf->GetViewCell()->GetPvs());
2217
2218                        BspMergeCandidate::sOverallCost +=
2219                                leaf->mArea * leaf->mPvs->GetSize();
2220                       
2221                        ++ leaves;
2222                }
2223               
2224                // traverse intersections
2225                // consecutive leaves are neighbors => add them to queue
2226                for (; iit != ray->intersections.end(); ++ iit)
2227                {
2228                        // next pair
2229                        BspLeaf *prevLeaf = leaf;
2230            leaf = (*iit).mLeaf;
2231
2232                        // view space does not correspond to valid space
2233                        if (!leaf->TreeValid() || !prevLeaf->TreeValid())
2234                                continue;
2235
2236            // create leaf pvs (needed for post processing)
2237                        if (!leaf->mPvs)
2238                        {
2239                                leaf->mPvs =
2240                                        new ObjectPvs(leaf->GetViewCell()->GetPvs());
2241                               
2242                                BspMergeCandidate::sOverallCost +=
2243                                        leaf->mArea * leaf->mPvs->GetSize();
2244
2245                                ++ leaves;
2246                        }
2247               
2248                        vector<BspLeaf *> &neighbors = neighborMap[leaf];
2249                       
2250                        bool found = false;
2251
2252                        // both leaves inserted in queue already =>
2253                        // look if double pair already exists
2254                        if (leaf->Mailed() && prevLeaf->Mailed())
2255                        {
2256                                vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = neighbors.end();
2257                               
2258                for (it = neighbors.begin(); !found && (it != it_end); ++ it)
2259                                        if (*it == prevLeaf)
2260                                                found = true; // already in queue
2261                        }
2262                       
2263                        if (!found)
2264                        {
2265                                // this pair is not in map already
2266                                // => insert into the neighbor map and the queue
2267                                neighbors.push_back(prevLeaf);
2268                                neighborMap[prevLeaf].push_back(leaf);
2269
2270                                leaf->Mail();
2271                                prevLeaf->Mail();
2272
2273                                mMergeQueue.push(BspMergeCandidate(leaf, prevLeaf));
2274                        }
2275        }
2276        }
2277        Debug << "neighbormap size: " << (int)neighborMap.size() << endl;
2278        Debug << "mergequeue: " << (int)mMergeQueue.size() << endl;
2279        Debug << "leaves in queue: " << leaves << endl;
2280        Debug << "overall cost: " << BspMergeCandidate::sOverallCost << endl;
2281
2282        CLEAR_CONTAINER(bspRays);
2283
2284        return leaves;
2285}
2286
2287
2288void VspBspTree::ConstructBspRays(vector<BspRay *> &bspRays,
2289                                                                  const VssRayContainer &rays)
2290{
2291        VssRayContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
2292
2293        for (it = rays.begin(); it != rays.end(); ++ it)
2294        {
2295                VssRay *vssRay = *it;
2296                BspRay *ray = new BspRay(vssRay);
2297
2298                ViewCellContainer viewCells;
2299
2300                Ray hray(*vssRay);
2301                float tmin = 0, tmax = 1.0;
2302                // matt TODO: remove this!!
2303                //hray.Init(ray.GetOrigin(), ray.GetDir(), Ray::LINE_SEGMENT);
2304                if (!mBox.GetRaySegment(hray, tmin, tmax) || (tmin > tmax))
2305                        continue;
2306
2307                Vector3 origin = hray.Extrap(tmin);
2308                Vector3 termination = hray.Extrap(tmax);
2309       
2310                // cast line segment to get intersections with bsp leaves
2311                CastLineSegment(origin, termination, viewCells);
2312
2313                ViewCellContainer::const_iterator vit, vit_end = viewCells.end();
2314                for (vit = viewCells.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
2315                {
2316                        BspViewCell *vc = dynamic_cast<BspViewCell *>(*vit);
2317                        vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = vc->mLeaves.end();
2318                        //NOTE: not sorted!
2319                        for (it = vc->mLeaves.begin(); it != it_end; ++ it)
2320                                ray->intersections.push_back(BspIntersection(0, *it));
2321                }
2322
2323                bspRays.push_back(ray);
2324        }
2325}
2326
2327
2328int VspBspTree::MergeViewCells(const VssRayContainer &rays)
2329{
2330        MergeStatistics mergeStats;
2331        mergeStats.Start();
2332        // TODO: REMOVE LATER for performance!
2333        const bool showMergeStats = true;
2334        //BspMergeCandidate::sOverallCost = mBox.SurfaceArea() * mStat.maxPvs;
2335        long startTime = GetTime();
2336
2337        if (mUseRaysForMerge)
2338                mergeStats.nodes = CollectMergeCandidates(rays);
2339        else
2340                mergeStats.nodes = CollectMergeCandidates();
2341
2342        mergeStats.collectTime = TimeDiff(startTime, GetTime());
2343        mergeStats.candidates = (int)mMergeQueue.size();
2344        startTime = GetTime();
2345
2346        int nViewCells = /*mergeStats.nodes*/ mStat.Leaves();
2347
2348       
2349        //-- use priority queue to merge leaf pairs
2350        while (!mMergeQueue.empty() && (nViewCells > mMergeMinViewCells) &&
2351                   (mMergeQueue.top().GetMergeCost() <
2352                    mMergeMaxCostRatio * BspMergeCandidate::sOverallCost))
2353        {
2354                //Debug << "abs mergecost: " << mMergeQueue.top().GetMergeCost() << " rel mergecost: "
2355                //        << mMergeQueue.top().GetMergeCost() / BspMergeCandidate::sOverallCost
2356                //        << " max ratio: " << mMergeMaxCostRatio << endl;
2357                BspMergeCandidate mc = mMergeQueue.top();
2358                mMergeQueue.pop();
2359
2360                // both view cells equal!
2361                if (mc.GetLeaf1()->GetViewCell() == mc.GetLeaf2()->GetViewCell())
2362                        continue;
2363
2364                if (mc.Valid())
2365                {
2366                        ViewCell::NewMail();
2367                        MergeViewCells(mc.GetLeaf1(), mc.GetLeaf2());
2368                        -- nViewCells;
2369                       
2370                        ++ mergeStats.merged;
2371                       
2372                        // increase absolute merge cost
2373                        BspMergeCandidate::sOverallCost += mc.GetMergeCost();
2374
2375                        if (showMergeStats)
2376                        {
2377                                if (mc.GetLeaf1()->IsSibling(mc.GetLeaf2()))
2378                                        ++ mergeStats.siblings;
2379
2380                                const int dist =
2381                                        TreeDistance(mc.GetLeaf1(), mc.GetLeaf2());
2382                                if (dist > mergeStats.maxTreeDist)
2383                                        mergeStats.maxTreeDist = dist;
2384                                mergeStats.accTreeDist += dist;
2385                        }
2386                }
2387                // merge candidate not valid, because one of the leaves was already
2388                // merged with another one => validate and reinsert into queue
2389                else
2390                {
2391                        mc.SetValid();
2392                        mMergeQueue.push(mc);
2393                }
2394        }
2395
2396        mergeStats.mergeTime = TimeDiff(startTime, GetTime());
2397        mergeStats.Stop();
2398
2399        if (showMergeStats)
2400                Debug << mergeStats << endl << endl;
2401       
2402        //TODO: should return sample contributions?
2403        return mergeStats.merged;
2404}
2405
2406
2407int VspBspTree::RefineViewCells(const VssRayContainer &rays)
2408{
2409        int shuffled = 0;
2410
2411        Debug << "refining " << (int)mMergeQueue.size() << " candidates " << endl;
2412        BspLeaf::NewMail();
2413
2414        // Use priority queue of remaining leaf pairs
2415        // These candidates either share the same view cells or
2416        // are border leaves which share a boundary.
2417        // We test if they can be shuffled, i.e.,
2418        // either one leaf is made part of one view cell or the other
2419        // leaf is made part of the other view cell. It is tested if the
2420        // remaining view cells are "better" than the old ones.
2421        while (!mMergeQueue.empty())
2422        {
2423                BspMergeCandidate mc = mMergeQueue.top();
2424                mMergeQueue.pop();
2425
2426                // both view cells equal or already shuffled
2427                if ((mc.GetLeaf1()->GetViewCell() == mc.GetLeaf2()->GetViewCell()) ||
2428                        (mc.GetLeaf1()->Mailed()) || (mc.GetLeaf2()->Mailed()))
2429                        continue;
2430               
2431                // candidate for shuffling
2432                const bool wasShuffled =
2433                        ShuffleLeaves(mc.GetLeaf1(), mc.GetLeaf2());
2434               
2435                //-- stats
2436                if (wasShuffled)
2437                        ++ shuffled;
2438        }
2439
2440        return shuffled;
2441}
2442
2443
2444inline int AddedPvsSize(ObjectPvs pvs1, const ObjectPvs &pvs2)
2445{
2446        return pvs1.AddPvs(pvs2);
2447}
2448
2449/*inline int SubtractedPvsSize(BspViewCell *vc, BspLeaf *l, const ObjectPvs &pvs2)
2450{
2451        ObjectPvs pvs;
2452        vector<BspLeaf *>::const_iterator it, it_end = vc->mLeaves.end();
2453        for (it = vc->mLeaves.begin(); it != vc->mLeaves.end(); ++ it)
2454                if (*it != l)
2455                        pvs.AddPvs(*(*it)->mPvs);
2456        return pvs.GetSize();
2457}*/
2458
2459inline int SubtractedPvsSize(ObjectPvs pvs1, const ObjectPvs &pvs2)
2460{
2461        return pvs1.SubtractPvs(pvs2);
2462}
2463
2464
2465float GetShuffledVcCost(BspLeaf *leaf, BspViewCell *vc1, BspViewCell *vc2)
2466{
2467        //const int pvs1 = SubtractedPvsSize(vc1, leaf, *leaf->mPvs);
2468        const int pvs1 = SubtractedPvsSize(vc1->GetPvs(), *leaf->mPvs);
2469        const int pvs2 = AddedPvsSize(vc2->GetPvs(), *leaf->mPvs);
2470
2471        const float area1 = vc1->GetArea() - leaf->mArea;
2472        const float area2 = vc2->GetArea() + leaf->mArea;
2473
2474        const float cost1 = pvs1 * area1;
2475        const float cost2 = pvs2 * area2;
2476
2477        return cost1 + cost2;
2478}
2479
2480
2481void VspBspTree::ShuffleLeaf(BspLeaf *leaf,
2482                                                         BspViewCell *vc1,
2483                                                         BspViewCell *vc2) const
2484{
2485        // compute new pvs and area
2486        vc1->GetPvs().SubtractPvs(*leaf->mPvs);
2487        vc2->GetPvs().AddPvs(*leaf->mPvs);
2488       
2489        vc1->SetArea(vc1->GetArea() - leaf->mArea);
2490        vc2->SetArea(vc2->GetArea() + leaf->mArea);
2491
2492        /// add to second view cell
2493        vc2->mLeaves.push_back(leaf);
2494
2495        // erase leaf from old view cell
2496        vector<BspLeaf *>::iterator it = vc1->mLeaves.begin();
2497
2498        for (; *it != leaf; ++ it);
2499        vc1->mLeaves.erase(it);
2500
2501        /*vc1->GetPvs().mEntries.clear();
2502        for (; it != vc1->mLeaves.end(); ++ it)
2503        {
2504                if (*it == leaf)
2505                        vc1->mLeaves.erase(it);
2506                else
2507                        vc1->GetPvs().AddPvs(*(*it)->mPvs);
2508        }*/
2509
2510        leaf->SetViewCell(vc2); // finally change view cell
2511       
2512        //Debug << "new pvs: " << vc1->GetPvs().GetSize() + vc2->GetPvs().GetSize()
2513        //        << " (" << vc1->GetPvs().GetSize() << ", " << vc2->GetPvs().GetSize() << ")" << endl;
2514
2515}
2516
2517
2518bool VspBspTree::ShuffleLeaves(BspLeaf *leaf1, BspLeaf *leaf2) const
2519{
2520        BspViewCell *vc1 = leaf1->GetViewCell();
2521        BspViewCell *vc2 = leaf2->GetViewCell();
2522
2523        const float cost1 = vc1->GetPvs().GetSize() * vc1->GetArea();
2524        const float cost2 = vc2->GetPvs().GetSize() * vc2->GetArea();
2525
2526        const float oldCost = cost1 + cost2;
2527       
2528        float shuffledCost1 = Limits::Infinity;
2529        float shuffledCost2 = Limits::Infinity;
2530
2531        // the view cell should not be empty after the shuffle
2532        if (vc1->mLeaves.size() > 1)
2533                shuffledCost1 = GetShuffledVcCost(leaf1, vc1, vc2);
2534        if (vc2->mLeaves.size() > 1)
2535                shuffledCost2 = GetShuffledVcCost(leaf2, vc2, vc1);
2536
2537        // shuffling unsuccessful
2538        if ((oldCost <= shuffledCost1) && (oldCost <= shuffledCost2))
2539                return false;
2540       
2541        if (shuffledCost1 < shuffledCost2)
2542        {
2543                //Debug << "old cost: " << oldCost << ", new cost: " << shuffledCost1 << endl;
2544                ShuffleLeaf(leaf1, vc1, vc2);
2545                leaf1->Mail();
2546        }
2547        else
2548        {
2549                //Debug << "old cost: " << oldCost << ", new cost: " << shuffledCost2 << endl;
2550                ShuffleLeaf(leaf2, vc2, vc1);
2551                leaf2->Mail();
2552        }
2553
2554        return true;
2555}
2556
2557bool VspBspTree::ViewPointValid(const Vector3 &viewPoint) const
2558{
2559        BspNode *node = mRoot;
2560
2561        while (1)
2562        {
2563                // early exit
2564                if (node->TreeValid())
2565                        return true;
2566
2567                if (node->IsLeaf())
2568                        return false;
2569                       
2570                BspInterior *in = dynamic_cast<BspInterior *>(node);
2571                Plane3 splitPlane = in->GetPlane();
2572                       
2573                if (splitPlane.Side(viewPoint) <= 0)
2574                {
2575                        node = in->GetBack();
2576                }
2577                else
2578                {
2579                        node = in->GetFront();
2580                }
2581        }
2582
2583        // should never come here
2584        return false;
2585}
2586
2587
2588bool VspBspTree::CheckValid(const VspBspTraversalData &data) const
2589{
2590        return data.mPvs <= mMaxPvs;
2591}
2592
2593
2594void VspBspTree::PropagateUpValidity(BspNode *node)
2595{
2596        while (!node->IsRoot() && node->TreeValid())
2597        {
2598                node = node->GetParent();
2599                node->SetTreeValid(false);
2600        }
2601}
2602
2603
2604/************************************************************************/
2605/*                BspMergeCandidate implementation                      */
2606/************************************************************************/
2607
2608
2609BspMergeCandidate::BspMergeCandidate(BspLeaf *l1, BspLeaf *l2):
2610mMergeCost(0),
2611mLeaf1(l1),
2612mLeaf2(l2),
2613mLeaf1Id(l1->GetViewCell()->mMailbox),
2614mLeaf2Id(l2->GetViewCell()->mMailbox)
2615{
2616        EvalMergeCost();
2617}
2618
2619float BspMergeCandidate::GetCost(ViewCell *vc) const
2620{
2621        return vc->GetPvs().GetSize() * vc->GetArea();
2622}
2623
2624float BspMergeCandidate::GetLeaf1Cost() const
2625{
2626        BspViewCell *vc = mLeaf1->GetViewCell();
2627        return GetCost(vc);
2628}
2629
2630float BspMergeCandidate::GetLeaf2Cost() const
2631{
2632        BspViewCell *vc = mLeaf2->GetViewCell();
2633        return GetCost(vc);
2634}
2635
2636void BspMergeCandidate::EvalMergeCost()
2637{
2638        //-- compute pvs difference
2639        BspViewCell *vc1 = mLeaf1->GetViewCell();
2640        BspViewCell *vc2 = mLeaf2->GetViewCell();
2641
2642        const int diff1 = vc1->GetPvs().Diff(vc2->GetPvs());
2643        const int newPvs = diff1 + vc1->GetPvs().GetSize();
2644
2645        //-- compute ratio of old cost
2646        //-- (added size of left and right view cell times pvs size)
2647        //-- to new rendering cost (size of merged view cell times pvs size)
2648        const float oldCost = GetLeaf1Cost() + GetLeaf2Cost();
2649
2650        const float newCost =
2651                (float)newPvs * (vc1->GetArea() + vc2->GetArea());
2652
2653        mMergeCost = newCost - oldCost;
2654//      if (vcPvs > sMaxPvsSize) // strong penalty if pvs size too large
2655//              mMergeCost += 1.0;
2656}
2657
2658void BspMergeCandidate::SetLeaf1(BspLeaf *l)
2659{
2660        mLeaf1 = l;
2661}
2662
2663void BspMergeCandidate::SetLeaf2(BspLeaf *l)
2664{
2665        mLeaf2 = l;
2666}
2667
2668BspLeaf *BspMergeCandidate::GetLeaf1()
2669{
2670        return mLeaf1;
2671}
2672
2673BspLeaf *BspMergeCandidate::GetLeaf2()
2674{
2675        return mLeaf2;
2676}
2677
2678bool BspMergeCandidate::Valid() const
2679{
2680        return
2681                (mLeaf1->GetViewCell()->mMailbox == mLeaf1Id) &&
2682                (mLeaf2->GetViewCell()->mMailbox == mLeaf2Id);
2683}
2684
2685float BspMergeCandidate::GetMergeCost() const
2686{
2687        return mMergeCost;
2688}
2689
2690void BspMergeCandidate::SetValid()
2691{
2692        mLeaf1Id = mLeaf1->GetViewCell()->mMailbox;
2693        mLeaf2Id = mLeaf2->GetViewCell()->mMailbox;
2694
2695        EvalMergeCost();
2696}
2697
2698
2699/************************************************************************/
2700/*                  MergeStatistics implementation                      */
2701/************************************************************************/
2702
2703
2704void MergeStatistics::Print(ostream &app) const
2705{
2706        app << "===== Merge statistics ===============\n";
2707
2708        app << setprecision(4);
2709
2710        app << "#N_CTIME ( Overall time [s] )\n" << Time() << " \n";
2711
2712        app << "#N_CCTIME ( Collect candidates time [s] )\n" << collectTime * 1e-3f << " \n";
2713
2714        app << "#N_MTIME ( Merge time [s] )\n" << mergeTime * 1e-3f << " \n";
2715
2716        app << "#N_NODES ( Number of nodes before merge )\n" << nodes << "\n";
2717
2718        app << "#N_CANDIDATES ( Number of merge candidates )\n" << candidates << "\n";
2719
2720        app << "#N_MERGEDSIBLINGS ( Number of merged siblings )\n" << siblings << "\n";
2721        app << "#N_MERGEDNODES ( Number of merged nodes )\n" << merged << "\n";
2722
2723        app << "#MAX_TREEDIST ( Maximal distance in tree of merged leaves )\n" << maxTreeDist << "\n";
2724
2725        app << "#AVG_TREEDIST ( Average distance in tree of merged leaves )\n" << AvgTreeDist() << "\n";
2726
2727        app << "===== END OF BspTree statistics ==========\n";
2728}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.