source: trunk/VUT/GtpVisibilityPreprocessor/src/VssPreprocessor.cpp @ 429

Revision 429, 13.8 KB checked in by mattausch, 19 years ago (diff)
Line 
1#include "SceneGraph.h"
2#include "KdTree.h"
3#include "VssPreprocessor.h"
4#include "X3dExporter.h"
5#include "Environment.h"
6#include "MutualVisibility.h"
7#include "Polygon3.h"
8#include "ViewCell.h"
9#include "VssRay.h"
10#include "VssTree.h"
11
12
13bool useViewSpaceBox = true;
14bool use2dSampling = false;
15bool useViewspacePlane = false;
16
17VssPreprocessor::VssPreprocessor():
18        mPass(0),
19        mVssRays()
20{
21  // this should increase coherence of the samples
22  environment->GetIntValue("VssPreprocessor.samplesPerPass", mSamplesPerPass);
23  environment->GetIntValue("VssPreprocessor.initialSamples", mInitialSamples);
24  environment->GetIntValue("VssPreprocessor.vssSamples", mVssSamples);
25  environment->GetIntValue("VssPreprocessor.vssSamplesPerPass", mVssSamplesPerPass);
26  environment->GetBoolValue("VssPreprocessor.useImportanceSampling", mUseImportanceSampling);
27  environment->GetIntValue("BspTree.Construction.samples", mBspConstructionSamples);
28       
29  mStats.open("stats.log");
30}
31
32VssPreprocessor::~VssPreprocessor()
33{
34        CLEAR_CONTAINER(mVssRays);
35}
36
37void
38VssPreprocessor::SetupRay(Ray &ray,
39                                                                                                        const Vector3 &point,
40                                                                                                        const Vector3 &direction
41                                                                                                        )
42{
43  ray.intersections.clear();
44        // do not store anything else then intersections at the ray
45  ray.Init(point, direction, Ray::LOCAL_RAY);
46}
47
48int
49VssPreprocessor::CastRay(
50                                                                                                 Vector3 &viewPoint,
51                                                                                                 Vector3 &direction,
52                                                                                                 VssRayContainer &vssRays
53                                                                                                 )
54{
55        int hits = 0;
56        static Ray ray;
57        AxisAlignedBox3 box = mKdTree->GetBox();
58
59        AxisAlignedBox3 sbox = box;
60        sbox.Enlarge(Vector3(-Limits::Small));
61        if (!sbox.IsInside(viewPoint))
62                return 0;
63       
64        SetupRay(ray, viewPoint, direction);
65        // cast ray to KD tree to find intersection with other objects
66        Intersectable *objectA, *objectB;
67        Vector3 pointA, pointB;
68        float bsize = Magnitude(box.Size());
69        if (mKdTree->CastRay(ray)) {
70                objectA = ray.intersections[0].mObject;
71                pointA = ray.Extrap(ray.intersections[0].mT);
72        } else {
73                objectA = NULL;
74                // compute intersection with the scene bounding box
75                float tmin, tmax;
76                box.ComputeMinMaxT(ray, &tmin, &tmax);
77                if (tmax > bsize) {
78                        //                      cerr<<"Warning: tmax > box size tmax="<<tmax<<" tmin="<<tmin<<" size="<<bsize<<endl;
79                        //                      cerr<<"ray"<<ray<<endl;
80                }
81                pointA = ray.Extrap(tmax);
82               
83        }
84
85        bool detectEmptyViewSpace = true;
86       
87        if (detectEmptyViewSpace) {
88                SetupRay(ray, pointA, -direction);
89        } else
90                SetupRay(ray, viewPoint, -direction);
91       
92       
93        if (mKdTree->CastRay(ray)) {
94               
95                objectB = ray.intersections[0].mObject;
96          pointB = ray.Extrap(ray.intersections[0].mT);
97
98        } else {
99                objectB = NULL;
100                float tmin, tmax;
101                box.ComputeMinMaxT(ray, &tmin, &tmax);
102                if (tmax > bsize) {
103                        //                      cerr<<"Warning: tmax > box size tmax="<<tmax<<" tmin="<<tmin<<" size="<<bsize<<endl;
104                        //                      cerr<<"ray"<<ray<<endl;
105                }
106               
107                pointB = ray.Extrap(tmax);
108        }
109
110        VssRay *vssRay  = NULL;
111
112        bool validSample = true;
113        if (detectEmptyViewSpace) {
114                if (Distance(pointA, pointB) <
115                                Distance(viewPoint, pointA) + Distance(viewPoint, pointB) - Limits::Small) {
116                        validSample = false;
117                }
118        }
119       
120        if (validSample) {
121                if (objectA) {
122                        vssRay = new VssRay(pointB,
123                                                                                                        pointA,
124                                                                                                        objectB,
125                                                                                                        objectA);
126                        vssRays.push_back(vssRay);
127                        hits ++;
128                }
129               
130                if (objectB) {
131                        vssRay = new VssRay(pointA,
132                                                                                                        pointB,
133                                                                                                        objectA,
134                                                                                                        objectB);
135                        vssRays.push_back(vssRay);
136                        hits ++;
137                }
138        }
139       
140        return hits;
141}
142
143
144Vector3
145VssPreprocessor::GetViewpoint(AxisAlignedBox3 *viewSpaceBox)
146{
147        AxisAlignedBox3 box;
148       
149        if (viewSpaceBox)
150                box =*viewSpaceBox;
151        else
152                box = mKdTree->GetBox();
153       
154        // shrink the box in the y direction
155        return box.GetRandomPoint();
156}
157
158Vector3
159VssPreprocessor::GetDirection(const Vector3 &viewpoint,
160                                                                                                                        AxisAlignedBox3 *viewSpaceBox
161                                                                                                                        )
162{
163        Vector3 point;
164        if (!use2dSampling) {
165                Vector3 normal;
166                int i = RandomValue(0, mObjects.size()-1);
167                Intersectable *object = mObjects[i];
168                object->GetRandomSurfacePoint(point, normal);
169        } else {
170                AxisAlignedBox3 box;
171               
172                if (viewSpaceBox)
173                        box =*viewSpaceBox;
174                else
175                        box = mKdTree->GetBox();
176               
177                point = box.GetRandomPoint();
178                point.y = viewpoint.y;
179        }
180       
181        return point - viewpoint;
182}
183
184int
185VssPreprocessor::GenerateImportanceRays(VssTree *vssTree,
186                                                                                                                                                                const int desiredSamples,
187                                                                                                                                                                SimpleRayContainer &rays
188                                                                                                                                                                )
189{
190        int num;
191        if (0) {
192                float minRayContribution;
193                float maxRayContribution;
194                float avgRayContribution;
195               
196                vssTree->GetRayContributionStatistics(minRayContribution,
197                                                                                                                                                                        maxRayContribution,
198                                                                                                                                                                        avgRayContribution);
199               
200                cout<<
201                        "#MIN_RAY_CONTRIB\n"<<minRayContribution<<endl<<
202                        "#MAX_RAY_CONTRIB\n"<<maxRayContribution<<endl<<
203                        "#AVG_RAY_CONTRIB\n"<<avgRayContribution<<endl;
204               
205                float p = desiredSamples/(float)(avgRayContribution*vssTree->stat.Leaves());
206                num = vssTree->GenerateRays(p, rays);
207        } else {
208                int leaves = vssTree->stat.Leaves()/2;
209                num = vssTree->GenerateRays(desiredSamples, leaves, rays);
210        }
211       
212        cout<<"Generated "<<num<<" rays."<<endl;
213       
214        return num;
215}
216
217
218bool
219VssPreprocessor::ExportRays(const char *filename,
220                                                                                                                const VssRayContainer &vssRays,
221                                                                                                                const int number
222                                                                                                                )
223{
224        cout<<"Exporting vss rays..."<<endl<<flush;
225       
226        float prob = number/(float)vssRays.size();
227
228
229        Exporter *exporter = NULL;
230        exporter = Exporter::GetExporter(filename);
231        //      exporter->SetWireframe();
232        //      exporter->ExportKdTree(*mKdTree);
233        exporter->SetFilled();
234        exporter->ExportScene(mSceneGraph->mRoot);
235        exporter->SetWireframe();
236
237        if (mViewSpaceBox) {
238                exporter->SetForcedMaterial(RgbColor(1,0,0));
239                exporter->ExportBox(*mViewSpaceBox);
240                exporter->ResetForcedMaterial();
241        }
242       
243        VssRayContainer rays;   for (int i=0; i < vssRays.size(); i++)
244                if (RandomValue(0,1) < prob)
245                        rays.push_back(vssRays[i]);
246
247        exporter->ExportRays(rays, RgbColor(1, 0, 0));
248       
249        delete exporter;
250
251        cout<<"done."<<endl<<flush;
252
253        return true;
254}
255
256
257bool
258VssPreprocessor::ExportVssTreeLeaf(char *filename,
259                                                                                                                                         VssTree *tree,
260                                                                                                                                         VssTreeLeaf *leaf)
261{
262        Exporter *exporter = NULL;
263        exporter = Exporter::GetExporter(filename);
264        exporter->SetWireframe();
265        exporter->ExportKdTree(*mKdTree);
266       
267        if (mViewSpaceBox) {
268                exporter->SetForcedMaterial(RgbColor(1,0,0));
269                exporter->ExportBox(*mViewSpaceBox);
270                exporter->ResetForcedMaterial();
271        }
272       
273        exporter->SetForcedMaterial(RgbColor(0,0,1));
274        exporter->ExportBox(tree->GetBBox(leaf));
275        exporter->ResetForcedMaterial();
276       
277        VssRayContainer rays[4];
278        for (int i=0; i < leaf->rays.size(); i++) {
279                int k = leaf->rays[i].GetRayClass();
280                rays[k].push_back(leaf->rays[i].mRay);
281        }
282       
283        // SOURCE RAY
284        exporter->ExportRays(rays[0], RgbColor(1, 0, 0));
285        // TERMINATION RAY
286        exporter->ExportRays(rays[1], RgbColor(1, 1, 1));
287        // PASSING_RAY
288        exporter->ExportRays(rays[2], RgbColor(1, 1, 0));
289        // CONTAINED_RAY
290        exporter->ExportRays(rays[3], RgbColor(0, 0, 1));
291
292        delete exporter;
293        return true;
294}
295
296void
297VssPreprocessor::ExportVssTreeLeaves(VssTree *tree, const int number)
298{
299        vector<VssTreeLeaf *> leaves;
300        tree->CollectLeaves(leaves);
301
302        int num = 0;
303        int i;
304        float p = number / (float)leaves.size();
305        for (i=0; i < leaves.size(); i++) {
306                if (RandomValue(0,1) < p) {
307                        char filename[64];
308                        sprintf(filename, "vss-leaf-%04d.x3d", num);
309                        ExportVssTreeLeaf(filename, tree, leaves[i]);
310                        num++;
311                }
312                if (num >= number)
313                        break;
314        }
315}
316
317bool
318VssPreprocessor::ComputeVisibility()
319{
320 
321  mSceneGraph->CollectObjects(&mObjects);
322       
323  long startTime = GetTime();
324 
325  int totalSamples = 0;
326
327
328        AxisAlignedBox3 *box = new AxisAlignedBox3(mKdTree->GetBox());
329
330        if (!useViewspacePlane) {
331                float size = 0.01f;
332                float s = 0.5f - size;
333                float olds = Magnitude(box->Size());
334                box->Enlarge(box->Size()*Vector3(-s));
335                Vector3 translation = Vector3(-olds*0.1f, 0, 0);
336                box->SetMin(box->Min() + translation);
337                box->SetMax(box->Max() + translation);
338        } else {
339               
340                // sample city like heights
341                box->SetMin(1, box->Min(1) + box->Size(1)*0.1);
342                box->SetMax(1, box->Min(1) + box->Size(1)*0.2);
343        }
344
345        if (use2dSampling)
346                box->SetMax(1, box->Min(1));
347       
348        if (useViewSpaceBox)
349                mViewSpaceBox = box;
350        else
351                mViewSpaceBox = NULL;
352               
353
354        VssTree *vssTree = NULL;
355
356        RayContainer bspRays;
357
358  while (totalSamples < mInitialSamples) {
359                int passContributingSamples = 0;
360                int passSampleContributions = 0;
361                int passSamples = 0;
362                int index = 0;
363               
364                int sampleContributions;
365               
366                int s = Min(mSamplesPerPass, mInitialSamples);
367                for (int k=0; k < s; k++) {
368                       
369                        Vector3 viewpoint = GetViewpoint(mViewSpaceBox);
370                        Vector3 direction = GetDirection(viewpoint, mViewSpaceBox);
371                       
372                        sampleContributions = CastRay(viewpoint, direction, mVssRays);
373                       
374                       
375                        //-- CORR matt: put block inside loop
376                        if (sampleContributions) {
377                                passContributingSamples ++;
378                                passSampleContributions += sampleContributions;
379                        }
380                        passSamples++;
381                        totalSamples++;
382                }
383   
384                mPass++;
385               
386                int pvsSize = 0;
387                float avgRayContrib = (passContributingSamples > 0) ?
388                        passSampleContributions/(float)passContributingSamples : 0;
389               
390                cout << "#Pass " << mPass << " : t = " << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "s" << endl;
391                cout << "#TotalSamples=" << totalSamples/1000
392                                 << "k   #SampleContributions=" << passSampleContributions << " ("
393                                 << 100*passContributingSamples/(float)passSamples<<"%)" << " avgPVS="
394                                 << pvsSize/(float)mObjects.size() << endl
395                                 << "avg ray contrib=" << avgRayContrib << endl;
396               
397                mStats <<
398                        "#Pass\n" <<mPass<<endl<<
399                        "#Time\n" << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << endl<<
400                        "#TotalSamples\n" << totalSamples<< endl<<
401                        "#SampleContributions\n" << passSampleContributions << endl <<
402                        "#PContributingSamples\n"<<100*passContributingSamples/(float)passSamples<<endl <<
403                        "#AvgPVS\n"<< pvsSize/(float)mObjects.size() << endl <<
404                        "#AvgRayContrib\n" << avgRayContrib << endl;
405
406
407
408               
409        }
410       
411        cout << "#totalPvsSize=" << mKdTree->CollectLeafPvs() << endl;
412        cout << "#totalRayStackSize=" << mVssRays.size() << endl <<flush;
413
414       
415        //      int numExportRays = 10000;
416
417        int numExportRays = 0;
418
419        if (numExportRays) {
420                char filename[64];
421                sprintf(filename, "vss-rays-initial.x3d");
422                ExportRays(filename, mVssRays, numExportRays);
423        }
424
425
426
427        vssTree = new VssTree;
428       
429        const int bspSamples = min((int)mVssRays.size(), mBspConstructionSamples);
430       
431        for (int i = 0; i < bspSamples; ++ i)
432                bspRays.push_back(new Ray(*mVssRays[i]));
433
434        mBspTree = new BspTree(&mUnbounded);   
435
436        mBspTree->SetGenerateViewCells(true);
437        mBspTree->Construct(bspRays);
438
439        for (int i = bspSamples; i < (int)mVssRays.size(); ++ i)
440        {
441                CastRay(*mBspTree, *mVssRays[i]);
442        }
443
444        vssTree->Construct(mVssRays, mViewSpaceBox);
445
446        cout<<"VssTree root PVS size = "<<vssTree->GetRootPvsSize()<<endl;
447
448        ExportVssTreeLeaves(vssTree, 10);
449       
450        int samples = 0;
451        int pass = 0;
452        while (1) {
453                int num = mVssSamplesPerPass;
454                SimpleRayContainer rays;
455                VssRayContainer vssRays;
456               
457                if (!mUseImportanceSampling) {
458                        for (int j=0; j < num; j++) {
459                                Vector3 viewpoint = GetViewpoint(mViewSpaceBox);
460                                Vector3 direction = GetDirection(viewpoint, mViewSpaceBox);
461                                rays.push_back(SimpleRay(viewpoint, direction));
462                        }
463                } else {
464                        num = GenerateImportanceRays(vssTree, num, rays);
465                }
466               
467               
468                for (int i=0; i < rays.size(); i++)
469                        CastRay(rays[i].mOrigin, rays[i].mDirection, vssRays);
470               
471                vssTree->AddRays(vssRays);
472               
473                if (1) {
474                        int subdivided = vssTree->UpdateSubdivision();
475                        cout<<"subdivided leafs = "<<subdivided<<endl;
476                }
477               
478                if (numExportRays) {
479                        char filename[64];
480                        if (mUseImportanceSampling)
481                                sprintf(filename, "vss-rays-i%04d.x3d", pass);
482                        else
483                                sprintf(filename, "vss-rays-%04d.x3d", pass);
484                       
485                        ExportRays(filename, vssRays, numExportRays);
486                }
487
488               
489                for (int i = 0; i < (int)vssRays.size(); ++ i)
490                {
491                        CastRay(*mBspTree, *mVssRays[i]);
492                }
493               
494                samples+=num;
495                float pvs = vssTree->GetAvgPvsSize();
496                cout<<"*****************************\n";
497                cout<<samples<<" avgPVS ="<<pvs<<endl;
498                cout<<"VssTree root PVS size = "<<vssTree->GetRootPvsSize()<<endl;
499                cout<<"*****************************\n";
500                if (samples >= mVssSamples)
501                        break;
502                pass++;
503        }
504
505        delete vssTree;
506
507        ObjectContainer objects;
508        ExportSplits(objects, bspRays, 10000);
509        ExportBspPvs(objects, bspRays, 10000);
510
511        CLEAR_CONTAINER(bspRays);
512
513        return true;
514}
515
516void VssPreprocessor::CastRay(const BspTree &tree, const VssRay & vssRay)
517{
518        //-- cast ray to BSP tree to get intersection with view cells
519        Ray ray(vssRay);
520
521        mBspTree->CastRay(ray);
522                               
523        if (ray.sourceObject.mObject)
524                //sampleContributions +=
525                AddObjectSamples(ray.sourceObject.mObject, ray);
526                       
527                if (!ray.intersections.empty()) // second intersection found
528                {
529                        //sampleContributions +=
530                                AddObjectSamples(ray.intersections[0].mObject, ray);
531                }
532}
533
534int VssPreprocessor::AddObjectSamples(Intersectable *obj, const Ray &ray)
535{
536        int contributingSamples = 0;
537        int j;
538 
539        // object can be seen from the view cell => add to view cell pvs
540        for (j=0; j < ray.bspIntersections.size(); ++ j)
541        {       
542                BspLeaf *leaf = ray.bspIntersections[j].mLeaf;
543                // if ray not in unbounded space
544                if (leaf->GetViewCell() != &mUnbounded)
545                        contributingSamples +=
546                                leaf->GetViewCell()->GetPvs().AddSample(obj);
547        }
548 
549        // rays passing through this viewcell
550        if (mPass > 1)
551                for (j=1; j < ((int)ray.bspIntersections.size() - 1); ++ j)
552                {
553                        BspLeaf *leaf = ray.bspIntersections[j].mLeaf;
554
555                        if (leaf->GetViewCell() != &mUnbounded)
556                                leaf->GetViewCell()->
557                                        AddPassingRay(ray, contributingSamples ? 1 : 0);
558                }
559 
560        return contributingSamples;
561}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.