source: trunk/VUT/GtpVisibilityPreprocessor/src/VssPreprocessor.cpp @ 434

Revision 434, 15.9 KB checked in by bittner, 19 years ago (diff)

vssbsp merge, tab change

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;//true;
14bool use2dSampling = false;
15bool useViewspacePlane = true;//true;
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::ExportVssTree(char *filename,
259                                                           VssTree *tree)
260{
261  Exporter *exporter = Exporter::GetExporter(filename);
262  exporter->SetFilled();
263  exporter->ExportScene(mSceneGraph->mRoot);
264  exporter->SetWireframe();
265  bool result = exporter->ExportVssTree(*tree);
266  delete exporter;
267  return result;
268}
269
270bool
271VssPreprocessor::ExportVssTreeLeaf(char *filename,
272                                                                   VssTree *tree,
273                                                                   VssTreeLeaf *leaf)
274{
275  Exporter *exporter = NULL;
276  exporter = Exporter::GetExporter(filename);
277  exporter->SetWireframe();
278  exporter->ExportKdTree(*mKdTree);
279       
280  if (mViewSpaceBox) {
281        exporter->SetForcedMaterial(RgbColor(1,0,0));
282        exporter->ExportBox(*mViewSpaceBox);
283        exporter->ResetForcedMaterial();
284  }
285       
286  exporter->SetForcedMaterial(RgbColor(0,0,1));
287  exporter->ExportBox(tree->GetBBox(leaf));
288  exporter->ResetForcedMaterial();
289       
290  VssRayContainer rays[4];
291  for (int i=0; i < leaf->rays.size(); i++) {
292        int k = leaf->rays[i].GetRayClass();
293        rays[k].push_back(leaf->rays[i].mRay);
294  }
295       
296  // SOURCE RAY
297  exporter->ExportRays(rays[0], RgbColor(1, 0, 0));
298  // TERMINATION RAY
299  exporter->ExportRays(rays[1], RgbColor(1, 1, 1));
300  // PASSING_RAY
301  exporter->ExportRays(rays[2], RgbColor(1, 1, 0));
302  // CONTAINED_RAY
303  exporter->ExportRays(rays[3], RgbColor(0, 0, 1));
304
305  delete exporter;
306  return true;
307}
308
309void
310VssPreprocessor::ExportVssTreeLeaves(VssTree *tree, const int number)
311{
312  vector<VssTreeLeaf *> leaves;
313  tree->CollectLeaves(leaves);
314
315  int num = 0;
316  int i;
317  float p = number / (float)leaves.size();
318  for (i=0; i < leaves.size(); i++) {
319        if (RandomValue(0,1) < p) {
320          char filename[64];
321          sprintf(filename, "vss-leaf-%04d.x3d", num);
322          ExportVssTreeLeaf(filename, tree, leaves[i]);
323          num++;
324        }
325        if (num >= number)
326          break;
327  }
328}
329
330
331float
332VssPreprocessor::GetAvgPvsSize(VssTree *tree,
333                                                           const vector<AxisAlignedBox3> &viewcells
334                                                           )
335{
336  vector<AxisAlignedBox3>::const_iterator it, it_end = viewcells.end();
337
338  int sum = 0;
339  for (it = viewcells.begin(); it != it_end; ++ it)
340        sum += tree->GetPvsSize(*it);
341       
342  return sum/(float)viewcells.size();
343}
344
345bool
346VssPreprocessor::ComputeVisibility()
347{
348 
349  mSceneGraph->CollectObjects(&mObjects);
350       
351  long startTime = GetTime();
352 
353  int totalSamples = 0;
354
355
356  AxisAlignedBox3 *box = new AxisAlignedBox3(mKdTree->GetBox());
357
358  if (!useViewspacePlane) {
359        float size = 0.01f;
360        float s = 0.5f - size;
361        float olds = Magnitude(box->Size());
362        box->Enlarge(box->Size()*Vector3(-s));
363        Vector3 translation = Vector3(-olds*0.1f, 0, 0);
364        box->SetMin(box->Min() + translation);
365        box->SetMax(box->Max() + translation);
366  } else {
367               
368        // sample city like heights
369        box->SetMin(1, box->Min(1) + box->Size(1)*0.1);
370        box->SetMax(1, box->Min(1) + box->Size(1)*0.2);
371  }
372
373  if (use2dSampling)
374        box->SetMax(1, box->Min(1));
375       
376  if (useViewSpaceBox)
377        mViewSpaceBox = box;
378  else
379        mViewSpaceBox = NULL;
380               
381
382  VssTree *vssTree = NULL;
383
384  RayContainer bspRays;
385
386  while (totalSamples < mInitialSamples) {
387        int passContributingSamples = 0;
388        int passSampleContributions = 0;
389        int passSamples = 0;
390        int index = 0;
391               
392        int sampleContributions;
393               
394        int s = Min(mSamplesPerPass, mInitialSamples);
395        for (int k=0; k < s; k++) {
396                       
397          Vector3 viewpoint = GetViewpoint(mViewSpaceBox);
398          Vector3 direction = GetDirection(viewpoint, mViewSpaceBox);
399                       
400          sampleContributions = CastRay(viewpoint, direction, mVssRays);
401                       
402                       
403          //-- CORR matt: put block inside loop
404          if (sampleContributions) {
405                passContributingSamples ++;
406                passSampleContributions += sampleContributions;
407          }
408          passSamples++;
409          totalSamples++;
410        }
411   
412        mPass++;
413               
414        int pvsSize = 0;
415        float avgRayContrib = (passContributingSamples > 0) ?
416          passSampleContributions/(float)passContributingSamples : 0;
417               
418        cout << "#Pass " << mPass << " : t = " << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << "s" << endl;
419        cout << "#TotalSamples=" << totalSamples/1000
420                 << "k   #SampleContributions=" << passSampleContributions << " ("
421                 << 100*passContributingSamples/(float)passSamples<<"%)" << " avgPVS="
422                 << pvsSize/(float)mObjects.size() << endl
423                 << "avg ray contrib=" << avgRayContrib << endl;
424               
425        mStats <<
426          "#Pass\n" <<mPass<<endl<<
427          "#Time\n" << TimeDiff(startTime, GetTime())*1e-3 << endl<<
428          "#TotalSamples\n" << totalSamples<< endl<<
429          "#SampleContributions\n" << passSampleContributions << endl <<
430          "#PContributingSamples\n"<<100*passContributingSamples/(float)passSamples<<endl <<
431          "#AvgPVS\n"<< pvsSize/(float)mObjects.size() << endl <<
432          "#AvgRayContrib\n" << avgRayContrib << endl;
433
434
435
436               
437  }
438       
439  cout << "#totalPvsSize=" << mKdTree->CollectLeafPvs() << endl;
440  cout << "#totalRayStackSize=" << mVssRays.size() << endl <<flush;
441       
442  int numExportRays = 10000;
443  //int numExportRays = 0;
444
445  if (numExportRays) {
446        char filename[64];
447        sprintf(filename, "vss-rays-initial.x3d");
448        ExportRays(filename, mVssRays, numExportRays);
449  }
450       
451  //-- construct BSP view cells
452  if (ViewCell::sHierarchy == ViewCell::BSP)
453        {
454          const int bspSamples = min((int)mVssRays.size(), mBspConstructionSamples);
455               
456          for (int i = 0; i < bspSamples; ++ i)
457                bspRays.push_back(new Ray(*mVssRays[i]));
458
459          //-- construct BSP tree using the samples
460          mBspTree = new BspTree(&mUnbounded); 
461
462          mBspTree->SetGenerateViewCells(true);
463          mBspTree->Construct(bspRays);
464
465          Exporter *exporter = Exporter::GetExporter("vccbsprays.x3d");
466                       
467          // export rays piercing this view cell
468          exporter->ExportRays(bspRays, 1000, RgbColor(0, 1, 0));
469
470          // cast remaining initial rays into BSP tree
471          for (int i = bspSamples; i < (int)mVssRays.size(); ++ i)
472                CastRay(*mBspTree, *mVssRays[i]);
473        }
474
475  vssTree = new VssTree;
476  // viewcells = Construct(mVssRays);
477       
478  vssTree->Construct(mVssRays, mViewSpaceBox);
479  cout<<"VssTree root PVS size = "<<vssTree->GetRootPvsSize()<<endl;
480
481  ExportVssTree("vss-tree.x3d", vssTree);
482
483  ExportVssTreeLeaves(vssTree, 10);
484
485  // viewcells->UpdatePVS(newVssRays);
486  // get viewcells as kd tree boxes
487  vector<AxisAlignedBox3> kdViewcells;
488  if (0) {
489        vector<KdLeaf *> leaves;
490        mKdTree->CollectLeaves(leaves);
491        vector<KdLeaf *>::const_iterator it;
492        int targetLeaves = 50;
493        float prob = targetLeaves/(float)leaves.size();
494        for (it = leaves.begin(); it != leaves.end(); ++it)
495          if (RandomValue(0.0f,1.0f) < prob)
496                kdViewcells.push_back(mKdTree->GetBox(*it));
497               
498        float avgPvs = GetAvgPvsSize(vssTree, kdViewcells);
499        cout<<"Initial average PVS size = "<<avgPvs<<endl;
500  }
501
502       
503  int samples = 0;
504  int pass = 0;
505  while (1) {
506        int num = mVssSamplesPerPass;
507        SimpleRayContainer rays;
508        VssRayContainer vssRays;
509               
510        if (!mUseImportanceSampling) {
511          for (int j=0; j < num; j++) {
512                Vector3 viewpoint = GetViewpoint(mViewSpaceBox);
513                Vector3 direction = GetDirection(viewpoint, mViewSpaceBox);
514                rays.push_back(SimpleRay(viewpoint, direction));
515          }
516        } else {
517          num = GenerateImportanceRays(vssTree, num, rays);
518        }
519               
520               
521        for (int i=0; i < rays.size(); i++)
522          CastRay(rays[i].mOrigin, rays[i].mDirection, vssRays);
523               
524        vssTree->AddRays(vssRays);
525               
526        if (0) {
527          int subdivided = vssTree->UpdateSubdivision();
528          cout<<"subdivided leafs = "<<subdivided<<endl;
529        }
530
531        float avgPvs = GetAvgPvsSize(vssTree, kdViewcells);
532        cout<<"Average PVS size = "<<avgPvs<<endl;
533
534        if (numExportRays) {
535          char filename[64];
536          if (mUseImportanceSampling)
537                sprintf(filename, "vss-rays-i%04d.x3d", pass);
538          else
539                sprintf(filename, "vss-rays-%04d.x3d", pass);
540                       
541          ExportRays(filename, vssRays, numExportRays);
542        }
543
544        // cast rays into BSP tree
545        if (ViewCell::sHierarchy == ViewCell::BSP)
546          {
547                for (int i = 0; i < (int)vssRays.size(); ++ i)
548                  {
549                        CastRay(*mBspTree, *vssRays[i]);
550                  }
551          }
552
553        samples+=num;
554        float pvs = vssTree->GetAvgPvsSize();
555        cout<<"*****************************\n";
556        cout<<samples<<" avgPVS ="<<pvs<<endl;
557        cout<<"VssTree root PVS size = "<<vssTree->GetRootPvsSize()<<endl;
558        cout<<"*****************************\n";
559        if (samples >= mVssSamples)
560          break;
561        pass++;
562  }
563       
564  delete vssTree;
565
566  if (ViewCell::sHierarchy == ViewCell::BSP)
567        {
568          Debug << mBspTree->GetStatistics();
569
570          ObjectContainer objects;
571          ExportSplits(objects, bspRays, 10000);
572          ExportBspPvs(objects, bspRays, 10000);
573
574          BspViewCellsStatistics stat;
575          mBspTree->EvaluateViewCellsStats(stat);
576          Debug << "original view cell partition:\n" << stat << endl;
577
578          // clear BSP samples
579          CLEAR_CONTAINER(bspRays);
580        }
581
582  return true;
583}
584
585void VssPreprocessor::CastRay(const BspTree &tree, const VssRay & vssRay)
586{
587  //-- cast ray to BSP tree to get intersection with view cells
588  Ray ray(vssRay);
589
590  Debug << ray << endl;
591  if (ray.intersections.empty())
592        Debug << "empty ray" << endl;
593  else
594        Debug << "intersection: " << ray.intersections[0].mT << " " << ray.intersections[0].mObject << endl;
595
596  mBspTree->CastRay(ray);
597                               
598  //if (0 && ray.sourceObject.mObject)
599  //sampleContributions +=
600  //AddObjectSamples(ray.sourceObject.mObject, ray);
601                       
602  if (!ray.intersections.empty()) // second intersection found
603        {
604          //sampleContributions +=
605          AddObjectSamples(ray.intersections[0].mObject, ray);
606        }
607}
608
609int VssPreprocessor::AddObjectSamples(Intersectable *obj, const Ray &ray)
610{
611  int contributingSamples = 0;
612  int j;
613 
614  // object can be seen from the view cell => add to view cell pvs
615  for (j=0; j < ray.bspIntersections.size(); ++ j)
616        {       
617          BspLeaf *leaf = ray.bspIntersections[j].mLeaf;
618          // if ray not in unbounded space
619          if (leaf->GetViewCell() != &mUnbounded)
620                contributingSamples +=
621                  leaf->GetViewCell()->GetPvs().AddSample(obj);
622        }
623 
624  // rays passing through this viewcell
625  if (mPass > 1)
626        for (j=1; j < ((int)ray.bspIntersections.size() - 1); ++ j)
627          {
628                BspLeaf *leaf = ray.bspIntersections[j].mLeaf;
629               
630                if (leaf->GetViewCell() != &mUnbounded)
631                  leaf->GetViewCell()->
632                        AddPassingRay(ray, contributingSamples ? 1 : 0);
633          }
634 
635  return contributingSamples;
636}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.