source: trunk/VUT/GtpVisibilityPreprocessor/src/VssPreprocessor.cpp @ 448

Revision 448, 14.7 KB checked in by mattausch, 19 years ago (diff)

fixed bug in VspBspTree?
view cells in VssPreprocessor?
bounding rays for vspkdtree

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#include "ViewCellsManager.h"
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(1,0,1));
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                                                           const Vector3 &dir
261                                                           )
262{
263  Exporter *exporter = Exporter::GetExporter(filename);
264  exporter->SetFilled();
265  exporter->ExportScene(mSceneGraph->mRoot);
266  //  exporter->SetWireframe();
267  bool result = exporter->ExportVssTree2( *tree, dir );
268  delete exporter;
269  return result;
270}
271
272bool
273VssPreprocessor::ExportVssTreeLeaf(char *filename,
274                                                                   VssTree *tree,
275                                                                   VssTreeLeaf *leaf)
276{
277  Exporter *exporter = NULL;
278  exporter = Exporter::GetExporter(filename);
279  exporter->SetWireframe();
280  exporter->ExportKdTree(*mKdTree);
281       
282  if (mViewSpaceBox) {
283        exporter->SetForcedMaterial(RgbColor(1,0,0));
284        exporter->ExportBox(*mViewSpaceBox);
285        exporter->ResetForcedMaterial();
286  }
287       
288  exporter->SetForcedMaterial(RgbColor(0,0,1));
289  exporter->ExportBox(tree->GetBBox(leaf));
290  exporter->ResetForcedMaterial();
291       
292  VssRayContainer rays[4];
293  for (int i=0; i < leaf->rays.size(); i++) {
294        int k = leaf->rays[i].GetRayClass();
295        rays[k].push_back(leaf->rays[i].mRay);
296  }
297       
298  // SOURCE RAY
299  exporter->ExportRays(rays[0], RgbColor(1, 0, 0));
300  // TERMINATION RAY
301  exporter->ExportRays(rays[1], RgbColor(1, 1, 1));
302  // PASSING_RAY
303  exporter->ExportRays(rays[2], RgbColor(1, 1, 0));
304  // CONTAINED_RAY
305  exporter->ExportRays(rays[3], RgbColor(0, 0, 1));
306
307  delete exporter;
308  return true;
309}
310
311void
312VssPreprocessor::ExportVssTreeLeaves(VssTree *tree, const int number)
313{
314  vector<VssTreeLeaf *> leaves;
315  tree->CollectLeaves(leaves);
316
317  int num = 0;
318  int i;
319  float p = number / (float)leaves.size();
320  for (i=0; i < leaves.size(); i++) {
321        if (RandomValue(0,1) < p) {
322          char filename[64];
323          sprintf(filename, "vss-leaf-%04d.x3d", num);
324          ExportVssTreeLeaf(filename, tree, leaves[i]);
325          num++;
326        }
327        if (num >= number)
328          break;
329  }
330}
331
332
333float
334VssPreprocessor::GetAvgPvsSize(VssTree *tree,
335                                                           const vector<AxisAlignedBox3> &viewcells
336                                                           )
337{
338  vector<AxisAlignedBox3>::const_iterator it, it_end = viewcells.end();
339
340  int sum = 0;
341  for (it = viewcells.begin(); it != it_end; ++ it)
342        sum += tree->GetPvsSize(*it);
343       
344  return sum/(float)viewcells.size();
345}
346
347bool
348VssPreprocessor::ComputeVisibility()
349{
350 
351  mSceneGraph->CollectObjects(&mObjects);
352       
353  long startTime = GetTime();
354 
355  int totalSamples = 0;
356
357
358  AxisAlignedBox3 *box = new AxisAlignedBox3(mKdTree->GetBox());
359
360  if (!useViewspacePlane) {
361        float size = 0.05f;
362        float s = 0.5f - size;
363        float olds = Magnitude(box->Size());
364        box->Enlarge(box->Size()*Vector3(-s));
365        Vector3 translation = Vector3(-olds*0.1f, 0, 0);
366        box->SetMin(box->Min() + translation);
367        box->SetMax(box->Max() + translation);
368  } else {
369               
370        // sample city like heights
371        box->SetMin(1, box->Min(1) + box->Size(1)*0.2);
372        box->SetMax(1, box->Min(1) + box->Size(1)*0.3);
373  }
374
375  if (use2dSampling)
376        box->SetMax(1, box->Min(1));
377       
378  if (useViewSpaceBox)
379        mViewSpaceBox = box;
380  else
381        mViewSpaceBox = NULL;
382               
383
384  VssTree *vssTree = NULL;
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  ObjectContainer objects;
452  mSceneGraph->CollectObjects(&objects);
453
454  // construct view cells
455  mViewCellsManager->Construct(objects, mVssRays, mViewSpaceBox);
456
457  vssTree = new VssTree;
458  // viewcells = Construct(mVssRays);
459       
460  vssTree->Construct(mVssRays, mViewSpaceBox);
461  cout<<"VssTree root PVS size = "<<vssTree->GetRootPvsSize()<<endl;
462 
463  ExportVssTree("vss-tree-100.x3d", vssTree, Vector3(1,0,0));
464  ExportVssTree("vss-tree-001.x3d", vssTree, Vector3(0,0,1));
465  ExportVssTree("vss-tree-101.x3d", vssTree, Vector3(1,0,1));
466  ExportVssTree("vss-tree-101m.x3d", vssTree, Vector3(-1,0,-1));
467
468  ExportVssTreeLeaves(vssTree, 10);
469
470  // viewcells->UpdatePVS(newVssRays);
471  // get viewcells as kd tree boxes
472  vector<AxisAlignedBox3> kdViewcells;
473  if (0) {
474        vector<KdLeaf *> leaves;
475        mKdTree->CollectLeaves(leaves);
476        vector<KdLeaf *>::const_iterator it;
477        int targetLeaves = 50;
478        float prob = targetLeaves/(float)leaves.size();
479        for (it = leaves.begin(); it != leaves.end(); ++it)
480          if (RandomValue(0.0f,1.0f) < prob)
481                kdViewcells.push_back(mKdTree->GetBox(*it));
482               
483        float avgPvs = GetAvgPvsSize(vssTree, kdViewcells);
484        cout<<"Initial average PVS size = "<<avgPvs<<endl;
485  }
486
487       
488  int samples = 0;
489  int pass = 0;
490
491  /// Rays used for post processing and visualizations.
492  RayContainer storedRays;
493  // cast view cell samples
494  while (1) {
495        int num = mVssSamplesPerPass;
496        SimpleRayContainer rays;
497        VssRayContainer vssRays;
498               
499        if (!mUseImportanceSampling) {
500          for (int j=0; j < num; j++) {
501                Vector3 viewpoint = GetViewpoint(mViewSpaceBox);
502                Vector3 direction = GetDirection(viewpoint, mViewSpaceBox);
503                rays.push_back(SimpleRay(viewpoint, direction));
504          }
505        } else {
506          num = GenerateImportanceRays(vssTree, num, rays);
507        }
508                       
509        for (int i=0; i < rays.size(); i++)
510          CastRay(rays[i].mOrigin, rays[i].mDirection, vssRays);
511               
512        vssTree->AddRays(vssRays);
513               
514        if (0) {
515          int subdivided = vssTree->UpdateSubdivision();
516          cout<<"subdivided leafs = "<<subdivided<<endl;
517        }
518
519        float avgPvs = GetAvgPvsSize(vssTree, kdViewcells);
520        cout<<"Average PVS size = "<<avgPvs<<endl;
521
522        if (numExportRays) {
523          char filename[64];
524          if (mUseImportanceSampling)
525                sprintf(filename, "vss-rays-i%04d.x3d", pass);
526          else
527                sprintf(filename, "vss-rays-%04d.x3d", pass);
528                       
529          ExportRays(filename, vssRays, numExportRays);
530        }
531
532        //-- prepare traversal rays for view cell intersections
533        RayContainer passRays;
534
535        VssRayContainer::const_iterator it, it_end = vssRays.end();
536       
537        for (it = vssRays.begin(); it != it_end; ++ it)
538                passRays.push_back(new Ray(*(*it)));
539       
540        int sampleContributions = 0;
541        int contributingSamples = 0;
542
543        /// compute view cell contribution of rays
544        mViewCellsManager->ComputeSampleContributions(passRays,
545                                                                                                  sampleContributions,
546                                                                                                  contributingSamples);
547       
548        //-- save rays for post processing
549        if (((int)storedRays.size() < mViewCellsManager->GetPostProcessSamples()) ||
550                ((int)storedRays.size() < mViewCellsManager->GetVisualizationSamples()))
551        {
552                RayContainer::const_iterator it, it_end = passRays.end();
553
554                for (it = passRays.begin(); it != it_end; ++ it)
555                        storedRays.push_back(new Ray(*(*it)));
556        }
557        else
558        {
559                CLEAR_CONTAINER(passRays);
560        }
561
562        samples+=num;
563        float pvs = vssTree->GetAvgPvsSize();
564        cout<<"*****************************\n";
565        cout<<samples<<" avgPVS ="<<pvs<<endl;
566        cout<<"VssTree root PVS size = "<<vssTree->GetRootPvsSize()<<endl;
567        cout<<"*****************************\n";
568        if (samples >= mVssSamples)
569          break;
570        pass++;
571  }
572
573  //-- post process view cells
574  mViewCellsManager->PostProcess(objects, storedRays);
575  mViewCellsManager->Visualize(objects, storedRays);
576
577  CLEAR_CONTAINER(storedRays);
578
579  delete vssTree;
580
581  return true;
582}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.