src/BLSURFPlugin/BLSURFPlugin_Attractor.cxx

   1 // Copyright (C) 2007-2012  CEA/DEN, EDF R&D
   2 //
   3 // This library is free software; you can redistribute it and/or
   4 // modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   5 // License as published by the Free Software Foundation; either
   6 // version 2.1 of the License.
   7 //
   8 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
   9 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11 // Lesser General Public License for more details.
  12 //
  13 // You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  14 // License along with this library; if not, write to the Free Software
  15 // Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  16 //
  17 // See http://www.salome-platform.org/ or email : webmaster.salome@opencascade.com
  18 //
  19
  20 // ---
  21 // File    : BLSURFPlugin_Attractor.cxx
  22 // Authors : Renaud Nédélec (OCC)
  23 // ---
  24 //
  25 // The idea of the algorithm used to calculate the distance on a
  26 // non-euclidian parametric surface has been found in the ref. below:
  27 //
  28 // Ref:"Accurate Anisotropic Fast Marching for Diffusion-Based Geodesic Tractography"
  29 // S. Jbabdi, P. Bellec, R. Toro, Daunizeau, M. Pélégrini-Issac, and H. Benali1
  30 //
  31
  32 #include "BLSURFPlugin_Attractor.hxx"
  33 #include <utilities.h>
  34 #include <algorithm>
  35 #include <cmath>
  36
  37 // cascade include
  38 #include "ShapeAnalysis.hxx"
  39 #include "ShapeConstruct_ProjectCurveOnSurface.hxx"
  40 #include <Precision.hxx>
  41
  42 BLSURFPlugin_Attractor::BLSURFPlugin_Attractor ()
  43   : _face(),
  44   _attractorShape(),
  45   _attEntry(),
  46   _gridU(0),
  47   _gridV(0),
  48   _vectU(),
  49   _vectV(),
  50   _DMap(),
  51   _known(),
  52   _trial(),
  53   _u1 (0.),
  54   _u2 (0.),
  55   _v1 (0.),
  56   _v2 (0.),
  57   _startSize(-1),
  58   _endSize(-1),
  59   _actionRadius(-1),
  60   _constantRadius(-1),
  61   _type(-1),
  62   _isMapBuilt(false),
  63   _isEmpty(true){ MESSAGE("construction of a void attractor"); }
  64
  65 BLSURFPlugin_Attractor::BLSURFPlugin_Attractor (const TopoDS_Face& Face, const TopoDS_Shape& Attractor, const std::string& attEntry)
  66   : _face(),
  67   _attractorShape(),
  68   _attEntry(attEntry),
  69   _gridU(),
  70   _gridV(),
  71   _vectU(),
  72   _vectV(),
  73   _DMap(),
  74   _known(),
  75   _trial(),
  76   _u1 (0.),
  77   _u2 (0.),
  78   _v1 (0.),
  79   _v2 (0.),
  80   _startSize(-1),
  81   _endSize(-1),
  82   _actionRadius(-1),
  83   _constantRadius(-1),
  84   _type(0),
  85   _isMapBuilt(false),
  86   _isEmpty(false)
  87 {
  88   _face = Face;
  89   _attractorShape = Attractor;
  90
  91   init();
  92 }
  93
  94 bool BLSURFPlugin_Attractor::init(){
  95   Standard_Real u0,v0;
  96   int i,j,i0,j0 ;
  97   _known.clear();
  98   _trial.clear();
  99   Handle(Geom_Surface) aSurf = BRep_Tool::Surface(_face);
 100
 101   // Calculation of the bounds of the face
 102   ShapeAnalysis::GetFaceUVBounds(_face,_u1,_u2,_v1,_v2);
 103
 104   _gridU = 300;
 105   _gridV = 300;
 106
 107   for (i=0; i<=_gridU; i++){
 108     _vectU.push_back(_u1+i*(_u2-_u1)/_gridU) ;
 109   }
 110   for (j=0; j<=_gridV; j++){
 111     _vectV.push_back(_v1+j*(_v2-_v1)/_gridV) ;
 112   }
 113
 114   // Initialization of _DMap and _known
 115   std::vector<double> temp(_gridV+1,std::numeric_limits<double>::infinity());  // Set distance of all "far" points to Infinity
 116   for (i=0; i<=_gridU; i++){
 117     _DMap.push_back(temp);
 118   }
 119   std::vector<bool> temp2(_gridV+1,false);
 120   for (i=0; i<=_gridU; i++){
 121     _known.push_back(temp2);
 122   }
 123
 124
 125   // Determination of the starting points
 126   TopExp_Explorer anEdgeExp(_attractorShape, TopAbs_EDGE, TopAbs_FACE);
 127   TopExp_Explorer aVertExp(_attractorShape, TopAbs_VERTEX, TopAbs_EDGE);
 128
 129   for(; anEdgeExp.More(); anEdgeExp.Next()){
 130     const TopoDS_Edge& anEdge = TopoDS::Edge(anEdgeExp.Current());
 131     edgeInit(aSurf, anEdge);
 132   }
 133
 134   for(; aVertExp.More(); aVertExp.Next()){
 135     const TopoDS_Vertex& aVertex = TopoDS::Vertex(aVertExp.Current());
 136     Trial_Pnt TPnt(3,0);
 137     gp_Pnt P = BRep_Tool::Pnt(aVertex);
 138     GeomAPI_ProjectPointOnSurf projector( P, aSurf );
 139     projector.LowerDistanceParameters(u0,v0);
 140     i0 = floor ( (u0 - _u1) * _gridU / (_u2 - _u1) + 0.5 );
 141     j0 = floor ( (v0 - _v1) * _gridV / (_v2 - _v1) + 0.5 );
 142     TPnt[0]=0.;                                                                // Set the distance of the starting point to 0.
 143     TPnt[1]=i0;
 144     TPnt[2]=j0;
 145     _DMap[i0][j0] = 0.;
 146     _trial.insert(TPnt);                                                       // Move starting point to _trial
 147   }
 148
 149   return true;
 150 }
 151
 152 void BLSURFPlugin_Attractor::edgeInit(Handle(Geom_Surface) theSurf, const TopoDS_Edge& anEdge){
 153   gp_Pnt2d P2;
 154   double first;
 155   double last;
 156   int i,j,i0,j0;
 157   Trial_Pnt TPnt(3,0);
 158   Handle(Geom2d_Curve) aCurve2d;
 159   Handle(Geom_Curve) aCurve3d = BRep_Tool::Curve (anEdge, first, last);
 160   ShapeConstruct_ProjectCurveOnSurface curveProjector;
 161   curveProjector.Init(theSurf, Precision::Confusion());
 162   curveProjector.PerformAdvanced (aCurve3d, first, last, aCurve2d);
 163
 164   int N = 1200;
 165   for (i=0; i<=N; i++){
 166     P2 = aCurve2d->Value(first + i * (last-first) / N);
 167     i0 = floor( (P2.X() - _u1) * _gridU / (_u2 - _u1) + 0.5 );
 168     j0 = floor( (P2.Y() - _v1) * _gridV / (_v2 - _v1) + 0.5 );
 169     TPnt[0] = 0.;
 170     TPnt[1] = i0;
 171     TPnt[2] = j0;
 172     _DMap[i0][j0] = 0.;
 173     _trial.insert(TPnt);
 174   }
 175 }
 176
 177
 178 void BLSURFPlugin_Attractor::SetParameters(double Start_Size, double End_Size, double Action_Radius, double Constant_Radius){
 179   _startSize = Start_Size;
 180   _endSize = End_Size;
 181   _actionRadius = Action_Radius;
 182   _constantRadius = Constant_Radius;
 183 }
 184
 185 double BLSURFPlugin_Attractor::_distance(double u, double v){
 186
 187   //   BLSURF seems to perform a linear interpolation so it's sufficient to give it a non-continuous distance map
 188   int i = floor ( (u - _u1) * _gridU / (_u2 - _u1) + 0.5 );
 189   int j = floor ( (v - _v1) * _gridV / (_v2 - _v1) + 0.5 );
 190
 191   return _DMap[i][j];
 192 }
 193
 194
 195 double BLSURFPlugin_Attractor::GetSize(double u, double v){
 196   double myDist = 0.5 * (_distance(u,v) - _constantRadius + fabs(_distance(u,v) - _constantRadius));
 197   switch(_type)
 198   {
 199     case TYPE_EXP:
 200       if (fabs(_actionRadius) <= std::numeric_limits<double>::epsilon()){
 201         if (myDist <= std::numeric_limits<double>::epsilon()){
 202           return _startSize;
 203         }
 204         else {
 205           return _endSize;
 206         }
 207       }
 208       else{
 209         return _endSize - (_endSize - _startSize) * exp(- myDist * myDist / (_actionRadius * _actionRadius) );
 210       }
 211       break;
 212     case TYPE_LIN:
 213         return _startSize + ( 0.5 * (_distance(u,v) - _constantRadius + abs(_distance(u,v) - _constantRadius)) ) ;
 214       break;
 215   }
 216 }
 217
 218
 219 void BLSURFPlugin_Attractor::BuildMap(){
 220
 221   MESSAGE("building the map");
 222   int i, j, k, n;
 223   int count = 0;
 224   int ip, jp, kp, np;
 225   int i0, j0;
 226   gp_Pnt P;
 227   gp_Vec D1U,D1V;
 228   double Guu, Gvv, Guv;         // Components of the local metric tensor
 229   double du, dv;
 230   double D_Ref = 0.;
 231   double Dist = 0.;
 232   bool Dist_changed;
 233   IJ_Pnt Current_Pnt(2,0);
 234   Trial_Pnt TPnt(3,0);
 235   TTrialSet::iterator min;
 236   TTrialSet::iterator found;
 237   Handle(Geom_Surface) aSurf = BRep_Tool::Surface(_face);
 238
 239   // While there are points in "Trial" (representing a kind of advancing front), loop on them -----------------------------------------------------------
 240   while (_trial.size() > 0 ){
 241     min = _trial.begin();                        // Get trial point with min distance from start
 242     i0 = (*min)[1];
 243     j0 = (*min)[2];
 244     _known[i0][j0] = true;                       // Move it to "Known"
 245     _trial.erase(min);                           // Remove it from "Trial"
 246
 247     // Loop on neighbours of the trial min --------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 248     for (i=i0 - 1 ; i <= i0 + 1 ; i++){
 249       if (!aSurf->IsUPeriodic()){                          // Periodic conditions in U
 250         if (i > _gridU ){
 251           break; }
 252         else if (i < 0){
 253           i++; }
 254       }
 255       ip = (i + _gridU + 1) % (_gridU+1);                  // We get a periodic index :
 256       for (j=j0 - 1 ; j <= j0 + 1 ; j++){                  //    ip=modulo(i,N+2) so that  i=-1->ip=N; i=0 -> ip=0 ; ... ; i=N+1 -> ip=0;
 257         if (!aSurf->IsVPeriodic()){                        // Periodic conditions in V .
 258           if (j > _gridV ){
 259             break; }
 260           else if (j < 0){
 261             j++;
 262           }
 263         }
 264         jp = (j + _gridV + 1) % (_gridV+1);
 265
 266         if (!_known[ip][jp]){                              // If the distance is not known yet
 267           aSurf->D1(_vectU[ip],_vectV[jp],P,D1U,D1V);      // Calculate the metric tensor at (i,j)
 268           // G(i,j)  =  | ||dS/du||**2          *     |
 269           //            | <dS/du,dS/dv>  ||dS/dv||**2 |
 270           Guu = D1U.X()*D1U.X() +  D1U.Y()*D1U.Y() + D1U.Z()*D1U.Z();    // Guu = ||dS/du||**2
 271           Gvv = D1V.X()*D1V.X() +  D1V.Y()*D1V.Y() + D1V.Z()*D1V.Z();    // Gvv = ||dS/dv||**2
 272           Guv = D1U.X()*D1V.X() +  D1U.Y()*D1V.Y() + D1U.Z()*D1V.Z();    // Guv = Gvu = < dS/du,dS/dv >
 273           D_Ref = _DMap[ip][jp];                           // Set a ref. distance of the point to its value in _DMap
 274           TPnt[0] = D_Ref;                                 // (may be infinite or uncertain)
 275           TPnt[1] = ip;
 276           TPnt[2] = jp;
 277           Dist_changed = false;
 278
 279           // Loop on neighbours to calculate the min distance from them ---------------------------------------------------------------------------------
 280           for (k=i - 1 ; k <= i + 1 ; k++){
 281             if (!aSurf->IsUPeriodic()){                              // Periodic conditions in U
 282               if(k > _gridU ){
 283                 break;
 284               }
 285               else if (k < 0){
 286                 k++; }
 287             }
 288             kp = (k + _gridU + 1) % (_gridU+1);                      // periodic index
 289             for (n=j - 1 ; n <= j + 1 ; n++){
 290               if (!aSurf->IsVPeriodic()){                            // Periodic conditions in V
 291                 if(n > _gridV){
 292                   break;
 293                 }
 294                 else if (n < 0){
 295                   n++; }
 296               }
 297               np = (n + _gridV + 1) % (_gridV+1);
 298               if (_known[kp][np]){                                   // If the distance of the neighbour is known
 299                                                                      // Calculate the distance from (k,n)
 300                 du = (k-i) * (_u2 - _u1) / _gridU;
 301                 dv = (n-j) * (_v2 - _v1) / _gridV;
 302                 Dist = _DMap[kp][np] + sqrt( Guu * du*du + 2*Guv * du*dv + Gvv * dv*dv );   // ds**2 = du'Gdu + 2*du'Gdv + dv'Gdv  (G is always symetrical)
 303                 if (Dist < D_Ref) {                                  // If smaller than ref. distance  ->  update ref. distance
 304                   D_Ref = Dist;
 305                   Dist_changed = true;
 306                 }
 307               }
 308             }
 309           } // End of the loop on neighbours --------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 310
 311           if (Dist_changed) {                              // If distance has been updated, update _trial
 312             found=_trial.find(TPnt);
 313             if (found != _trial.end()){
 314               _trial.erase(found);                         // Erase the point if it was already in _trial
 315             }
 316             TPnt[0] = D_Ref;
 317             TPnt[1] = ip;
 318             TPnt[2] = jp;
 319             _DMap[ip][jp] = D_Ref;                         // Set it distance to the minimum distance found during the loop above
 320             _trial.insert(TPnt);                           // Insert it (or reinsert it) in _trial
 321           }
 322         } // end if (!_known[ip][jp])
 323       } // for
 324     } // for
 325   } // while (_trial)
 326   _known.clear();
 327   _trial.clear();
 328   _isMapBuilt = true;
 329 } // end of BuildMap()
 330
 331
 332