aec892a781349f28c60ba8a3e9d34c3a77b55194
[swftools.git] / lib / gfxtools.c
1 /* gfxtools.c 
2
3    Various utility functions for dealing with gfxdevices.
4
5    Part of the swftools package.
6
7    Copyright (c) 2005 Matthias Kramm <kramm@quiss.org> 
8
9    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
10    it under the terms of the GNU General Public License as published by
11    the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
12    (at your option) any later version.
13
14    This program is distributed in the hope that it will be useful,
15    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
17    GNU General Public License for more details.
18
19    You should have received a copy of the GNU General Public License
20    along with this program; if not, write to the Free Software
21    Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA */
22
23 #include <stdio.h>
24 #include <memory.h>
25 #include <math.h>
26 #include <assert.h>
27 #include "gfxtools.h"
28
29 typedef struct _linedraw_internal
30 {
31     gfxline_t*start;
32     gfxline_t*next;
33 } linedraw_internal_t;
34
35 static void linedraw_moveTo(gfxdrawer_t*d, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
36 {
37     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
38     gfxline_t*l = rfx_alloc(sizeof(gfxline_t));
39     l->type = gfx_moveTo;
40     if((int)((d->x * 5120) == (int)(x * 5120)) &&
41        (int)((d->y * 5120) == (int)(y * 5120))) {
42         /* never mind- we're already there */
43         return;
44
45     }
46     d->x = l->x = x;
47     d->y = l->y = y;
48     l->next = 0;
49     if(i->next)
50         i->next->next = l;
51     i->next = l;
52     if(!i->start)
53         i->start = l;
54 }
55 static void linedraw_lineTo(gfxdrawer_t*d, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
56 {
57     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
58     gfxline_t*l = rfx_alloc(sizeof(gfxline_t));
59     l->type = gfx_lineTo;
60     d->x = l->x = x;
61     d->y = l->y = y;
62     l->next = 0;
63     if(i->next)
64         i->next->next = l;
65     i->next = l;
66     if(!i->start)
67         i->start = l;
68 }
69 static void linedraw_splineTo(gfxdrawer_t*d, gfxcoord_t sx, gfxcoord_t sy, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
70 {
71     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
72     gfxline_t*l = rfx_alloc(sizeof(gfxline_t));
73     l->type = gfx_splineTo;
74     d->x = l->x = x; 
75     d->y = l->y = y;
76     l->sx = sx; 
77     l->sy = sy;
78     l->next = 0;
79     if(i->next)
80         i->next->next = l;
81     i->next = l;
82     if(!i->start)
83         i->start = l;
84 }
85 static void* linedraw_result(gfxdrawer_t*d)
86 {
87     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)d->internal;
88     void*result = (void*)i->start;
89     rfx_free(i);
90     memset(d, 0, sizeof(gfxdrawer_t));
91     return result;
92 }
93
94 void gfxdrawer_target_gfxline(gfxdrawer_t*d)
95 {
96     linedraw_internal_t*i = (linedraw_internal_t*)rfx_calloc(sizeof(linedraw_internal_t));
97     d->internal = i;
98     d->moveTo = linedraw_moveTo;
99     d->lineTo = linedraw_lineTo;
100     d->splineTo = linedraw_splineTo;
101     d->result = linedraw_result;
102 }
103
104 typedef struct _qspline_abc
105 {
106     double ax,bx,cx;
107     double ay,by,cy;
108 } qspline_abc_t;
109
110 typedef struct qspline_t
111 {
112     gfxpoint_t start;
113     gfxpoint_t control;
114     gfxpoint_t end;
115 } qspline_t;
116
117 typedef struct cspline_t
118 {
119     gfxpoint_t start;
120     gfxpoint_t control1;
121     gfxpoint_t control2;
122     gfxpoint_t end;
123 } cspline_t;
124
125 static void mkspline(qspline_abc_t*s, double x, double y, gfxline_t*l)
126 {
127     /* 
128        Form 1: x = t*t*l->x + 2*t*(1-t)*l->sx + (1-t)*(1-t)*x;
129        Form 2: x = a*t*t + b*t + c
130     */
131     s->cx = x; s->bx = 2*l->sx - 2*x; s->ax = l->x - 2*l->sx + x;
132     s->cy = y; s->by = 2*l->sy - 2*y; s->ay = l->y - 2*l->sy + y;
133 }
134
135 static void spline_get_controlpoint(qspline_abc_t*q, double t1, double t2, double*dx, double*dy)
136 {
137     double dt = t2-t1;
138     double nax = q->ax*dt*dt;
139     double nay = q->ay*dt*dt;
140     double nbx = 2*q->ax*dt*t1 + q->bx*dt;
141     double nby = 2*q->ay*dt*t1 + q->by*dt;
142     double ncx = q->ax*t1*t1 + q->bx*t1 + q->cx;
143     double ncy = q->ay*t1*t1 + q->by*t1 + q->cy;
144     *dx = ncx + nbx/2;
145     *dy = ncy + nby/2;
146 }
147
148 static double get_spline_len(qspline_abc_t*s)
149 {
150     int parts = (int)(sqrt(fabs(s->ax) + fabs(s->ay))*3);
151     int i;
152     double len = 0;
153     double r;
154     double r2;
155     if(parts < 3) parts = 3;
156     r = 1.0/parts;
157     r2 = 1.0/(parts*parts);
158     for(i=0;i<parts;i++)
159     {
160         double dx = s->ax*(2*i+1)*r2 + s->bx*r;
161         double dy = s->ay*(2*i+1)*r2 + s->by*r;
162         len += sqrt(dx*dx+dy*dy);
163     }
164     /*printf("Spline from %f,%f to %f,%f has len %f (%f)\n", s->cx, s->cy, 
165             s->cx + s->bx + s->ax,
166             s->cy + s->by + s->ay, len,
167             sqrt((s->bx + s->ax)*(s->bx + s->ax) + (s->by + s->ay)*(s->by + s->ay))
168             );
169     assert(len+0.5 >= sqrt((s->bx + s->ax)*(s->bx + s->ax) + (s->by + s->ay)*(s->by + s->ay)));
170      */
171     return len;
172 }
173
174 void gfxtool_draw_dashed_line(gfxdrawer_t*d, gfxline_t*line, float*r, float phase)
175 {
176     double x=0,y=0;
177     double linepos,nextpos;
178     char on;
179     int apos;
180
181     if(line && line->type != gfx_moveTo) {
182         fprintf(stderr, "gfxtool: outline doesn't start with a moveTo");
183         return;
184     }
185     if(!r || r[0]<0 || phase<0) {
186         fprintf(stderr, "gfxtool: invalid dashes");
187         return;
188     }
189
190     for(;line;line=line->next) {
191         if(line->type == gfx_moveTo) {
192             d->moveTo(d, line->x, line->y);
193             on = 1; nextpos = r[0]; apos = 0; linepos = 0;
194             x = line->x; y = line->y;
195             while(linepos < phase) {
196                 //printf("[+] linepos: %f, phase: %f, on:%d, apos:%d nextpos:%f\n", linepos, phase, on, apos, nextpos);
197                 linepos += r[apos];
198                 if(linepos < phase) {
199                     on ^= 1;
200                     if(r[++apos]<0)
201                         apos = 0;
202                     nextpos += r[apos];
203                 }
204             }
205             linepos = phase;
206             //printf("[k] linepos: %f, phase: %f, on:%d, apos:%d nextpos:%f \n", linepos, phase, on, apos, nextpos);
207         } else if(line->type == gfx_lineTo) {
208             double dx = line->x - x;
209             double dy = line->y - y;
210             double len = sqrt(dx*dx+dy*dy);
211             double vx;
212             double vy;
213             double lineend = linepos+len;
214             if(len==0)
215                 continue;
216             vx = dx/len;
217             vy = dy/len;
218             assert(nextpos>=linepos);
219             //printf("(line) on:%d apos: %d nextpos: %f, line pos: %f, line end: %f\n", on, apos, nextpos, linepos, linepos+len);
220             while(nextpos<lineend) {
221                 double nx = x + vx*(nextpos-linepos);
222                 double ny = y + vy*(nextpos-linepos);
223                 if(on) {d->lineTo(d, nx,ny);/*printf("lineTo %f\n", nextpos);*/}
224                 else   {d->moveTo(d, nx,ny);/*printf("moveTo %f\n", nextpos);*/}
225                 on^=1;
226                 if(r[++apos]<0)
227                     apos = 0;
228                 nextpos+=r[apos];
229             }
230             linepos = lineend;
231             if(on) {
232                 //printf("lineTo %f\n", 1.0);
233                 d->lineTo(d, line->x,line->y);
234             }
235             x = line->x; y = line->y;
236         } else if(line->type == gfx_splineTo) {
237             qspline_abc_t q;
238             double len, lineend,lastt;
239             mkspline(&q, x, y, line);
240
241             len = get_spline_len(&q);
242             //printf("%f %f -> %f %f, len: %f\n", x, y, line->x, line->y, len);
243             if(len==0)
244                 continue;
245             lineend = linepos+len;
246             lastt = 0;
247             if(nextpos<linepos)
248                 printf("%f !< %f\n", nextpos, linepos);
249             assert(nextpos>=linepos);
250             //printf("(spline) on:%d apos: %d nextpos: %f, line pos: %f, line end: %f\n", on, apos, nextpos, linepos, linepos+len);
251             while(nextpos<lineend) {
252                 double t = (nextpos-linepos)/len;
253                 //printf("%f (%f-%f) apos=%d r[apos]=%f\n", t, nextpos, linepos, apos, r[apos]);
254                 double nx = q.ax*t*t+q.bx*t+q.cx;
255                 double ny = q.ay*t*t+q.by*t+q.cy;
256                 if(on) {
257                     double sx,sy;
258                     spline_get_controlpoint(&q, lastt, t, &sx, &sy);
259                     d->splineTo(d, sx, sy, nx,ny);
260                     //printf("splineTo %f\n", nextpos);
261                 } else  {
262                     d->moveTo(d, nx,ny);
263                     //printf("moveTo %f\n", nextpos);
264                 }
265                 lastt =  t;
266                 on^=1;
267                 if(r[++apos]<0)
268                     apos = 0;
269                 nextpos+=r[apos];
270             }
271             linepos = lineend;
272             if(on) {
273                 double sx,sy;
274                 spline_get_controlpoint(&q, lastt, 1, &sx, &sy);
275                 d->splineTo(d, sx, sy, line->x,line->y);
276                 //printf("splineTo %f\n", 1.0);
277             }
278             x = line->x; y = line->y;
279         }
280     }
281 }
282
283 gfxline_t* gfxtool_dash_line(gfxline_t*line, float*dashes, float phase)
284 {
285     gfxdrawer_t d;
286     gfxline_t*result;
287     gfxdrawer_target_gfxline(&d);
288     gfxtool_draw_dashed_line(&d, line, dashes, phase);
289     result= (gfxline_t*)d.result(&d);
290     return result;
291 }
292
293 void gfxline_show(gfxline_t*l, FILE*fi)
294 {
295     while(l) {
296         if(l->type == moveTo) {
297             fprintf(fi, "moveTo %.2f,%.2f\n", l->x, l->y);
298         }
299         if(l->type == lineTo) {
300             fprintf(fi, "lineTo %.2f,%.2f\n", l->x, l->y);
301         }
302         if(l->type == splineTo) {
303             fprintf(fi, "splineTo %.2f,%.2f %.2f,%.2f\n", l->sx, l->sy, l->x, l->y);
304         }
305         l = l->next;
306     }
307 }
308
309 void gfxline_free(gfxline_t*l)
310 {
311     gfxline_t*next;
312     while(l) {
313         next = l->next;
314         l->next = 0;
315         rfx_free(l);
316         l = next;
317     }
318 }
319
320 static inline gfxpoint_t cspline_getpoint(const struct cspline_t*s, double t)
321 {
322     gfxpoint_t p;
323     double tt = t*t;
324     double ttt = tt*t;
325     double mt = (1-t);
326     double mtmt = mt*(1-t);
327     double mtmtmt = mtmt*(1-t);
328     p.x= s->end.x*ttt + 3*s->control2.x*tt*mt
329             + 3*s->control1.x*t*mtmt + s->start.x*mtmtmt;
330     p.y= s->end.y*ttt + 3*s->control2.y*tt*mt
331             + 3*s->control1.y*t*mtmt + s->start.y*mtmtmt;
332     return p;
333 }
334 static gfxpoint_t qspline_getpoint(const qspline_t*s, double t)
335 {
336     gfxpoint_t p;
337     p.x= s->end.x*t*t + 2*s->control.x*t*(1-t) + s->start.x*(1-t)*(1-t);
338     p.y= s->end.y*t*t + 2*s->control.y*t*(1-t) + s->start.y*(1-t)*(1-t);
339     return p;
340 }
341
342 static int approximate3(const cspline_t*s, qspline_t*q, int size, double quality2)
343 {
344     unsigned int gran = 0;
345     unsigned int istep = 0x80000000;
346     unsigned int istart = 0;
347     int num = 0;
348     int level = 0;
349     
350     while(istart<0x80000000)
351     {
352         unsigned int iend = istart + istep;
353         double start = istart/(double)0x80000000;
354         double end = iend/(double)0x80000000;
355         qspline_t test;
356         double pos,qpos;
357         char left = 0,recurse=0;
358         int t;
359         int probes = 15;
360         double dx,dy;
361
362         /* create simple approximation: a qspline_t which run's through the
363            qspline_t point at 0.5 */
364         test.start = cspline_getpoint(s, start);
365         test.control = cspline_getpoint(s, (start+end)/2);
366         test.end = cspline_getpoint(s, end);
367         /* fix the control point:
368            move it so that the new spline does runs through it */
369         test.control.x = -(test.end.x + test.start.x)/2 + 2*(test.control.x);
370         test.control.y = -(test.end.y + test.start.y)/2 + 2*(test.control.y);
371
372         /* depending on where we are in the spline, we either try to match
373            the left or right tangent */
374         if(start<0.5) 
375             left=1;
376         /* get derivative */
377         pos = left?start:end;
378         qpos = pos*pos;
379         test.control.x = s->end.x*(3*qpos) + 3*s->control2.x*(2*pos-3*qpos) + 
380                     3*s->control1.x*(1-4*pos+3*qpos) + s->start.x*(-3+6*pos-3*qpos);
381         test.control.y = s->end.y*(3*qpos) + 3*s->control2.y*(2*pos-3*qpos) + 
382                     3*s->control1.y*(1-4*pos+3*qpos) + s->start.y*(-3+6*pos-3*qpos);
383         if(left) {
384             test.control.x *= (end-start)/2;
385             test.control.y *= (end-start)/2;
386             test.control.x += test.start.x;
387             test.control.y += test.start.y;
388         } else {
389             test.control.x *= -(end-start)/2;
390             test.control.y *= -(end-start)/2;
391             test.control.x += test.end.x;
392             test.control.y += test.end.y;
393         }
394
395 #define PROBES
396 #ifdef PROBES
397         /* measure the spline's accurancy, by taking a number of probes */
398         for(t=0;t<probes;t++) {
399             gfxpoint_t qr1,qr2,cr1,cr2;
400             double pos = 0.5/(probes*2)*(t*2+1);
401             double dx,dy;
402             double dist1,dist2;
403             qr1 = qspline_getpoint(&test, pos);
404             cr1 = cspline_getpoint(s, start+pos*(end-start));
405
406             dx = qr1.x - cr1.x;
407             dy = qr1.y - cr1.y;
408             dist1 = dx*dx+dy*dy;
409
410             if(dist1>quality2) {
411                 recurse=1;break;
412             }
413             qr2 = qspline_getpoint(&test, (1-pos));
414             cr2 = cspline_getpoint(s, start+(1-pos)*(end-start));
415
416             dx = qr2.x - cr2.x;
417             dy = qr2.y - cr2.y;
418             dist2 = dx*dx+dy*dy;
419
420             if(dist2>quality2) {
421                 recurse=1;break;
422             }
423         }
424 #else // quadratic error: *much* faster!
425
426         /* convert control point representation to 
427            d*x^3 + c*x^2 + b*x + a */
428
429         /* FIXME: we need to do this for the subspline between [start,end],
430            not [0,1] */
431         dx= s->end.x  - s->control2.x*3 + s->control1.x*3 - s->start.x;
432         dy= s->end.y  - s->control2.y*3 + s->control1.y*3 - s->start.y;
433         
434         /* use the integral over (f(x)-g(x))^2 between 0 and 1
435            to measure the approximation quality. 
436            (it boils down to const*d^2)
437          */
438         recurse = (dx*dx + dy*dy > quality2);
439 #endif
440
441         if(recurse && istep>1 && size-level > num) {
442             istep >>= 1;
443             level++;
444         } else {
445             *q++ = test;
446             num++;
447             istart += istep;
448             while(!(istart & istep)) {
449                 level--;
450                 istep <<= 1;
451             }
452         }
453     }
454     return num;
455 }
456
457 void gfxdraw_conicTo(gfxdrawer_t*draw, double cx, double cy, double tox, double toy)
458 {
459     double c1x = (draw->x + 2 * cx) / 3;
460     double c1y = (draw->y + 2 * cy) / 3;
461     double c2x = (2 * cx + tox) / 3;
462     double c2y = (2 * cy + toy) / 3;
463     gfxdraw_cubicTo(draw, c1x, c1y, c2x, c2y, tox, toy);
464 }
465
466
467 void gfxdraw_cubicTo(gfxdrawer_t*draw, double c1x, double c1y, double c2x, double c2y, double x, double y)
468 {
469     qspline_t q[128];
470     cspline_t c;
471     double maxerror = 0.04;
472     int t,num;
473
474     c.start.x = draw->x;
475     c.start.y = draw->y;
476     c.control1.x = c1x;
477     c.control1.y = c1y;
478     c.control2.x = c2x;
479     c.control2.y = c2y;
480     c.end.x = x;
481     c.end.y = y;
482     
483     num = approximate3(&c, q, 128, maxerror*maxerror);
484
485     for(t=0;t<num;t++) {
486         gfxpoint_t mid;
487         gfxpoint_t to;
488         mid.x = q[t].control.x;
489         mid.y = q[t].control.y;
490         to.x = q[t].end.x;
491         to.y = q[t].end.y;
492         draw->splineTo(draw, mid.x, mid.y, to.x, to.y);
493     }
494 }
495
496 gfxbbox_t gfxbbox_expand_to_point(gfxbbox_t box, gfxcoord_t x, gfxcoord_t y)
497 {
498     if(box.xmin==0 && box.ymin==0 && box.xmax==0 && box.ymax==0) {
499         box.xmin = x;
500         box.ymin = y;
501         box.xmax = x;
502         box.ymax = y;
503         if(x==0 && y==0) box.xmax = 0.0000001;
504         return box;
505     }
506     if(x < box.xmin)
507         box.xmin = x;
508     if(x > box.xmax)
509         box.xmax = x;
510     if(y < box.ymin)
511         box.ymin = y;
512     if(y > box.ymax)
513         box.ymax = y;
514     return box;
515 }
516
517 gfxbbox_t gfxline_getbbox(gfxline_t*line)
518 {
519     gfxcoord_t x=0,y=0;
520     gfxbbox_t bbox = {0,0,0,0};
521     char last = 0;
522     while(line) {
523         if(line->type == gfx_moveTo) {
524             last = 1;
525         } else if(line->type == gfx_lineTo) {
526             if(last) bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, x, y);
527             bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, line->x, line->y);
528             last = 0;
529         } else if(line->type == gfx_splineTo) {
530             if(last) bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, x, y);
531             bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, line->sx, line->sy);
532             bbox = gfxbbox_expand_to_point(bbox, line->x, line->y);
533             last = 0;
534         }
535         x = line->x;
536         y = line->y;
537         line = line->next;
538     }
539     return bbox;
540 }
541
542 void gfxline_dump(gfxline_t*line, FILE*fi, char*prefix)
543 {
544     while(line) {
545         if(line->type == gfx_moveTo) {
546             fprintf(fi, "%smoveTo %.2f %.2f\n", prefix, line->x, line->y);
547         } else if(line->type == gfx_lineTo) {
548             fprintf(fi, "%slineTo %.2f %.2f\n", prefix, line->x, line->y);
549         } else if(line->type == gfx_splineTo) {
550             fprintf(fi, "%ssplineTo (%.2f %.2f) %.2f %.2f\n", prefix, line->sx, line->sy, line->x, line->y);
551         }
552         line = line->next;
553     }
554 }
555
556 void gfxline_append(gfxline_t*line1, gfxline_t*line2)
557 {
558     while(line1) {
559         line1 = line1->next;
560     }
561     line1->next = line2;
562 }