dust3d/third_party/libigl/include/igl/doublearea.cpp

263 lines
17 KiB
C++

// This file is part of libigl, a simple c++ geometry processing library.
//
// Copyright (C) 2013 Alec Jacobson <alecjacobson@gmail.com>
//
// This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla Public License
// v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed with this file, You can
// obtain one at http://mozilla.org/MPL/2.0/.
#include "doublearea.h"
#include "edge_lengths.h"
#include "parallel_for.h"
#include "sort.h"
#include <cassert>
#include <iostream>
#include <limits>
template <typename DerivedV, typename DerivedF, typename DeriveddblA>
IGL_INLINE void igl::doublearea(
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
Eigen::PlainObjectBase<DeriveddblA> & dblA)
{
// quads are handled by a specialized function
if (F.cols() == 4) return doublearea_quad(V,F,dblA);
const int dim = V.cols();
// Only support triangles
assert(F.cols() == 3);
const size_t m = F.rows();
// Compute edge lengths
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar, Eigen::Dynamic, 3> l;
// Projected area helper
const auto & proj_doublearea =
[&V,&F](const int x, const int y, const int f)
->typename DerivedV::Scalar
{
auto rx = V(F(f,0),x)-V(F(f,2),x);
auto sx = V(F(f,1),x)-V(F(f,2),x);
auto ry = V(F(f,0),y)-V(F(f,2),y);
auto sy = V(F(f,1),y)-V(F(f,2),y);
return rx*sy - ry*sx;
};
switch(dim)
{
case 3:
{
dblA = DeriveddblA::Zero(m,1);
for(size_t f = 0;f<m;f++)
{
for(int d = 0;d<3;d++)
{
const auto dblAd = proj_doublearea(d,(d+1)%3,f);
dblA(f) += dblAd*dblAd;
}
}
dblA = dblA.array().sqrt().eval();
break;
}
case 2:
{
dblA.resize(m,1);
for(size_t f = 0;f<m;f++)
{
dblA(f) = proj_doublearea(0,1,f);
}
break;
}
default:
{
edge_lengths(V,F,l);
return doublearea(l,0.,dblA);
}
}
}
template <
typename DerivedA,
typename DerivedB,
typename DerivedC,
typename DerivedD>
IGL_INLINE void igl::doublearea(
const Eigen::MatrixBase<DerivedA> & A,
const Eigen::MatrixBase<DerivedB> & B,
const Eigen::MatrixBase<DerivedC> & C,
Eigen::PlainObjectBase<DerivedD> & D)
{
assert((B.cols() == A.cols()) && "dimensions of A and B should match");
assert((C.cols() == A.cols()) && "dimensions of A and C should match");
assert(A.rows() == B.rows() && "corners should have same length");
assert(A.rows() == C.rows() && "corners should have same length");
switch(A.cols())
{
case 2:
{
// For 2d compute signed area
const auto & R = A-C;
const auto & S = B-C;
D = (R.col(0).array()*S.col(1).array() -
R.col(1).array()*S.col(0).array()).template cast<
typename DerivedD::Scalar>();
break;
}
default:
{
Eigen::Matrix<typename DerivedD::Scalar,DerivedD::RowsAtCompileTime,3>
uL(A.rows(),3);
uL.col(0) = ((B-C).rowwise().norm()).template cast<typename DerivedD::Scalar>();
uL.col(1) = ((C-A).rowwise().norm()).template cast<typename DerivedD::Scalar>();
uL.col(2) = ((A-B).rowwise().norm()).template cast<typename DerivedD::Scalar>();
doublearea(uL,D);
}
}
}
template <
typename DerivedA,
typename DerivedB,
typename DerivedC>
IGL_INLINE typename DerivedA::Scalar igl::doublearea_single(
const Eigen::MatrixBase<DerivedA> & A,
const Eigen::MatrixBase<DerivedB> & B,
const Eigen::MatrixBase<DerivedC> & C)
{
assert(A.size() == 2 && "Vertices should be 2D");
assert(B.size() == 2 && "Vertices should be 2D");
assert(C.size() == 2 && "Vertices should be 2D");
auto r = A-C;
auto s = B-C;
return r(0)*s(1) - r(1)*s(0);
}
template <typename Derivedl, typename DeriveddblA>
IGL_INLINE void igl::doublearea(
const Eigen::MatrixBase<Derivedl> & ul,
Eigen::PlainObjectBase<DeriveddblA> & dblA)
{
// Default is to leave NaNs and fire asserts in debug mode
return doublearea(
ul,std::numeric_limits<typename Derivedl::Scalar>::quiet_NaN(),dblA);
}
template <typename Derivedl, typename DeriveddblA>
IGL_INLINE void igl::doublearea(
const Eigen::MatrixBase<Derivedl> & ul,
const typename Derivedl::Scalar nan_replacement,
Eigen::PlainObjectBase<DeriveddblA> & dblA)
{
using namespace Eigen;
using namespace std;
typedef typename Derivedl::Index Index;
// Only support triangles
assert(ul.cols() == 3);
// Number of triangles
const Index m = ul.rows();
Eigen::Matrix<typename Derivedl::Scalar, Eigen::Dynamic, 3> l;
MatrixXi _;
//
// "Miscalculating Area and Angles of a Needle-like Triangle"
// https://people.eecs.berkeley.edu/~wkahan/Triangle.pdf
igl::sort(ul,2,false,l,_);
// semiperimeters
//Matrix<typename Derivedl::Scalar,Dynamic,1> s = l.rowwise().sum()*0.5;
//assert((Index)s.rows() == m);
// resize output
dblA.resize(l.rows(),1);
parallel_for(
m,
[&l,&dblA,&nan_replacement](const int i)
{
// Kahan's Heron's formula
typedef typename Derivedl::Scalar Scalar;
const Scalar arg =
(l(i,0)+(l(i,1)+l(i,2)))*
(l(i,2)-(l(i,0)-l(i,1)))*
(l(i,2)+(l(i,0)-l(i,1)))*
(l(i,0)+(l(i,1)-l(i,2)));
dblA(i) = 2.0*0.25*sqrt(arg);
// Alec: If the input edge lengths were computed from floating point
// vertex positions then there's no guarantee that they fulfill the
// triangle inequality (in their floating point approximations). For
// nearly degenerate triangles the round-off error during side-length
// computation may be larger than (or rather smaller) than the height of
// the triangle. In "Lecture Notes on Geometric Robustness" Shewchuck 09,
// Section 3.1 http://www.cs.berkeley.edu/~jrs/meshpapers/robnotes.pdf,
// he recommends computing the triangle areas for 2D and 3D using 2D
// signed areas computed with determinants.
assert(
(nan_replacement == nan_replacement ||
(l(i,2) - (l(i,0)-l(i,1)))>=0)
&& "Side lengths do not obey the triangle inequality.");
if(dblA(i) != dblA(i))
{
dblA(i) = nan_replacement;
}
assert(dblA(i) == dblA(i) && "DOUBLEAREA() PRODUCED NaN");
},
1000l);
}
template <typename DerivedV, typename DerivedF, typename DeriveddblA>
IGL_INLINE void igl::doublearea_quad(
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
Eigen::PlainObjectBase<DeriveddblA> & dblA)
{
assert(V.cols() == 3); // Only supports points in 3D
assert(F.cols() == 4); // Only support quads
const size_t m = F.rows();
// Split the quads into triangles
Eigen::MatrixXi Ft(F.rows()*2,3);
for(size_t i=0; i<m;++i)
{
Ft.row(i*2 ) << F(i,0), F(i,1), F(i,2);
Ft.row(i*2 + 1) << F(i,2), F(i,3), F(i,0);
}
// Compute areas
Eigen::VectorXd doublearea_tri;
igl::doublearea(V,Ft,doublearea_tri);
dblA.resize(F.rows(),1);
for(unsigned i=0; i<F.rows();++i)
{
dblA(i) = doublearea_tri(i*2) + doublearea_tri(i*2 + 1);
}
}
#ifdef IGL_STATIC_LIBRARY
// Explicit template instantiation
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>::Scalar, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, 2, 0, -1, 2>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 2, 0, -1, 2> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 1, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 1, -1, -1> > const&, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 1, -1, -1>::Scalar, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, 1, 3, 1, 1, 3>, Eigen::Matrix<float, 1, 3, 1, 1, 3>, Eigen::Matrix<float, 1, 3, 1, 1, 3>, Eigen::Matrix<double, 1, 1, 0, 1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, 1, 3, 1, 1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, 1, 3, 1, 1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, 1, 3, 1, 1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, 1, 1, 0, 1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 1, -1, -1>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 1, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<unsigned int, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<unsigned int, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<unsigned int, -1, -1, 1, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<float, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<unsigned int, -1, -1, 1, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<unsigned int, -1, -1, 1, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<unsigned int, -1, -1, 1, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<int, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<int, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 0, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, 1, 3, 1, 1, 3>, Eigen::Matrix<double, 1, 3, 1, 1, 3>, Eigen::Matrix<double, 1, 3, 1, 1, 3>, Eigen::Matrix<double, 1, 1, 0, 1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, 1, 3, 1, 1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, 1, 3, 1, 1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, 1, 3, 1, 1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, 1, 1, 0, 1, 1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >&);
template void igl::doublearea<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3>, Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&);
template Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>::Scalar igl::doublearea_single<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&);
template Eigen::Matrix<double, 2, 1, 0, 2, 1>::Scalar igl::doublearea_single<Eigen::Matrix<double, 2, 1, 0, 2, 1>, Eigen::Matrix<double, 2, 1, 0, 2, 1>, Eigen::Matrix<double, 2, 1, 0, 2, 1> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, 2, 1, 0, 2, 1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, 2, 1, 0, 2, 1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, 2, 1, 0, 2, 1> > const&);
#endif