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C++
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C++
// This file is part of libigl, a simple c++ geometry processing library.
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//
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// Copyright (C) 2014 Alec Jacobson <alecjacobson@gmail.com>
|
|
//
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|
// This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla Public License
|
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// 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 "signed_distance.h"
|
|
#include "get_seconds.h"
|
|
#include "per_edge_normals.h"
|
|
#include "parallel_for.h"
|
|
#include "per_face_normals.h"
|
|
#include "per_vertex_normals.h"
|
|
#include "point_mesh_squared_distance.h"
|
|
#include "pseudonormal_test.h"
|
|
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedP,
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename DerivedS,
|
|
typename DerivedI,
|
|
typename DerivedC,
|
|
typename DerivedN>
|
|
IGL_INLINE void igl::signed_distance(
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedP> & P,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const SignedDistanceType sign_type,
|
|
const typename DerivedV::Scalar lower_bound,
|
|
const typename DerivedV::Scalar upper_bound,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedS> & S,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedI> & I,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedC> & C,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedN> & N)
|
|
{
|
|
using namespace Eigen;
|
|
using namespace std;
|
|
const int dim = V.cols();
|
|
assert((V.cols() == 3||V.cols() == 2) && "V should have 3d or 2d positions");
|
|
assert((P.cols() == 3||P.cols() == 2) && "P should have 3d or 2d positions");
|
|
assert(V.cols() == P.cols() && "V should have same dimension as P");
|
|
// Only unsigned distance is supported for non-triangles
|
|
if(sign_type != SIGNED_DISTANCE_TYPE_UNSIGNED)
|
|
{
|
|
assert(F.cols() == dim && "F should have co-dimension 0 simplices");
|
|
}
|
|
typedef Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,3> RowVector3S;
|
|
|
|
// Prepare distance computation
|
|
AABB<DerivedV,3> tree3;
|
|
AABB<DerivedV,2> tree2;
|
|
switch(dim)
|
|
{
|
|
default:
|
|
case 3:
|
|
tree3.init(V,F);
|
|
break;
|
|
case 2:
|
|
tree2.init(V,F);
|
|
break;
|
|
}
|
|
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,Eigen::Dynamic,3> FN,VN,EN;
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedF::Scalar,Eigen::Dynamic,2> E;
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedF::Scalar,Eigen::Dynamic,1> EMAP;
|
|
WindingNumberAABB<RowVector3S,DerivedV,DerivedF> hier3;
|
|
switch(sign_type)
|
|
{
|
|
default:
|
|
assert(false && "Unknown SignedDistanceType");
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_UNSIGNED:
|
|
// do nothing
|
|
break;
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_DEFAULT:
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_WINDING_NUMBER:
|
|
switch(dim)
|
|
{
|
|
default:
|
|
case 3:
|
|
hier3.set_mesh(V,F);
|
|
hier3.grow();
|
|
break;
|
|
case 2:
|
|
// no precomp, no hierarchy
|
|
break;
|
|
}
|
|
break;
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_PSEUDONORMAL:
|
|
switch(dim)
|
|
{
|
|
default:
|
|
case 3:
|
|
// "Signed Distance Computation Using the Angle Weighted Pseudonormal"
|
|
// [Bærentzen & Aanæs 2005]
|
|
per_face_normals(V,F,FN);
|
|
per_vertex_normals(V,F,PER_VERTEX_NORMALS_WEIGHTING_TYPE_ANGLE,FN,VN);
|
|
per_edge_normals(
|
|
V,F,PER_EDGE_NORMALS_WEIGHTING_TYPE_UNIFORM,FN,EN,E,EMAP);
|
|
break;
|
|
case 2:
|
|
FN.resize(F.rows(),2);
|
|
VN = DerivedV::Zero(V.rows(),2);
|
|
for(int e = 0;e<F.rows();e++)
|
|
{
|
|
// rotate edge vector
|
|
FN(e,0) = (V(F(e,1),1)-V(F(e,0),1));
|
|
FN(e,1) = -(V(F(e,1),0)-V(F(e,0),0));
|
|
FN.row(e).normalize();
|
|
// add to vertex normal
|
|
VN.row(F(e,1)) += FN.row(e);
|
|
VN.row(F(e,0)) += FN.row(e);
|
|
}
|
|
// normalize to average
|
|
VN.rowwise().normalize();
|
|
break;
|
|
}
|
|
N.resize(P.rows(),dim);
|
|
break;
|
|
}
|
|
//
|
|
// convert to bounds on (unsiged) squared distances
|
|
typedef typename DerivedV::Scalar Scalar;
|
|
const Scalar max_abs = std::max(std::abs(lower_bound),std::abs(upper_bound));
|
|
const Scalar up_sqr_d = std::pow(max_abs,2.0);
|
|
const Scalar low_sqr_d =
|
|
std::pow(std::max(max_abs-(upper_bound-lower_bound),(Scalar)0.0),2.0);
|
|
|
|
S.resize(P.rows(),1);
|
|
I.resize(P.rows(),1);
|
|
C.resize(P.rows(),dim);
|
|
|
|
parallel_for(P.rows(),[&](const int p)
|
|
//for(int p = 0;p<P.rows();p++)
|
|
{
|
|
RowVector3S q3;
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,2> q2;
|
|
switch(P.cols())
|
|
{
|
|
default:
|
|
case 3:
|
|
q3.head(P.row(p).size()) = P.row(p);
|
|
break;
|
|
case 2:
|
|
q2 = P.row(p).head(2);
|
|
break;
|
|
}
|
|
typename DerivedV::Scalar s=1,sqrd=0;
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,Eigen::Dynamic> c;
|
|
RowVector3S c3;
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,2> c2;
|
|
int i=-1;
|
|
// in all cases compute squared unsiged distances
|
|
sqrd = dim==3?
|
|
tree3.squared_distance(V,F,q3,low_sqr_d,up_sqr_d,i,c3):
|
|
tree2.squared_distance(V,F,q2,low_sqr_d,up_sqr_d,i,c2);
|
|
if(sqrd >= up_sqr_d || sqrd <= low_sqr_d)
|
|
{
|
|
// Out of bounds gets a nan (nans on grids can be flood filled later using
|
|
// igl::flood_fill)
|
|
S(p) = std::numeric_limits<double>::quiet_NaN();
|
|
I(p) = F.rows()+1;
|
|
C.row(p).setConstant(0);
|
|
}else
|
|
{
|
|
// Determine sign
|
|
switch(sign_type)
|
|
{
|
|
default:
|
|
assert(false && "Unknown SignedDistanceType");
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_UNSIGNED:
|
|
break;
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_DEFAULT:
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_WINDING_NUMBER:
|
|
{
|
|
Scalar w = 0;
|
|
if(dim == 3)
|
|
{
|
|
s = 1.-2.*hier3.winding_number(q3.transpose());
|
|
}else
|
|
{
|
|
assert(!V.derived().IsRowMajor);
|
|
assert(!F.derived().IsRowMajor);
|
|
s = 1.-2.*winding_number(V,F,q2);
|
|
}
|
|
break;
|
|
}
|
|
case SIGNED_DISTANCE_TYPE_PSEUDONORMAL:
|
|
{
|
|
RowVector3S n3;
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,2> n2;
|
|
dim==3 ?
|
|
pseudonormal_test(V,F,FN,VN,EN,EMAP,q3,i,c3,s,n3):
|
|
pseudonormal_test(V,E,EN,VN,q2,i,c2,s,n2);
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,Eigen::Dynamic> n;
|
|
(dim==3 ? n = n3 : n = n2);
|
|
N.row(p) = n;
|
|
break;
|
|
}
|
|
}
|
|
I(p) = i;
|
|
S(p) = s*sqrt(sqrd);
|
|
C.row(p) = (dim==3 ? c=c3 : c=c2);
|
|
}
|
|
}
|
|
,10000);
|
|
}
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedP,
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename DerivedS,
|
|
typename DerivedI,
|
|
typename DerivedC,
|
|
typename DerivedN>
|
|
IGL_INLINE void igl::signed_distance(
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedP> & P,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const SignedDistanceType sign_type,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedS> & S,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedI> & I,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedC> & C,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedN> & N)
|
|
{
|
|
typedef typename DerivedV::Scalar Scalar;
|
|
Scalar lower = std::numeric_limits<Scalar>::min();
|
|
Scalar upper = std::numeric_limits<Scalar>::max();
|
|
return signed_distance(P,V,F,sign_type,lower,upper,S,I,C,N);
|
|
}
|
|
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename DerivedFN,
|
|
typename DerivedVN,
|
|
typename DerivedEN,
|
|
typename DerivedEMAP,
|
|
typename Derivedq>
|
|
IGL_INLINE typename DerivedV::Scalar igl::signed_distance_pseudonormal(
|
|
const AABB<DerivedV,3> & tree,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedFN> & FN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedVN> & VN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedEN> & EN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedEMAP> & EMAP,
|
|
const Eigen::MatrixBase<Derivedq> & q)
|
|
{
|
|
typename DerivedV::Scalar s,sqrd;
|
|
Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,3> n,c;
|
|
int i = -1;
|
|
signed_distance_pseudonormal(tree,V,F,FN,VN,EN,EMAP,q,s,sqrd,i,c,n);
|
|
return s*sqrt(sqrd);
|
|
}
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedP,
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename DerivedFN,
|
|
typename DerivedVN,
|
|
typename DerivedEN,
|
|
typename DerivedEMAP,
|
|
typename DerivedS,
|
|
typename DerivedI,
|
|
typename DerivedC,
|
|
typename DerivedN>
|
|
IGL_INLINE void igl::signed_distance_pseudonormal(
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedP> & P,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const AABB<DerivedV,3> & tree,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedFN> & FN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedVN> & VN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedEN> & EN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedEMAP> & EMAP,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedS> & S,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedI> & I,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedC> & C,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<DerivedN> & N)
|
|
{
|
|
using namespace Eigen;
|
|
const size_t np = P.rows();
|
|
S.resize(np,1);
|
|
I.resize(np,1);
|
|
N.resize(np,3);
|
|
C.resize(np,3);
|
|
typedef typename AABB<DerivedV,3>::RowVectorDIMS RowVector3S;
|
|
# pragma omp parallel for if(np>1000)
|
|
for(std::ptrdiff_t p = 0;p<np;p++)
|
|
{
|
|
typename DerivedV::Scalar s,sqrd;
|
|
RowVector3S n,c;
|
|
int i = -1;
|
|
RowVector3S q = P.row(p);
|
|
signed_distance_pseudonormal(tree,V,F,FN,VN,EN,EMAP,q,s,sqrd,i,c,n);
|
|
S(p) = s*sqrt(sqrd);
|
|
I(p) = i;
|
|
N.row(p) = n;
|
|
C.row(p) = c;
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename DerivedFN,
|
|
typename DerivedVN,
|
|
typename DerivedEN,
|
|
typename DerivedEMAP,
|
|
typename Derivedq,
|
|
typename Scalar,
|
|
typename Derivedc,
|
|
typename Derivedn>
|
|
IGL_INLINE void igl::signed_distance_pseudonormal(
|
|
const AABB<DerivedV,3> & tree,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedFN> & FN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedVN> & VN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedEN> & EN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedEMAP> & EMAP,
|
|
const Eigen::MatrixBase<Derivedq> & q,
|
|
Scalar & s,
|
|
Scalar & sqrd,
|
|
int & i,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<Derivedc> & c,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<Derivedn> & n)
|
|
{
|
|
using namespace Eigen;
|
|
using namespace std;
|
|
//typedef Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,3> RowVector3S;
|
|
// Alec: Why was this constructor around q necessary?
|
|
//sqrd = tree.squared_distance(V,F,RowVector3S(q),i,(RowVector3S&)c);
|
|
// Alec: Why was this constructor around c necessary?
|
|
//sqrd = tree.squared_distance(V,F,q,i,(RowVector3S&)c);
|
|
sqrd = tree.squared_distance(V,F,q,i,c);
|
|
pseudonormal_test(V,F,FN,VN,EN,EMAP,q,i,c,s,n);
|
|
}
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedE,
|
|
typename DerivedEN,
|
|
typename DerivedVN,
|
|
typename Derivedq,
|
|
typename Scalar,
|
|
typename Derivedc,
|
|
typename Derivedn>
|
|
IGL_INLINE void igl::signed_distance_pseudonormal(
|
|
const AABB<DerivedV,2> & tree,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedE> & E,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedEN> & EN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedVN> & VN,
|
|
const Eigen::MatrixBase<Derivedq> & q,
|
|
Scalar & s,
|
|
Scalar & sqrd,
|
|
int & i,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<Derivedc> & c,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<Derivedn> & n)
|
|
{
|
|
using namespace Eigen;
|
|
using namespace std;
|
|
typedef Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,2> RowVector2S;
|
|
sqrd = tree.squared_distance(V,E,RowVector2S(q),i,(RowVector2S&)c);
|
|
pseudonormal_test(V,E,EN,VN,q,i,c,s,n);
|
|
}
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename Derivedq>
|
|
IGL_INLINE typename DerivedV::Scalar igl::signed_distance_winding_number(
|
|
const AABB<DerivedV,3> & tree,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const igl::WindingNumberAABB<Derivedq,DerivedV,DerivedF> & hier,
|
|
const Eigen::MatrixBase<Derivedq> & q)
|
|
{
|
|
typedef typename DerivedV::Scalar Scalar;
|
|
Scalar s,sqrd;
|
|
Eigen::Matrix<Scalar,1,3> c;
|
|
int i=-1;
|
|
signed_distance_winding_number(tree,V,F,hier,q,s,sqrd,i,c);
|
|
return s*sqrt(sqrd);
|
|
}
|
|
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename Derivedq,
|
|
typename Scalar,
|
|
typename Derivedc>
|
|
IGL_INLINE void igl::signed_distance_winding_number(
|
|
const AABB<DerivedV,3> & tree,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const igl::WindingNumberAABB<Derivedq,DerivedV,DerivedF> & hier,
|
|
const Eigen::MatrixBase<Derivedq> & q,
|
|
Scalar & s,
|
|
Scalar & sqrd,
|
|
int & i,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<Derivedc> & c)
|
|
{
|
|
using namespace Eigen;
|
|
using namespace std;
|
|
typedef Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,3> RowVector3S;
|
|
sqrd = tree.squared_distance(V,F,RowVector3S(q),i,(RowVector3S&)c);
|
|
const Scalar w = hier.winding_number(q.transpose());
|
|
s = 1.-2.*w;
|
|
}
|
|
|
|
template <
|
|
typename DerivedV,
|
|
typename DerivedF,
|
|
typename Derivedq,
|
|
typename Scalar,
|
|
typename Derivedc>
|
|
IGL_INLINE void igl::signed_distance_winding_number(
|
|
const AABB<DerivedV,2> & tree,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedV> & V,
|
|
const Eigen::MatrixBase<DerivedF> & F,
|
|
const Eigen::MatrixBase<Derivedq> & q,
|
|
Scalar & s,
|
|
Scalar & sqrd,
|
|
int & i,
|
|
Eigen::PlainObjectBase<Derivedc> & c)
|
|
{
|
|
using namespace Eigen;
|
|
using namespace std;
|
|
typedef Eigen::Matrix<typename DerivedV::Scalar,1,2> RowVector2S;
|
|
sqrd = tree.squared_distance(V,F,RowVector2S(q),i,(RowVector2S&)c);
|
|
Scalar w;
|
|
// TODO: using .data() like this is very dangerous... This is assuming
|
|
// colmajor order
|
|
assert(!V.derived().IsRowMajor);
|
|
assert(!F.derived().IsRowMajor);
|
|
s = 1.-2.*winding_number(V,F,q);
|
|
}
|
|
|
|
#ifdef IGL_STATIC_LIBRARY
|
|
// Explicit template instantiation
|
|
// generated by autoexplicit.sh
|
|
template void igl::signed_distance<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1>, 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::Matrix<int, -1, 1, 0, -1, 1>, Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3>, Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> >(Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, -1, 0, -1, -1> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, Eigen::MatrixBase<Eigen::Matrix<int, -1, 3, 1, -1, 3> > const&, igl::SignedDistanceType, Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3>::Scalar, Eigen::Matrix<double, -1, 3, 1, -1, 3>::Scalar, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<int, -1, 1, 0, -1, 1> >&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> >&, Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<double, -1, 3, 0, -1, 3> >&);
|
|
// generated by autoexplicit.sh
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// generated by autoexplicit.sh
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#endif
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