libs/evoral/src/Curve.cpp

   1 /* This file is part of Evoral.
   2  * Copyright (C) 2008 David Robillard <http://drobilla.net>
   3  * Copyright (C) 2000-2008 Paul Davis
   4  *
   5  * Evoral is free software; you can redistribute it and/or modify it under the
   6  * terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
   7  * Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
   8  * version.
   9  *
  10  * Evoral is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
  11  * WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  12  * FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  15  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  16  * 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  17  */
  18
  19 #include <iostream>
  20 #include <float.h>
  21 #include <cmath>
  22 #include <climits>
  23 #include <cfloat>
  24 #include <cmath>
  25
  26 #include <glibmm/thread.h>
  27
  28 #include "evoral/Curve.hpp"
  29 #include "evoral/ControlList.hpp"
  30
  31 using namespace std;
  32 using namespace sigc;
  33
  34 namespace Evoral {
  35
  36
  37 Curve::Curve (const ControlList& cl)
  38         : _dirty (true)
  39         , _list (cl)
  40 {
  41 }
  42
  43 void
  44 Curve::solve ()
  45 {
  46         uint32_t npoints;
  47
  48         if (!_dirty) {
  49                 return;
  50         }
  51
  52         if ((npoints = _list.events().size()) > 2) {
  53
  54                 /* Compute coefficients needed to efficiently compute a constrained spline
  55                    curve. See "Constrained Cubic Spline Interpolation" by CJC Kruger
  56                    (www.korf.co.uk/spline.pdf) for more details.
  57                 */
  58
  59                 double x[npoints];
  60                 double y[npoints];
  61                 uint32_t i;
  62                 ControlList::EventList::const_iterator xx;
  63
  64                 for (i = 0, xx = _list.events().begin(); xx != _list.events().end(); ++xx, ++i) {
  65                         x[i] = (double) (*xx)->when;
  66                         y[i] = (double) (*xx)->value;
  67                 }
  68
  69                 double lp0, lp1, fpone;
  70
  71                 lp0 = (x[1] - x[0])/(y[1] - y[0]);
  72                 lp1 = (x[2] - x[1])/(y[2] - y[1]);
  73
  74                 if (lp0*lp1 < 0) {
  75                         fpone = 0;
  76                 } else {
  77                         fpone = 2 / (lp1 + lp0);
  78                 }
  79
  80                 double fplast = 0;
  81
  82                 for (i = 0, xx = _list.events().begin(); xx != _list.events().end(); ++xx, ++i) {
  83
  84                         double xdelta;   /* gcc is wrong about possible uninitialized use */
  85                         double xdelta2;  /* ditto */
  86                         double ydelta;   /* ditto */
  87                         double fppL, fppR;
  88                         double fpi;
  89
  90                         if (i > 0) {
  91                                 xdelta = x[i] - x[i-1];
  92                                 xdelta2 = xdelta * xdelta;
  93                                 ydelta = y[i] - y[i-1];
  94                         }
  95
  96                         /* compute (constrained) first derivatives */
  97
  98                         if (i == 0) {
  99
 100                                 /* first segment */
 101
 102                                 fplast = ((3 * (y[1] - y[0]) / (2 * (x[1] - x[0]))) - (fpone * 0.5));
 103
 104                                 /* we don't store coefficients for i = 0 */
 105
 106                                 continue;
 107
 108                         } else if (i == npoints - 1) {
 109
 110                                 /* last segment */
 111
 112                                 fpi = ((3 * ydelta) / (2 * xdelta)) - (fplast * 0.5);
 113
 114                         } else {
 115
 116                                 /* all other segments */
 117
 118                                 double slope_before = ((x[i+1] - x[i]) / (y[i+1] - y[i]));
 119                                 double slope_after = (xdelta / ydelta);
 120
 121                                 if (slope_after * slope_before < 0.0) {
 122                                         /* slope changed sign */
 123                                         fpi = 0.0;
 124                                 } else {
 125                                         fpi = 2 / (slope_before + slope_after);
 126                                 }
 127                         }
 128
 129                         /* compute second derivative for either side of control point `i' */
 130
 131                         fppL = (((-2 * (fpi + (2 * fplast))) / (xdelta))) +
 132                                 ((6 * ydelta) / xdelta2);
 133
 134                         fppR = (2 * ((2 * fpi) + fplast) / xdelta) -
 135                                 ((6 * ydelta) / xdelta2);
 136
 137                         /* compute polynomial coefficients */
 138
 139                         double b, c, d;
 140
 141                         d = (fppR - fppL) / (6 * xdelta);
 142                         c = ((x[i] * fppL) - (x[i-1] * fppR))/(2 * xdelta);
 143
 144                         double xim12, xim13;
 145                         double xi2, xi3;
 146
 147                         xim12 = x[i-1] * x[i-1];  /* "x[i-1] squared" */
 148                         xim13 = xim12 * x[i-1];   /* "x[i-1] cubed" */
 149                         xi2 = x[i] * x[i];        /* "x[i] squared" */
 150                         xi3 = xi2 * x[i];         /* "x[i] cubed" */
 151
 152                         b = (ydelta - (c * (xi2 - xim12)) - (d * (xi3 - xim13))) / xdelta;
 153
 154                         /* store */
 155
 156                         (*xx)->create_coeffs();
 157                         (*xx)->coeff[0] = y[i-1] - (b * x[i-1]) - (c * xim12) - (d * xim13);
 158                         (*xx)->coeff[1] = b;
 159                         (*xx)->coeff[2] = c;
 160                         (*xx)->coeff[3] = d;
 161
 162                         fplast = fpi;
 163                 }
 164
 165         }
 166
 167         _dirty = false;
 168 }
 169
 170 bool
 171 Curve::rt_safe_get_vector (double x0, double x1, float *vec, int32_t veclen)
 172 {
 173         Glib::Mutex::Lock lm(_list.lock(), Glib::TRY_LOCK);
 174
 175         if (!lm.locked()) {
 176                 return false;
 177         } else {
 178                 _get_vector (x0, x1, vec, veclen);
 179                 return true;
 180         }
 181 }
 182
 183 void
 184 Curve::get_vector (double x0, double x1, float *vec, int32_t veclen)
 185 {
 186         Glib::Mutex::Lock lm(_list.lock());
 187         _get_vector (x0, x1, vec, veclen);
 188 }
 189
 190 void
 191 Curve::_get_vector (double x0, double x1, float *vec, int32_t veclen)
 192 {
 193         double rx, dx, lx, hx, max_x, min_x;
 194         int32_t i;
 195         int32_t original_veclen;
 196         int32_t npoints;
 197
 198         if ((npoints = _list.events().size()) == 0) {
 199                 for (i = 0; i < veclen; ++i) {
 200                         vec[i] = _list.default_value();
 201                 }
 202                 return;
 203         }
 204
 205         /* events is now known not to be empty */
 206
 207         max_x = _list.events().back()->when;
 208         min_x = _list.events().front()->when;
 209
 210         lx = max (min_x, x0);
 211
 212         if (x1 < 0) {
 213                 x1 = _list.events().back()->when;
 214         }
 215
 216         hx = min (max_x, x1);
 217
 218         original_veclen = veclen;
 219
 220         if (x0 < min_x) {
 221
 222                 /* fill some beginning section of the array with the
 223                    initial (used to be default) value
 224                 */
 225
 226                 double frac = (min_x - x0) / (x1 - x0);
 227                 int32_t subveclen = (int32_t) floor (veclen * frac);
 228
 229                 subveclen = min (subveclen, veclen);
 230
 231                 for (i = 0; i < subveclen; ++i) {
 232                         vec[i] = _list.events().front()->value;
 233                 }
 234
 235                 veclen -= subveclen;
 236                 vec += subveclen;
 237         }
 238
 239         if (veclen && x1 > max_x) {
 240
 241                 /* fill some end section of the array with the default or final value */
 242
 243                 double frac = (x1 - max_x) / (x1 - x0);
 244
 245                 int32_t subveclen = (int32_t) floor (original_veclen * frac);
 246
 247                 float val;
 248
 249                 subveclen = min (subveclen, veclen);
 250
 251                 val = _list.events().back()->value;
 252
 253                 i = veclen - subveclen;
 254
 255                 for (i = veclen - subveclen; i < veclen; ++i) {
 256                         vec[i] = val;
 257                 }
 258
 259                 veclen -= subveclen;
 260         }
 261
 262         if (veclen == 0) {
 263                 return;
 264         }
 265
 266         if (npoints == 1) {
 267
 268                 for (i = 0; i < veclen; ++i) {
 269                         vec[i] = _list.events().front()->value;
 270                 }
 271                 return;
 272         }
 273
 274
 275         if (npoints == 2) {
 276
 277                 /* linear interpolation between 2 points */
 278
 279                 /* XXX I'm not sure that this is the right thing to
 280                    do here. but its not a common case for the envisaged
 281                    uses.
 282                 */
 283
 284                 if (veclen > 1) {
 285                         dx = (hx - lx) / (veclen - 1) ;
 286                 } else {
 287                         dx = 0; // not used
 288                 }
 289
 290                 double slope = (_list.events().back()->value - _list.events().front()->value)/
 291                         (_list.events().back()->when - _list.events().front()->when);
 292                 double yfrac = dx*slope;
 293
 294                 vec[0] = _list.events().front()->value + slope * (lx - _list.events().front()->when);
 295
 296                 for (i = 1; i < veclen; ++i) {
 297                         vec[i] = vec[i-1] + yfrac;
 298                 }
 299                 return;
 300         }
 301
 302         if (_dirty) {
 303                 solve ();
 304         }
 305
 306         rx = lx;
 307
 308         if (veclen > 1) {
 309                 dx = (hx - lx) / (veclen - 1);
 310         } else {
 311                 dx = 0;
 312         }
 313
 314         for (i = 0; i < veclen; ++i, rx += dx) {
 315                 vec[i] = multipoint_eval (rx);
 316         }
 317 }
 318
 319 double
 320 Curve::unlocked_eval (double x)
 321 {
 322         // I don't see the point of this...
 323
 324         if (_dirty) {
 325                 solve ();
 326         }
 327
 328         return _list.unlocked_eval (x);
 329 }
 330
 331 double
 332 Curve::multipoint_eval (double x)
 333 {
 334         pair<ControlList::EventList::const_iterator,ControlList::EventList::const_iterator> range;
 335
 336         ControlList::LookupCache& lookup_cache = _list.lookup_cache();
 337
 338         if ((lookup_cache.left < 0) ||
 339             ((lookup_cache.left > x) ||
 340              (lookup_cache.range.first == _list.events().end()) ||
 341              ((*lookup_cache.range.second)->when < x))) {
 342
 343                 ControlEvent cp (x, 0.0);
 344
 345                 lookup_cache.range = equal_range (_list.events().begin(), _list.events().end(), &cp, ControlList::time_comparator);
 346         }
 347
 348         range = lookup_cache.range;
 349
 350         /* EITHER
 351
 352            a) x is an existing control point, so first == existing point, second == next point
 353
 354            OR
 355
 356            b) x is between control points, so range is empty (first == second, points to where
 357                to insert x)
 358
 359         */
 360
 361         if (range.first == range.second) {
 362
 363                 /* x does not exist within the list as a control point */
 364
 365                 lookup_cache.left = x;
 366
 367                 if (range.first == _list.events().begin()) {
 368                         /* we're before the first point */
 369                         // return default_value;
 370                         _list.events().front()->value;
 371                 }
 372
 373                 if (range.second == _list.events().end()) {
 374                         /* we're after the last point */
 375                         return _list.events().back()->value;
 376                 }
 377
 378                 double x2 = x * x;
 379                 ControlEvent* ev = *range.second;
 380
 381                 return ev->coeff[0] + (ev->coeff[1] * x) + (ev->coeff[2] * x2) + (ev->coeff[3] * x2 * x);
 382         }
 383
 384         /* x is a control point in the data */
 385         /* invalidate the cached range because its not usable */
 386         lookup_cache.left = -1;
 387         return (*range.first)->value;
 388 }
 389
 390 } // namespace Evoral
 391
 392 extern "C" {
 393
 394 void
 395 curve_get_vector_from_c (void *arg, double x0, double x1, float* vec, int32_t vecsize)
 396 {
 397         static_cast<Evoral::Curve*>(arg)->get_vector (x0, x1, vec, vecsize);
 398 }
 399
 400 }