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[diderot] Annotation of /benchmarks/programs/vr-lite-cam/bmark-teem.c
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Annotation of /benchmarks/programs/vr-lite-cam/bmark-teem.c

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Revision 1586 - (view) (download) (as text)

1 : jhr 1533 /*! \file vr-lite-cam.c
2 :     *
3 :     * \author Nick Seltzer
4 :     */
5 :    
6 :     /*
7 :     * COPYRIGHT (c) 2011 The Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
8 :     * All rights reserved.
9 :     */
10 :    
11 :     #include <stdio.h>
12 :     #include <math.h>
13 :     #include <stdbool.h>
14 :     #include "teem/nrrd.h"
15 :     #include "teem/gage.h"
16 :    
17 : jhr 1586 #include "teem-defs.h"
18 : jhr 1533
19 :     STATIC_INLINE double dot3(double vec1[3], double vec2[3])
20 :     {
21 :     return (vec1[0] * vec2[0] + vec1[1] * vec2[1] + vec1[2] * vec2[2]);
22 :     }
23 :    
24 :     STATIC_INLINE double mag3(double vec[3])
25 :     {
26 :     return sqrt(dot3(vec, vec));
27 :     }
28 :    
29 :     STATIC_INLINE void norm3(double vec[3], double res[3])
30 :     {
31 :     double mag = mag3(vec);
32 :     res[0] = vec[0] / mag;
33 :     res[1] = vec[1] / mag;
34 :     res[2] = vec[2] / mag;
35 :     }
36 :    
37 :     STATIC_INLINE void add3(double vec1[3], double vec2[3], double res[3])
38 :     {
39 :     res[0] = vec1[0] + vec2[0];
40 :     res[1] = vec1[1] + vec2[1];
41 :     res[2] = vec1[2] + vec2[2];
42 :     }
43 :    
44 :     STATIC_INLINE void sub3(double vec1[3], double vec2[3], double res[3])
45 :     {
46 :     res[0] = vec1[0] - vec2[0];
47 :     res[1] = vec1[1] - vec2[1];
48 :     res[2] = vec1[2] - vec2[2];
49 :     }
50 :    
51 :     // Note res cannot be vec1 or vec2
52 :     STATIC_INLINE void cross(double vec1[3], double vec2[3], double res[3])
53 :     {
54 :     res[0] = vec1[1] * vec2[2] - vec1[2] * vec2[1];
55 :     res[1] = vec1[2] * vec2[0] - vec1[0] * vec2[2];
56 :     res[2] = vec1[0] * vec2[1] - vec1[1] * vec2[0];
57 :     }
58 :    
59 :     STATIC_INLINE void scale_vec3(double scl, double vec[3], double res[3])
60 :     {
61 :     res[0] = scl * vec[0];
62 :     res[1] = scl * vec[1];
63 :     res[2] = scl * vec[2];
64 :     }
65 :    
66 :     STATIC_INLINE bool inside(double pos[3])
67 :     {
68 :     // XXX - Hack
69 :     if(pos[0] < -0.5 || pos[0] > 175.5) return false;
70 :     if(pos[1] < -0.5 || pos[1] > 186.5) return false;
71 :     if(pos[2] < -0.5 || pos[2] > 189.5) return false;
72 :     return true;
73 :     }
74 :    
75 :     STATIC_INLINE double lerp(double out_min, double out_max, double in_min, double in, double in_max)
76 :     {
77 :     return (out_min * (in_max - in) + out_max * (in - in_min)) / (in_max - in_min);
78 :     }
79 :    
80 :     STATIC_INLINE unsigned char ulerp(double in_min, double in, double in_max)
81 :     {
82 :     return (unsigned char)((0.0f * (in_max - in) + 255.0f * (in - in_min)) / (in_max - in_min));
83 :     }
84 :    
85 :     int main ()
86 :     {
87 :     char *infile = "../../data/vfrhand-nohip.nhdr";
88 :     char *outfile = "vr-lite-cam.pgm";
89 :     double Zero[3] = {0, 0, 0};
90 :     double camEye[3] = {127.331, -1322.05, 272.53};
91 :     double camAt[3] = {63.0, 82.6536, 98.0};
92 :     double camUp[3] = {0.9987, 0.0459166, -0.0221267};
93 :     double camNear = -78.0;
94 :     double camFar = 78.0;
95 :     double camFOV = 5.0;
96 :     int imgResU = 480;
97 :     int imgResV = 345;
98 :     double rayStep = 0.5;
99 :     double valOpacMin = 400.0; // 400.0 for skin, 1150.0 for bone
100 :     double valOpacMax = 700.0; // 700.0 for skin, 1450.0 for bone
101 :     double temp[3];
102 :     double temp2[3];
103 :     double temp3[3];
104 :     sub3(camAt, camEye, temp);
105 :     double camDist = mag3( temp );
106 :     double camVspNear = camDist + camNear;
107 :     double camVspFar = camDist + camFar;
108 :     double camN[3];
109 :     norm3(temp, camN);
110 :     double camU[3];
111 :     cross(camN, camUp, temp);
112 :     norm3(temp, camU);
113 :     double camV[3];
114 :     cross(camN, camU, camV);
115 :     double camVmax = tan(camFOV*3.1415926536/360.0)*camDist;
116 :     double camUmax = camVmax*(double)(imgResU)/(double)(imgResV);
117 :     double lightVspDir[3] = {0.9, -1.0, -2.5};
118 :     scale_vec3(lightVspDir[0], camU, temp);
119 :     scale_vec3(lightVspDir[1], camV, temp2);
120 :     add3(temp, temp2, temp);
121 :     scale_vec3(lightVspDir[2], camN, temp2);
122 :     add3(temp, temp2, temp);
123 :     double lightDir[3];
124 :     norm3(temp, lightDir);
125 :     double phongKa = 0.05;
126 :     double phongKd = 0.80;
127 :     double phongKs = 0.20;
128 :     double phongSp = 30.0;
129 :    
130 :     // Read in the data
131 :     char* err;
132 :     Nrrd *nin;
133 :     int status;
134 :     nin = nrrdNew();
135 : jhr 1575 if(nin == NULL) {
136 : jhr 1533 err = biffGetDone(NRRD);
137 :     fprintf(stderr, "Trouble allocating nrrd struct:\n%s", err);
138 :     free(err);
139 :     return -1;
140 :     }
141 :    
142 :    
143 :     status = nrrdLoad(nin, infile, NULL);
144 : jhr 1575 if (status) {
145 : jhr 1533 err = biffGetDone(NRRD);
146 :     fprintf(stderr, "Trouble reading \"%s\":\n%s", infile, err);
147 :     free(err);
148 :     nrrdNix(nin);
149 :     return -1;
150 :     }
151 :    
152 :     // Get data for mip
153 :     gageContext *ctx;
154 :     gagePerVolume *pvl;
155 :     const double *val;
156 :     const double *grad;
157 :     double kparm[NRRD_KERNEL_PARMS_NUM];
158 :    
159 :     ctx = gageContextNew();
160 : jhr 1575 if(ctx == NULL) {
161 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
162 :     fprintf(stderr, "Trouble allocating gage context:\n%s", err);
163 :     free(err);
164 :     nrrdNuke(nin);
165 :     return -1;
166 :     }
167 :    
168 :     pvl = gagePerVolumeNew(ctx, nin, gageKindScl);
169 : jhr 1575 if(pvl == NULL) {
170 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
171 :     fprintf(stderr, "Trouble allocating gage PerVolume:\n%s", err);
172 :     free(err);
173 :     gageContextNix(ctx);
174 :     nrrdNuke(nin);
175 :     return -1;
176 :     }
177 :    
178 :     status = gagePerVolumeAttach(ctx, pvl);
179 : jhr 1575 if(status) {
180 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
181 :     fprintf(stderr, "Trouble attaching gage PerVolume:\n%s", err);
182 :     free(err);
183 :     gageContextNix(ctx);
184 :     nrrdNuke(nin);
185 :     return -1;
186 :     }
187 :    
188 :     // It's okay to use kparm unitialized here: gageKernelSet ignores it.
189 :     status = gageKernelSet(ctx, gageKernel00, nrrdKernelBSpline3, kparm);
190 : jhr 1575 if(status) {
191 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
192 :     fprintf(stderr, "Trouble setting kernel:\n%s", err);
193 :     free(err);
194 :     gageContextNix(ctx);
195 :     nrrdNuke(nin);
196 :     return -1;
197 :     }
198 :    
199 :     // It's okay to use kparm unitialized here: gageKernelSet ignores it.
200 :     status = gageKernelSet(ctx, gageKernel11, nrrdKernelBSpline3D, kparm);
201 : jhr 1575 if(status) {
202 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
203 :     fprintf(stderr, "Trouble setting kernel:\n%s", err);
204 :     free(err);
205 :     gageContextNix(ctx);
206 :     nrrdNuke(nin);
207 :     return -1;
208 :     }
209 :    
210 :     status = gageQueryItemOn(ctx, pvl, gageSclValue);
211 : jhr 1575 if(status) {
212 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
213 :     fprintf(stderr, "Trouble with gageQueryItemOn:\n%s", err);
214 :     free(err);
215 :     gageContextNix(ctx);
216 :     nrrdNuke(nin);
217 :     return -1;
218 :     }
219 :    
220 :     status = gageQueryItemOn(ctx, pvl, gageSclGradVec);
221 : jhr 1575 if(status) {
222 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
223 :     fprintf(stderr, "Trouble with gageQueryItemOn:\n%s", err);
224 :     free(err);
225 :     gageContextNix(ctx);
226 :     nrrdNuke(nin);
227 :     return -1;
228 :     }
229 :    
230 :     status = gageUpdate(ctx);
231 : jhr 1575 if(status) {
232 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
233 :     fprintf(stderr, "Trouble with gageUpdate:\n%s", err);
234 :     free(err);
235 :     gageContextNix(ctx);
236 :     nrrdNuke(nin);
237 :     return -1;
238 :     }
239 :    
240 :     val = gageAnswerPointer(ctx, pvl, gageSclValue);
241 : jhr 1575 if(val == NULL) {
242 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
243 :     fprintf(stderr, "Trouble getting answer pointer:\n%s", err);
244 :     free(err);
245 :     gageContextNix(ctx);
246 :     nrrdNuke(nin);
247 :     return -1;
248 :     }
249 :    
250 :     grad = gageAnswerPointer(ctx, pvl, gageSclGradVec);
251 : jhr 1575 if(grad == NULL) {
252 : jhr 1533 err = biffGetDone(GAGE);
253 :     fprintf(stderr, "Trouble getting answer pointer:\n%s", err);
254 :     free(err);
255 :     gageContextNix(ctx);
256 :     nrrdNuke(nin);
257 :     return -1;
258 :     }
259 :    
260 :     int ui, vi;
261 :     double rayU, rayV, rayN;
262 :     double rayVec[3];
263 :     double rayDir[3];
264 :     double rayPos[3];
265 :     double transp, gray;
266 :     double output[4];
267 :     double norm[3];
268 :     double alpha;
269 :     double ld;
270 :     double hd;
271 :     double mat;
272 :     bool set = false;
273 :     double max_gray = 0;
274 :     double min_gray = 0;
275 :     double *out_data = malloc(sizeof(double) * 4 * imgResU * imgResV);
276 : jhr 1575 if(out_data == NULL) {
277 : jhr 1533 fprintf(stderr, "Trouble with malloc.\n");
278 :     gageContextNix(ctx);
279 :     nrrdNuke(nin);
280 :     return -1;
281 :     }
282 :    
283 : jhr 1575 double t0 = GetTime(); // start timing
284 :     for(vi = 0; vi < imgResV; vi++) {
285 : jhr 1533 rayV = lerp(-camVmax, camVmax, -0.5, (double)(vi), (double)(imgResV) - 0.5);
286 :     scale_vec3(rayV, camV, temp);
287 : jhr 1575 for(ui = 0; ui < imgResU; ui++) {
288 : jhr 1533 rayU = lerp(-camUmax, camUmax, -0.5, (double)(ui), (double)(imgResU) - 0.5);
289 :     scale_vec3(rayU, camU, temp2);
290 :     add3(temp, temp2, temp2);
291 :     scale_vec3(camDist, camN, temp3);
292 :     add3(temp2, temp3, temp3);
293 :     scale_vec3(1 / camDist, temp3, rayVec);
294 :     norm3(rayVec, rayDir);
295 :     transp = 1;
296 :     gray = 0;
297 :     output[0] = 0;
298 :     output[1] = 0;
299 :     output[2] = 0;
300 :     output[3] = 0;
301 : jhr 1575 for(rayN = camVspNear; rayN <= camVspFar; rayN += rayStep) {
302 : jhr 1533 scale_vec3(rayN, rayDir, temp2);
303 :     add3(temp2, camEye, rayPos);
304 : jhr 1575 if(inside(rayPos)) {
305 : jhr 1533 status = gageProbe(ctx, rayPos[0], rayPos[1], rayPos[2]);
306 : jhr 1575 if(status) {
307 : jhr 1533 err = ctx->errStr;
308 :     fprintf(stderr, "Trouble with gageProbe:\n%s", err);
309 :     free(err);
310 :     free(out_data);
311 :     gageContextNix(ctx);
312 :     nrrdNuke(nin);
313 :     return -1;
314 :     }
315 : jhr 1575 if(*val > valOpacMin) {
316 : jhr 1533 temp2[0] = *(grad + 0);
317 :     temp2[1] = *(grad + 1);
318 :     temp2[2] = *(grad + 2);
319 :     sub3(Zero, temp2, temp2);
320 :     norm3(temp2, norm);
321 :     alpha = lerp(0.0, 1.0, valOpacMin, *val, valOpacMax);
322 :     alpha = (alpha < 1.0) ? alpha : 1;
323 :     ld = dot3(norm, lightDir);
324 :     ld = (ld < 0) ? 0 : ld;
325 :     sub3(camEye, rayPos, temp2);
326 :     norm3(temp2, temp2);
327 :     add3(temp2, lightDir, temp2);
328 :     norm3(temp2, temp2);
329 :     hd = dot3(norm, temp2);
330 :     hd = (hd < 0) ? 0 : hd;
331 :     mat = phongKa +
332 :     phongKd * ((ld > 0) ? ld : 0) +
333 :     phongKs * ((hd > 0) ? pow(hd, phongSp) : 0);
334 :     gray = gray + transp * alpha * mat;
335 :     transp *= 1 - alpha;
336 :     }
337 :     }
338 : jhr 1575 if(transp < 0.01) {
339 : jhr 1533 transp = 0;
340 :     break;
341 :     }
342 :     }
343 :     *(out_data + ui * imgResV * 4 + vi * 4 + 0) = gray;
344 :     *(out_data + ui * imgResV * 4 + vi * 4 + 1) = gray;
345 :     *(out_data + ui * imgResV * 4 + vi * 4 + 2) = gray;
346 :     *(out_data + ui * imgResV * 4 + vi * 4 + 3) = 1.0f - transp;
347 : jhr 1575 if(!set) {
348 : jhr 1533 max_gray = gray;
349 :     min_gray = gray;
350 :     set = true;
351 :     }
352 :     max_gray = (gray > max_gray) ? gray : max_gray;
353 :     min_gray = (gray < min_gray) ? gray : min_gray;
354 :     }
355 :     }
356 :    
357 :     unsigned char *uc_out_data = malloc(sizeof(unsigned char) * imgResU * imgResV);
358 : jhr 1575 for(vi = 0; vi < imgResV; vi++) {
359 :     for(ui = 0; ui < imgResU; ui++) {
360 : jhr 1533 *(uc_out_data + vi * imgResU + ui) = ulerp(min_gray, *(out_data + ui * imgResV * 4 + vi * 4 + 0), max_gray);
361 :     }
362 :     }
363 : jhr 1575
364 : jhr 1533 double totalTime = GetTime() - t0;
365 :     printf("usr=%f\n", totalTime);
366 :    
367 :     // Write out data
368 :     Nrrd *nout;
369 :     nout = nrrdNew();
370 : jhr 1575 if(nout == NULL) {
371 : jhr 1533 err = biffGetDone(NRRD);
372 :     fprintf(stderr, "Trouble allocating nrrd struct:\n%s", err);
373 :     free(err);
374 :     free(out_data);
375 :     free(uc_out_data);
376 :     gageContextNix(ctx);
377 :     nrrdNuke(nin);
378 :     return -1;
379 :     }
380 :    
381 :     status = nrrdWrap_va(nout, uc_out_data, nrrdTypeUChar, 2, imgResU, imgResV);
382 : jhr 1575 if(status) {
383 : jhr 1533 err = biffGetDone(NRRD);
384 :     fprintf(stderr, "Trouble wrapping nrrd struct:\n%s", err);
385 :     free(err);
386 :     nrrdNix(nout);
387 :     free(out_data);
388 :     gageContextNix(ctx);
389 :     nrrdNuke(nin);
390 :     return -1;
391 :     }
392 :    
393 :     status = nrrdSave(outfile, nout, NULL);
394 : jhr 1575 if(status) {
395 : jhr 1533 err = biffGetDone(NRRD);
396 :     fprintf(stderr, "Trouble saving nrrd struct:\n%s", err);
397 :     free(err);
398 :     nrrdNuke(nout);
399 :     free(out_data);
400 :     gageContextNix(ctx);
401 :     nrrdNuke(nin);
402 :     return -1;
403 :     }
404 :    
405 :    
406 :     free(out_data);
407 :     nrrdNuke(nout);
408 :     gageContextNix(ctx);
409 :     nrrdNuke(nin);
410 :     return 0;
411 :    
412 :     }

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