synfig-core/trunk/src/modules/mod_noise/random.cpp

   1 /* === S Y N F I G ========================================================= */
   2 /*!     \file mod_noise/random.cpp
   3 **      \brief blehh
   4 **
   5 **      $Id$
   6 **
   7 **      \legal
   8 **      Copyright (c) 2002-2005 Robert B. Quattlebaum Jr., Adrian Bentley
   9 **
  10 **      This package is free software; you can redistribute it and/or
  11 **      modify it under the terms of the GNU General Public License as
  12 **      published by the Free Software Foundation; either version 2 of
  13 **      the License, or (at your option) any later version.
  14 **
  15 **      This package is distributed in the hope that it will be useful,
  16 **      but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17 **      MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
  18 **      General Public License for more details.
  19 **      \endlegal
  20 */
  21 /* ========================================================================= */
  22
  23 /* === H E A D E R S ======================================================= */
  24
  25 #ifdef USING_PCH
  26 #       include "pch.h"
  27 #else
  28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  29 #       include <config.h>
  30 #endif
  31
  32 #include "random.h"
  33 #include <cmath>
  34 #include <cstdlib>
  35 #endif
  36
  37 // A fast 32-bit linear congruential random number generator
  38 class quick_rng
  39 {
  40         unsigned long next;
  41 public:
  42         quick_rng(unsigned long seed):next(seed) { }
  43
  44         void set_seed(unsigned long x)
  45         {
  46                 next=x;
  47         }
  48
  49         unsigned long i32()
  50         {
  51                 static const unsigned long a(1664525);
  52                 static const unsigned long c(1013904223);
  53
  54                 return next=next*a+c;
  55         }
  56
  57         unsigned long i16()
  58         {
  59                 return i32()>>16;
  60         }
  61
  62         float f()
  63         {
  64                 static const float m(int(65535));
  65
  66                 return float(i16())/m;
  67         }
  68 };
  69
  70 /* === M A C R O S ========================================================= */
  71
  72 #define PI      (3.1415927)
  73
  74 /* === G L O B A L S ======================================================= */
  75
  76 /* === P R O C E D U R E S ================================================= */
  77
  78 /* === M E T H O D S ======================================================= */
  79
  80 void
  81 Random::set_seed(int x)
  82 {
  83         seed_=x;
  84 }
  85
  86 float
  87 Random::operator()(const int salt,const int x,const int y,const int t)const
  88 {
  89         static const unsigned int a(21870);
  90         static const unsigned int b(11213);
  91         static const unsigned int c(36979);
  92         static const unsigned int d(31337);
  93
  94         quick_rng rng(
  95                 ( static_cast<unsigned int>(x+y)        * a ) ^
  96                 ( static_cast<unsigned int>(y+t)        * b ) ^
  97                 ( static_cast<unsigned int>(t+x)        * c ) ^
  98                 ( static_cast<unsigned int>(seed_+salt) * d )
  99         );
 100
 101         return rng.f() * 2.0f - 1.0f;
 102 }
 103
 104 float
 105 Random::operator()(int smooth,int subseed,float xf,float yf,float tf)const
 106 {
 107         int x((int)floor(xf));
 108         int y((int)floor(yf));
 109         int t((int)floor(tf));
 110
 111         switch(smooth)
 112         {
 113         case 4: // cubic
 114                 {
 115                         #define f(j,i,k)        ((*this)(subseed,i,j,k))
 116                         //Using catmull rom interpolation because it doesn't blur at all
 117                         //bezier curve with intermediate ctrl pts: 0.5/3(p(i+1) - p(i-1)) and similar
 118                         float xfa [4], tfa[4];
 119
 120                         //precalculate indices (all clamped) and offset
 121                         const int xa[] = {x-1,x,x+1,x+2};
 122
 123                         const int ya[] = {y-1,y,y+1,y+2};
 124
 125                         const int ta[] = {t-1,t,t+1,t+2};
 126
 127                         const float dx(xf-x);
 128                         const float dy(yf-y);
 129                         const float dt(tf-t);
 130
 131                         //figure polynomials for each point
 132                         const float txf[] =
 133                         {
 134                                 0.5*dx*(dx*(dx*(-1) + 2) - 1),  //-t + 2t^2 -t^3
 135                                 0.5*(dx*(dx*(3*dx - 5)) + 2),   //2 - 5t^2 + 3t^3
 136                                 0.5*dx*(dx*(-3*dx + 4) + 1),    //t + 4t^2 - 3t^3
 137                                 0.5*dx*dx*(dx-1)                                //-t^2 + t^3
 138                         };
 139
 140                         const float tyf[] =
 141                         {
 142                                 0.5*dy*(dy*(dy*(-1) + 2) - 1),  //-t + 2t^2 -t^3
 143                                 0.5*(dy*(dy*(3*dy - 5)) + 2),   //2 - 5t^2 + 3t^3
 144                                 0.5*dy*(dy*(-3*dy + 4) + 1),    //t + 4t^2 - 3t^3
 145                                 0.5*dy*dy*(dy-1)                                //-t^2 + t^3
 146                         };
 147
 148                         const float ttf[] =
 149                         {
 150                                 0.5*dt*(dt*(dt*(-1) + 2) - 1),  //-t + 2t^2 -t^3
 151                                 0.5*(dt*(dt*(3*dt - 5)) + 2),   //2 - 5t^2 + 3t^3
 152                                 0.5*dt*(dt*(-3*dt + 4) + 1),    //t + 4t^2 - 3t^3
 153                                 0.5*dt*dt*(dt-1)                                //-t^2 + t^3
 154                         };
 155
 156                         //evaluate polynomial for each row
 157                         for(int i = 0; i < 4; ++i)
 158                         {
 159                                 for(int j = 0; j < 4; ++j)
 160                                 {
 161                                         tfa[j] = f(ya[i],xa[j],ta[0])*ttf[0] + f(ya[i],xa[j],ta[1])*ttf[1] + f(ya[i],xa[j],ta[2])*ttf[2] + f(ya[i],xa[j],ta[3])*ttf[3];
 162                                 }
 163                                 xfa[i] = tfa[0]*txf[0] + tfa[1]*txf[1] + tfa[2]*txf[2] + tfa[3]*txf[3];
 164                         }
 165
 166                         //return the cumulative column evaluation
 167                         return xfa[0]*tyf[0] + xfa[1]*tyf[1] + xfa[2]*tyf[2] + xfa[3]*tyf[3];
 168 #undef f
 169                 }
 170                 break;
 171
 172
 173         case 5: // Fast Spline (non-animated)
 174                 {
 175 #define P(x)    (((x)>0)?((x)*(x)*(x)):0.0f)
 176 #define R(x)    ( P(x+2) - 4.0f*P(x+1) + 6.0f*P(x) - 4.0f*P(x-1) )*(1.0f/6.0f)
 177 #define F(i,j)  ((*this)(subseed,i+x,j+y)*(R((i)-a)*R(b-(j))))
 178 #define FT(i,j,k)       ((*this)(subseed,i+x,j+y,k+t)*(R((i)-a)*R(b-(j))*R((k)-c)))
 179 #define Z(i,j) ret+=F(i,j)
 180 #define ZT(i,j,k) ret+=FT(i,j,k)
 181 #define X(i,j)  // placeholder... To make box more symmetric
 182 #define XT(i,j,k)       // placeholder... To make box more symmetric
 183
 184                 float a(xf-x), b(yf-y);
 185
 186                 // Interpolate
 187                 float ret(F(0,0));
 188                 Z(-1,-1); Z(-1, 0); Z(-1, 1); Z(-1, 2);
 189                 Z( 0,-1); X( 0, 0); Z( 0, 1); Z( 0, 2);
 190                 Z( 1,-1); Z( 1, 0); Z( 1, 1); Z( 1, 2);
 191                 Z( 2,-1); Z( 2, 0); Z( 2, 1); Z( 2, 2);
 192
 193                 return ret;
 194         }
 195
 196         case 3: // Spline (animated)
 197                 {
 198                         float a(xf-x), b(yf-y), c(tf-t);
 199
 200                         // Interpolate
 201                         float ret(FT(0,0,0));
 202                         ZT(-1,-1,-1); ZT(-1, 0,-1); ZT(-1, 1,-1); ZT(-1, 2,-1);
 203                         ZT( 0,-1,-1); ZT( 0, 0,-1); ZT( 0, 1,-1); ZT( 0, 2,-1);
 204                         ZT( 1,-1,-1); ZT( 1, 0,-1); ZT( 1, 1,-1); ZT( 1, 2,-1);
 205                         ZT( 2,-1,-1); ZT( 2, 0,-1); ZT( 2, 1,-1); ZT( 2, 2,-1);
 206
 207                         ZT(-1,-1, 0); ZT(-1, 0, 0); ZT(-1, 1, 0); ZT(-1, 2, 0);
 208                         ZT( 0,-1, 0); XT( 0, 0, 0); ZT( 0, 1, 0); ZT( 0, 2, 0);
 209                         ZT( 1,-1, 0); ZT( 1, 0, 0); ZT( 1, 1, 0); ZT( 1, 2, 0);
 210                         ZT( 2,-1, 0); ZT( 2, 0, 0); ZT( 2, 1, 0); ZT( 2, 2, 0);
 211
 212                         ZT(-1,-1, 1); ZT(-1, 0, 1); ZT(-1, 1, 1); ZT(-1, 2, 1);
 213                         ZT( 0,-1, 1); ZT( 0, 0, 1); ZT( 0, 1, 1); ZT( 0, 2, 1);
 214                         ZT( 1,-1, 1); ZT( 1, 0, 1); ZT( 1, 1, 1); ZT( 1, 2, 1);
 215                         ZT( 2,-1, 1); ZT( 2, 0, 1); ZT( 2, 1, 1); ZT( 2, 2, 1);
 216
 217                         ZT(-1,-1, 2); ZT(-1, 0, 2); ZT(-1, 1, 2); ZT(-1, 2, 2);
 218                         ZT( 0,-1, 2); ZT( 0, 0, 2); ZT( 0, 1, 2); ZT( 0, 2, 2);
 219                         ZT( 1,-1, 2); ZT( 1, 0, 2); ZT( 1, 1, 2); ZT( 1, 2, 2);
 220                         ZT( 2,-1, 2); ZT( 2, 0, 2); ZT( 2, 1, 2); ZT( 2, 2, 2);
 221
 222                         return ret;
 223
 224 /*
 225
 226                         float dx=xf-x;
 227                         float dy=yf-y;
 228                         float dt=tf-t;
 229
 230                         float ret=0;
 231                         int i,j,h;
 232                         for(h=-1;h<=2;h++)
 233                                 for(i=-1;i<=2;i++)
 234                                         for(j=-1;j<=2;j++)
 235                                                 ret+=(*this)(subseed,i+x,j+y,h+t)*(R(i-dx)*R(j-dy)*R(h-dt));
 236                         return ret;
 237 */
 238                 }
 239                 break;
 240 #undef X
 241 #undef Z
 242 #undef F
 243 #undef P
 244 #undef R
 245
 246         case 2: // Cosine
 247         if((float)t==tf)
 248         {
 249                 int x((int)floor(xf));
 250                 int y((int)floor(yf));
 251                 float a=xf-x;
 252                 float b=yf-y;
 253                 a=(1.0f-cos(a*PI))*0.5f;
 254                 b=(1.0f-cos(b*PI))*0.5f;
 255                 float c=1.0-a;
 256                 float d=1.0-b;
 257                 int x2=x+1,y2=y+1;
 258                 return
 259                         (*this)(subseed,x,y,t)*(c*d)+
 260                         (*this)(subseed,x2,y,t)*(a*d)+
 261                         (*this)(subseed,x,y2,t)*(c*b)+
 262                         (*this)(subseed,x2,y2,t)*(a*b);
 263         }
 264         else
 265         {
 266                 float a=xf-x;
 267                 float b=yf-y;
 268                 float c=tf-t;
 269
 270                 a=(1.0f-cos(a*3.1415927))*0.5f;
 271                 b=(1.0f-cos(b*3.1415927))*0.5f;
 272
 273                 // We don't perform this on the time axis, otherwise we won't
 274                 // get smooth motion
 275                 //c=(1.0f-cos(c*3.1415927))*0.5f;
 276
 277                 float d=1.0-a;
 278                 float e=1.0-b;
 279                 float f=1.0-c;
 280
 281                 int x2=x+1,y2=y+1,t2=t+1;
 282
 283                 return
 284                         (*this)(subseed,x,y,t)*(d*e*f)+
 285                         (*this)(subseed,x2,y,t)*(a*e*f)+
 286                         (*this)(subseed,x,y2,t)*(d*b*f)+
 287                         (*this)(subseed,x2,y2,t)*(a*b*f)+
 288                         (*this)(subseed,x,y,t2)*(d*e*c)+
 289                         (*this)(subseed,x2,y,t2)*(a*e*c)+
 290                         (*this)(subseed,x,y2,t2)*(d*b*c)+
 291                         (*this)(subseed,x2,y2,t2)*(a*b*c);
 292         }
 293         case 1: // Linear
 294         if((float)t==tf)
 295         {
 296                 int x((int)floor(xf));
 297                 int y((int)floor(yf));
 298                 float a=xf-x;
 299                 float b=yf-y;
 300                 float c=1.0-a;
 301                 float d=1.0-b;
 302                 int x2=x+1,y2=y+1;
 303                 return
 304                         (*this)(subseed,x,y,t)*(c*d)+
 305                         (*this)(subseed,x2,y,t)*(a*d)+
 306                         (*this)(subseed,x,y2,t)*(c*b)+
 307                         (*this)(subseed,x2,y2,t)*(a*b);
 308         }
 309         else
 310         {
 311
 312                 float a=xf-x;
 313                 float b=yf-y;
 314                 float c=tf-t;
 315
 316                 float d=1.0-a;
 317                 float e=1.0-b;
 318                 float f=1.0-c;
 319
 320                 int x2=x+1,y2=y+1,t2=t+1;
 321
 322                 return
 323                         (*this)(subseed,x,y,t)*(d*e*f)+
 324                         (*this)(subseed,x2,y,t)*(a*e*f)+
 325                         (*this)(subseed,x,y2,t)*(d*b*f)+
 326                         (*this)(subseed,x2,y2,t)*(a*b*f)+
 327                         (*this)(subseed,x,y,t2)*(d*e*c)+
 328                         (*this)(subseed,x2,y,t2)*(a*e*c)+
 329                         (*this)(subseed,x,y2,t2)*(d*b*c)+
 330                         (*this)(subseed,x2,y2,t2)*(a*b*c);
 331         }
 332         default:
 333         case 0:
 334                 return (*this)(subseed,x,y,t);
 335         }
 336 }