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[occt.git] / src / BndLib / BndLib_Add3dCurve.cxx
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11 //
12 // Alternatively, this file may be used under the terms of Open CASCADE
13 // commercial license or contractual agreement.
14
15
16 #include <Adaptor3d_Curve.hxx>
17 #include <Bnd_Box.hxx>
18 #include <BndLib.hxx>
19 #include <BndLib_Add3dCurve.hxx>
20 #include <ElCLib.hxx>
21 #include <Geom_BezierCurve.hxx>
22 #include <Geom_BSplineCurve.hxx>
23 #include <GeomAbs_CurveType.hxx>
24 #include <GeomAdaptor_Curve.hxx>
25 #include <gp_Circ.hxx>
26 #include <gp_Elips.hxx>
27 #include <gp_Hypr.hxx>
28 #include <gp_Lin.hxx>
29 #include <gp_Parab.hxx>
30 #include <gp_Pnt.hxx>
31 #include <Precision.hxx>
32 #include <TColgp_Array1OfPnt.hxx>
33 #include <TColStd_Array1OfInteger.hxx>
34 #include <TColStd_Array1OfReal.hxx>
35 #include <math_MultipleVarFunction.hxx>
36 #include <math_Function.hxx>
37 #include <math_PSO.hxx>
38 #include <math_BrentMinimum.hxx>
39 //
40 static Standard_Integer NbSamples(const Adaptor3d_Curve& C, 
41                                    const Standard_Real Umin,
42                                    const Standard_Real Umax);
43
44 static Standard_Real  AdjustExtr(const Adaptor3d_Curve& C, 
45                                  const Standard_Real UMin,
46                                                    const Standard_Real UMax,
47                                  const Standard_Real Extr0,
48                                  const Standard_Integer CoordIndx,                                 
49                                  const Standard_Real Tol, 
50                                  const Standard_Boolean IsMin);
51
52
53 //=======================================================================
54 //function : reduceSplineBox
55 //purpose  : This method intended to reduce box in case of 
56 //           bezier and bspline curve.
57 //=======================================================================
58 static void reduceSplineBox(const Adaptor3d_Curve& theCurve,
59                             const Bnd_Box& theOrigBox,
60                             Bnd_Box & theReducedBox)
61 {
62   // Guaranteed bounding box based on poles of bspline.
63   Bnd_Box aPolesBox;
64   Standard_Real aPolesXMin, aPolesYMin, aPolesZMin,
65                 aPolesXMax, aPolesYMax, aPolesZMax;
66
67   if (theCurve.GetType() == GeomAbs_BSplineCurve)
68   {
69     Handle(Geom_BSplineCurve) aC = theCurve.BSpline();
70     const TColgp_Array1OfPnt& aPoles     = aC->Poles();
71
72     for(Standard_Integer anIdx  = aPoles.Lower();
73         anIdx <= aPoles.Upper();
74         ++anIdx)
75     {
76       aPolesBox.Add(aPoles.Value(anIdx));
77     }
78   }
79   if (theCurve.GetType() == GeomAbs_BezierCurve)
80   {
81     Handle(Geom_BezierCurve) aC = theCurve.Bezier();
82     const TColgp_Array1OfPnt& aPoles     = aC->Poles();
83
84     for(Standard_Integer anIdx  = aPoles.Lower();
85         anIdx <= aPoles.Upper();
86         ++anIdx)
87     {
88       aPolesBox.Add(aPoles.Value(anIdx));
89     }
90   }
91
92   aPolesBox.Get(aPolesXMin, aPolesYMin, aPolesZMin,
93                 aPolesXMax, aPolesYMax, aPolesZMax);
94
95   Standard_Real x, y, z, X, Y, Z;
96   theOrigBox.Get(x, y, z, X, Y, Z);
97
98   // Left bound.
99   if (aPolesXMin > x)
100     x = aPolesXMin;
101   if (aPolesYMin > y)
102     y = aPolesYMin;
103   if (aPolesZMin > z)
104     z = aPolesZMin;
105
106   // Right bound.
107   if (aPolesXMax < X)
108     X = aPolesXMax;
109   if (aPolesYMax < Y)
110     Y = aPolesYMax;
111   if (aPolesZMax < Z)
112     Z = aPolesZMax;
113
114   theReducedBox.Update(x, y, z, X, Y, Z);
115 }
116
117 //=======================================================================
118 //function : Add
119 //purpose  : 
120 //=======================================================================
121 void BndLib_Add3dCurve::Add( const Adaptor3d_Curve& C,
122                            const Standard_Real Tol,
123                                  Bnd_Box&      B )
124 {
125   BndLib_Add3dCurve::Add(C,
126                          C.FirstParameter(),
127                          C.LastParameter (),
128                          Tol,B);
129 }
130
131 //OCC566(apo)->
132 static Standard_Real FillBox(Bnd_Box& B, const Adaptor3d_Curve& C, 
133                              const Standard_Real first, const Standard_Real last, 
134                              const Standard_Integer N)
135 {
136   gp_Pnt P1, P2, P3;
137   C.D0(first,P1);  B.Add(P1);
138   Standard_Real p = first, dp = last-first, tol= 0.;
139   if(Abs(dp) > Precision::PConfusion()){
140     Standard_Integer i;
141     dp /= 2*N; 
142     for(i = 1; i <= N; i++){
143       p += dp;  C.D0(p,P2);  B.Add(P2);
144       p += dp;  C.D0(p,P3);  B.Add(P3);
145       gp_Pnt Pc((P1.XYZ()+P3.XYZ())/2.0);
146       tol = Max(tol,Pc.Distance(P2));
147       P1 = P3;
148     }
149   }else{
150     C.D0(first,P1);  B.Add(P1);
151     C.D0(last,P3);  B.Add(P3);
152     tol = 0.;
153   }
154   return tol;
155 }
156 //<-OCC566(apo)
157 //=======================================================================
158 //function : Add
159 //purpose  : 
160 //=======================================================================
161
162 void BndLib_Add3dCurve::Add( const Adaptor3d_Curve& C,
163                            const Standard_Real U1,
164                            const Standard_Real U2,
165                            const Standard_Real Tol,
166                                  Bnd_Box&      B )
167 {
168   static Standard_Real weakness = 1.5;  //OCC566(apo)
169   Standard_Real tol = 0.0;
170   switch (C.GetType()) {
171
172   case GeomAbs_Line: 
173     {
174       BndLib::Add(C.Line(),U1,U2,Tol,B);
175       break;
176     }
177   case GeomAbs_Circle: 
178     {
179       BndLib::Add(C.Circle(),U1,U2,Tol,B);
180       break;
181     }
182   case GeomAbs_Ellipse: 
183     {
184       BndLib::Add(C.Ellipse(),U1,U2,Tol,B);
185       break;
186     }
187   case GeomAbs_Hyperbola: 
188     {
189       BndLib::Add(C.Hyperbola(),U1,U2,Tol,B);
190       break;
191     }
192   case GeomAbs_Parabola: 
193     {
194       BndLib::Add(C.Parabola(),U1,U2,Tol,B);
195       break;
196     }
197   case GeomAbs_BezierCurve: 
198     {
199       Handle(Geom_BezierCurve) Bz = C.Bezier();
200       Standard_Integer N = Bz->Degree();
201       GeomAdaptor_Curve GACurve(Bz);
202       Bnd_Box B1;
203       tol = FillBox(B1,GACurve,U1,U2,N);
204       B1.Enlarge(weakness*tol);
205       reduceSplineBox(C, B1, B);
206       B.Enlarge(Tol);
207       break;
208     }
209   case GeomAbs_BSplineCurve: 
210     {
211       Handle(Geom_BSplineCurve) Bs = C.BSpline();
212       if(Abs(Bs->FirstParameter() - U1) > Precision::Parametric(Tol)||
213          Abs(Bs->LastParameter()  - U2) > Precision::Parametric(Tol)) {
214
215         Handle(Geom_Geometry) G = Bs->Copy();
216         Handle(Geom_BSplineCurve) Bsaux (Handle(Geom_BSplineCurve)::DownCast (G));
217         Standard_Real u1 = U1, u2 = U2;
218         //// modified by jgv, 24.10.01 for BUC61031 ////
219         if (Bsaux->IsPeriodic())
220           ElCLib::AdjustPeriodic( Bsaux->FirstParameter(), Bsaux->LastParameter(), Precision::PConfusion(), u1, u2 );
221         else {
222           ////////////////////////////////////////////////
223           //  modified by NIZHNY-EAP Fri Dec  3 14:29:14 1999 ___BEGIN___
224           // To avoid exeption in Segment
225           if(Bsaux->FirstParameter() > U1) u1 = Bsaux->FirstParameter();
226           if(Bsaux->LastParameter()  < U2 ) u2  = Bsaux->LastParameter();
227           //  modified by NIZHNY-EAP Fri Dec  3 14:29:18 1999 ___END___
228         }
229         Bsaux->Segment(u1, u2);
230         Bs = Bsaux;
231       }
232       //OCC566(apo)->
233       Bnd_Box B1;
234       Standard_Integer k, k1 = Bs->FirstUKnotIndex(), k2 = Bs->LastUKnotIndex(),
235                        N = Bs->Degree(), NbKnots = Bs->NbKnots();
236       TColStd_Array1OfReal Knots(1,NbKnots);
237       Bs->Knots(Knots);
238       GeomAdaptor_Curve GACurve(Bs);
239       Standard_Real first = Knots(k1), last;
240       for(k = k1 + 1; k <= k2; k++){
241         last = Knots(k); 
242         tol = Max(FillBox(B1,GACurve,first,last,N), tol);
243         first = last;
244       }
245       if (!B1.IsVoid())
246       {
247         B1.Enlarge(weakness*tol);
248         reduceSplineBox(C, B1, B);
249         B.Enlarge(Tol);
250       }
251       //<-OCC566(apo)
252       break;
253     }
254   default:
255     {
256       Bnd_Box B1;
257       static Standard_Integer N = 33;
258       tol = FillBox(B1,C,U1,U2,N);
259       B1.Enlarge(weakness*tol);
260       Standard_Real x, y, z, X, Y, Z;
261       B1.Get(x, y, z, X, Y, Z);
262       B.Update(x, y, z, X, Y, Z);
263       B.Enlarge(Tol);
264     }
265   }
266 }
267
268 //=======================================================================
269 //function : AddOptimal
270 //purpose  : 
271 //=======================================================================
272
273 void BndLib_Add3dCurve::AddOptimal( const Adaptor3d_Curve& C,
274                                                       const Standard_Real Tol,
275                                                       Bnd_Box&      B )
276 {
277   BndLib_Add3dCurve::AddOptimal(C,
278                                                   C.FirstParameter(),
279                                                   C.LastParameter (),
280                                                   Tol,B);
281 }
282
283 //=======================================================================
284 //function : AddOptimal
285 //purpose  : 
286 //=======================================================================
287
288 void BndLib_Add3dCurve::AddOptimal( const Adaptor3d_Curve& C,
289                                                       const Standard_Real U1,
290                                                       const Standard_Real U2,
291                                                       const Standard_Real Tol,
292                                                       Bnd_Box&            B)
293 {
294   switch (C.GetType()) {
295
296     case GeomAbs_Line: 
297     {
298       BndLib::Add(C.Line(),U1,U2,Tol,B);
299       break;
300     }
301     case GeomAbs_Circle: 
302     {
303       BndLib::Add(C.Circle(),U1,U2,Tol,B);
304       break;
305     }
306     case GeomAbs_Ellipse: 
307     {
308       BndLib::Add(C.Ellipse(),U1,U2,Tol,B);
309       break;
310     }
311     case GeomAbs_Hyperbola: 
312     {
313       BndLib::Add(C.Hyperbola(),U1,U2,Tol,B);
314       break;
315     }
316     case GeomAbs_Parabola: 
317     {
318       BndLib::Add(C.Parabola(),U1,U2,Tol,B);
319       break;
320     }
321     default:
322     {
323       AddGenCurv(C, U1, U2, Tol, B);
324     }
325   }
326 }
327
328 //=======================================================================
329 //function : AddGenCurv
330 //purpose  : 
331 //=======================================================================
332 void BndLib_Add3dCurve::AddGenCurv(const Adaptor3d_Curve& C, 
333                                    const Standard_Real UMin,
334                                    const Standard_Real UMax,
335                                    const Standard_Real Tol,
336                                    Bnd_Box& B)
337 {
338   Standard_Integer Nu = NbSamples(C, UMin, UMax);
339   //
340   Standard_Real CoordMin[3] = {RealLast(), RealLast(), RealLast()}; 
341   Standard_Real CoordMax[3] = {-RealLast(), -RealLast(), -RealLast()};
342   Standard_Real DeflMax[3] = {-RealLast(), -RealLast(), -RealLast()};
343   //
344   gp_Pnt P;
345   Standard_Integer i, k;
346   Standard_Real du = (UMax-UMin)/(Nu-1), du2 = du / 2.;
347   NCollection_Array1<gp_XYZ> aPnts(1, Nu);
348   Standard_Real u;
349   for (i = 1, u = UMin; i <= Nu; i++, u += du)
350   {
351     C.D0(u,P);
352     aPnts(i) = P.XYZ();
353     //
354     for(k = 0; k < 3; ++k)
355     {
356       if(CoordMin[k] > P.Coord(k+1))
357       {
358         CoordMin[k] = P.Coord(k+1);
359       }
360       if(CoordMax[k] < P.Coord(k+1))
361       {
362         CoordMax[k] = P.Coord(k+1);
363       }
364     }
365     //
366     if(i > 1)
367     {
368       gp_XYZ aPm = 0.5 * (aPnts(i-1) + aPnts(i));
369       C.D0(u - du2, P);
370       gp_XYZ aD = (P.XYZ() - aPm);
371       for(k = 0; k < 3; ++k)
372       {
373         if(CoordMin[k] > P.Coord(k+1))
374         {
375           CoordMin[k] = P.Coord(k+1);
376         }
377         if(CoordMax[k] < P.Coord(k+1))
378         {
379           CoordMax[k] = P.Coord(k+1);
380         }
381         Standard_Real d = Abs(aD.Coord(k+1));
382         if(DeflMax[k] < d)
383         {
384           DeflMax[k] = d;
385         }
386       }
387     }
388   }
389   //
390   //Adjusting minmax 
391   Standard_Real eps = Max(Tol, Precision::Confusion());
392   for(k = 0; k < 3; ++k)
393   {
394     Standard_Real d = DeflMax[k];
395     if(d <= eps)
396     {
397       continue;
398     }
399     Standard_Real CMin = CoordMin[k];
400     Standard_Real CMax = CoordMax[k];
401     for(i = 1; i <= Nu; ++i)
402     {
403       if(aPnts(i).Coord(k+1) - CMin < d)
404       {
405         Standard_Real umin, umax;
406         umin = UMin + Max(0, i-2) * du;
407         umax = UMin + Min(Nu-1, i) * du;
408         Standard_Real cmin = AdjustExtr(C, umin, umax,
409                                         CMin, k + 1, eps, Standard_True);
410         if(cmin < CMin)
411         {
412           CMin = cmin;
413         }
414       }
415       else if(CMax - aPnts(i).Coord(k+1) < d)
416       {
417         Standard_Real umin, umax;
418         umin = UMin + Max(0, i-2) * du;
419         umax = UMin + Min(Nu-1, i) * du;
420         Standard_Real cmax = AdjustExtr(C, umin, umax,
421                                         CMax, k + 1, eps, Standard_False);
422         if(cmax > CMax)
423         {
424           CMax = cmax;
425         }
426       }
427     }
428     CoordMin[k] = CMin;
429     CoordMax[k] = CMax;
430   }
431
432   B.Add(gp_Pnt(CoordMin[0], CoordMin[1], CoordMin[2]));
433   B.Add(gp_Pnt(CoordMax[0], CoordMax[1], CoordMax[2]));
434   B.Enlarge(eps);
435 }
436 //
437 class CurvMaxMinCoordMVar : public math_MultipleVarFunction
438 {
439 public:
440   CurvMaxMinCoordMVar(const Adaptor3d_Curve& theCurve, 
441                       const Standard_Real UMin,
442                       const Standard_Real UMax,
443                       const Standard_Integer CoordIndx,                                 
444                       const Standard_Real Sign)
445 : myCurve(theCurve),
446   myUMin(UMin),
447   myUMax(UMax),
448   myCoordIndx(CoordIndx),
449   mySign(Sign)
450   {
451   }
452
453   Standard_Boolean Value (const math_Vector& X,
454                                 Standard_Real& F)
455   {
456     if (!CheckInputData(X(1)))
457     {
458       return Standard_False;
459     }
460     gp_Pnt aP = myCurve.Value(X(1));
461
462     F = mySign * aP.Coord(myCoordIndx);
463
464     return Standard_True;
465   }
466
467   
468
469   Standard_Integer NbVariables() const
470   {
471     return 1;
472   }
473
474 private:
475   CurvMaxMinCoordMVar & operator = (const CurvMaxMinCoordMVar & theOther);
476
477   Standard_Boolean CheckInputData(Standard_Real theParam)
478   {
479     if (theParam < myUMin || 
480         theParam > myUMax)
481       return Standard_False;
482     return Standard_True;
483   }
484
485   const Adaptor3d_Curve& myCurve;
486   Standard_Real myUMin;
487   Standard_Real myUMax;
488   Standard_Integer myCoordIndx;
489   Standard_Real mySign;
490 };
491 //
492 class CurvMaxMinCoord : public math_Function
493 {
494 public:
495   CurvMaxMinCoord(const Adaptor3d_Curve& theCurve, 
496                   const Standard_Real UMin,
497                   const Standard_Real UMax,
498                   const Standard_Integer CoordIndx,                                 
499                   const Standard_Real Sign)
500 : myCurve(theCurve),
501   myUMin(UMin),
502   myUMax(UMax),
503   myCoordIndx(CoordIndx),
504   mySign(Sign)
505   {
506   }
507
508   Standard_Boolean Value (const Standard_Real X,
509                                 Standard_Real& F)
510   {
511     if (!CheckInputData(X))
512     {
513       return Standard_False;
514     }
515     gp_Pnt aP = myCurve.Value(X);
516
517     F = mySign * aP.Coord(myCoordIndx);
518
519     return Standard_True;
520   }
521
522 private:
523   CurvMaxMinCoord & operator = (const CurvMaxMinCoord & theOther);
524
525   Standard_Boolean CheckInputData(Standard_Real theParam)
526   {
527     if (theParam < myUMin || 
528         theParam > myUMax)
529       return Standard_False;
530     return Standard_True;
531   }
532
533   const Adaptor3d_Curve& myCurve;
534   Standard_Real myUMin;
535   Standard_Real myUMax;
536   Standard_Integer myCoordIndx;
537   Standard_Real mySign;
538 };
539
540 //=======================================================================
541 //function : AdjustExtr
542 //purpose  : 
543 //=======================================================================
544
545 Standard_Real AdjustExtr(const Adaptor3d_Curve& C, 
546                          const Standard_Real UMin,
547                          const Standard_Real UMax,
548                          const Standard_Real Extr0,
549                          const Standard_Integer CoordIndx,                                 
550                          const Standard_Real Tol, 
551                          const Standard_Boolean IsMin)
552 {
553   Standard_Real aSign = IsMin ? 1.:-1.;
554   Standard_Real extr = aSign * Extr0;
555   //
556   Standard_Real uTol = Max(C.Resolution(Tol), Precision::PConfusion());
557   Standard_Real Du = (C.LastParameter() - C.FirstParameter());
558   //
559   Standard_Real reltol = uTol / Max(Abs(UMin), Abs(UMax));
560   if(UMax - UMin < 0.01 * Du)
561   {
562
563     math_BrentMinimum anOptLoc(reltol, 100, uTol);
564     CurvMaxMinCoord aFunc(C, UMin, UMax, CoordIndx, aSign);
565     anOptLoc.Perform(aFunc, UMin, (UMin+UMax)/2., UMax);
566     if(anOptLoc.IsDone())
567     {
568       extr = anOptLoc.Minimum();
569       return aSign * extr;
570     }
571   }
572   //
573   Standard_Integer aNbParticles = Max(8, RealToInt(32 * (UMax - UMin) / Du));
574   Standard_Real maxstep = (UMax - UMin) / (aNbParticles + 1);
575   math_Vector aT(1,1);
576   math_Vector aLowBorder(1,1);
577   math_Vector aUppBorder(1,1);
578   math_Vector aSteps(1,1);
579   aLowBorder(1) = UMin;
580   aUppBorder(1) = UMax;
581   aSteps(1) = Min(0.1 * Du, maxstep);
582
583   CurvMaxMinCoordMVar aFunc(C, UMin, UMax, CoordIndx, aSign);
584   math_PSO aFinder(&aFunc, aLowBorder, aUppBorder, aSteps, aNbParticles); 
585   aFinder.Perform(aSteps, extr, aT);
586   //
587   math_BrentMinimum anOptLoc(reltol, 100, uTol);
588   CurvMaxMinCoord aFunc1(C, UMin, UMax, CoordIndx, aSign);
589   anOptLoc.Perform(aFunc1, Max(aT(1) - aSteps(1), UMin), aT(1), Min(aT(1) + aSteps(1), UMax));
590
591   if(anOptLoc.IsDone())
592   {
593     extr = anOptLoc.Minimum();
594     return aSign * extr;
595   }
596
597   return aSign * extr;
598 }
599
600 //=======================================================================
601 //function : NbSamples
602 //purpose  : 
603 //=======================================================================
604
605 Standard_Integer NbSamples(const Adaptor3d_Curve& C, 
606                            const Standard_Real Umin,
607                            const Standard_Real Umax) 
608 {
609   Standard_Integer N;
610   GeomAbs_CurveType Type = C.GetType();
611   switch (Type) {
612   case GeomAbs_BezierCurve: 
613     {
614       N = 2 * C.NbPoles();
615       //By default parametric range of Bezier curv is [0, 1]
616       Standard_Real du = Umax - Umin;
617       if(du < .9)
618       {
619         N = RealToInt(du*N) + 1;
620         N = Max(N, 5);
621       }
622       break;
623     }
624   case GeomAbs_BSplineCurve: 
625     {
626       const Handle(Geom_BSplineCurve)& BC = C.BSpline();
627       N = 2 * (BC->Degree() + 1)*(BC->NbKnots() -1);
628       Standard_Real umin = BC->FirstParameter(), 
629                     umax = BC->LastParameter();
630       Standard_Real du = (Umax - Umin) / (umax - umin);
631       if(du < .9)
632       {
633         N = RealToInt(du*N) + 1;
634         N = Max(N, 5);
635       }
636       break;
637     }
638   default:
639     N = 33;
640   }
641   return Min(500, N);
642 }