source: nanovis/branches/1.1/dxReader.cpp @ 4804

Last change on this file since 4804 was 4612, checked in by ldelgass, 5 years ago

merge r3597 from trunk

  • Property svn:eol-style set to native
File size: 17.7 KB
Line 
1 /* -*- mode: c++; c-basic-offset: 4; indent-tabs-mode: nil -*- */
2/*
3 * ----------------------------------------------------------------------
4 * Nanovis: Visualization of Nanoelectronics Data
5 *
6 *  dxReader.cpp
7 *      This module contains openDX readers for 2D and 3D volumes.
8 *
9 * ======================================================================
10 *  AUTHOR:  Wei Qiao <qiaow@purdue.edu>
11 *           Michael McLennan <mmclennan@purdue.edu>
12 *           Purdue Rendering and Perceptualization Lab (PURPL)
13 *
14 *  Copyright (c) 2004-2013  HUBzero Foundation, LLC
15 *
16 *  See the file "license.terms" for information on usage and
17 *  redistribution of this file, and for a DISCLAIMER OF ALL WARRANTIES.
18 * ======================================================================
19 */
20#include <stdio.h>
21#include <math.h>
22#include <sys/types.h>
23#include <unistd.h>
24#include <float.h>
25
26#include <fstream>
27#include <iostream>
28#include <sstream>
29#include <string>
30
31#include <RpOutcome.h>
32#include <RpField1D.h>
33#include <RpFieldRect3D.h>
34#include <RpFieldPrism3D.h>
35
36// common file/data reader functions
37#include "ReaderCommon.h"
38
39#include "config.h"
40#include "nanovis.h"
41#include "Unirect.h"
42#include "Volume.h"
43#include "ZincBlendeVolume.h"
44#include "NvZincBlendeReconstructor.h"
45#ifdef USE_POINTSET_RENDERER
46#include "PointSet.h"
47#endif
48
49/**
50 * \brief Load a 3D volume from a dx-format file
51 *
52 * In DX format:
53 *  rank 0 means scalars,
54 *  rank 1 means vectors,
55 *  rank 2 means matrices,
56 *  rank 3 means tensors
57 *
58 *  For rank 1, shape is a single number equal to the number of dimensions.
59 *  e.g. rank 1 shape 3 means a 3-component vector field
60 */
61Volume *
62load_dx_volume_stream(Rappture::Outcome& result, const char *tag,
63                      std::iostream& fin)
64{
65    TRACE("Enter tag:%s", tag);
66
67    Rappture::MeshTri2D xymesh;
68    int dummy, nx, ny, nz, nxy, npts;
69    // origin
70    double x0, y0, z0;
71    // deltas (cell dimensions)
72    double dx, dy, dz;
73    // length of volume edges
74    double lx, ly, lz;
75    // temps for delta values
76    double ddx, ddy, ddz;
77    char line[128], type[128], *start;
78
79    int isrect = 1;
80
81    dx = dy = dz = 0.0;
82    x0 = y0 = z0 = 0.0; // May not have an origin line.
83    nx = ny = nz = npts = nxy = 0;
84    while (!fin.eof()) {
85        fin.getline(line, sizeof(line) - 1);
86        if (fin.fail()) {
87            result.error("error in data stream");
88            return NULL;
89        }
90        for (start = line; *start == ' ' || *start == '\t'; start++)
91            ;  // skip leading blanks
92
93        if (*start != '#') {  // skip comment lines
94            if (sscanf(start, "object %d class gridpositions counts %d %d %d",
95                       &dummy, &nx, &ny, &nz) == 4) {
96                // found grid size
97                isrect = 1;
98            } else if (sscanf(start, "object %d class array type float rank 1 shape 3 items %d data follows",
99                              &dummy, &nxy) == 2) {
100                isrect = 0;
101
102                double xx, yy, zz;
103                for (int i = 0; i < nxy; i++) {
104                    fin.getline(line,sizeof(line)-1);
105                    if (sscanf(line, "%lg %lg %lg", &xx, &yy, &zz) == 3) {
106                        xymesh.addNode(Rappture::Node2D(xx, yy));
107                    }
108                }
109
110                char fpts[128];
111                sprintf(fpts, "/tmp/tmppts%d", getpid());
112                char fcells[128];
113                sprintf(fcells, "/tmp/tmpcells%d", getpid());
114
115                std::ofstream ftmp(fpts);
116                // save corners of bounding box first, to work around meshing
117                // problems in voronoi utility
118                int numBoundaryPoints = 4;
119
120                // Bump out the bounds by an epsilon to avoid problem when
121                // corner points are already nodes
122                double XEPS = (xymesh.rangeMax(Rappture::xaxis) - 
123                               xymesh.rangeMin(Rappture::xaxis)) / 10.0f;
124
125                double YEPS = (xymesh.rangeMax(Rappture::yaxis) - 
126                               xymesh.rangeMin(Rappture::yaxis)) / 10.0f;
127
128                ftmp << xymesh.rangeMin(Rappture::xaxis) - XEPS << " "
129                     << xymesh.rangeMin(Rappture::yaxis) - YEPS << std::endl;
130                ftmp << xymesh.rangeMax(Rappture::xaxis) + XEPS << " "
131                     << xymesh.rangeMin(Rappture::yaxis) - YEPS << std::endl;
132                ftmp << xymesh.rangeMax(Rappture::xaxis) + XEPS << " "
133                     << xymesh.rangeMax(Rappture::yaxis) + YEPS << std::endl;
134                ftmp << xymesh.rangeMin(Rappture::xaxis) - XEPS << " "
135                     << xymesh.rangeMax(Rappture::yaxis) + YEPS << std::endl;
136
137                for (int i = 0; i < nxy; i++) {
138                    ftmp << xymesh.atNode(i).x() << " " << xymesh.atNode(i).y() << std::endl;
139                }
140                ftmp.close();
141
142                char cmdstr[512];
143                sprintf(cmdstr, "voronoi -t < %s > %s", fpts, fcells);
144                if (system(cmdstr) == 0) {
145                    int cx, cy, cz;
146                    std::ifstream ftri(fcells);
147                    while (!ftri.eof()) {
148                        ftri.getline(line,sizeof(line)-1);
149                        if (sscanf(line, "%d %d %d", &cx, &cy, &cz) == 3) {
150                            if (cx >= numBoundaryPoints &&
151                                cy >= numBoundaryPoints &&
152                                cz >= numBoundaryPoints) {
153                                // skip boundary points we added
154                                xymesh.addCell(cx - numBoundaryPoints,
155                                               cy - numBoundaryPoints,
156                                               cz - numBoundaryPoints);
157                            }
158                        }
159                    }
160                    ftri.close();
161                } else {
162                    result.error("triangularization failed");
163                    return NULL;
164                }
165                unlink(fpts);
166                unlink(fcells);
167            } else if (sscanf(start, "object %d class regulararray count %d", &dummy, &nz) == 2) {
168                // found z-grid
169            } else if (sscanf(start, "origin %lg %lg %lg", &x0, &y0, &z0) == 3) {
170                // found origin
171            } else if (sscanf(start, "delta %lg %lg %lg", &ddx, &ddy, &ddz) == 3) {
172                // found one of the delta lines
173                int count = 0;
174                if (ddx != 0.0) {
175                    dx = ddx;
176                    count++;
177                }
178                if (ddy != 0.0) {
179                    dy = ddy;
180                    count++;
181                }
182                if (ddz != 0.0) {
183                    dz = ddz;
184                    count++;
185                }
186                if (count > 1) {
187                    result.addError("don't know how to handle multiple non-zero"
188                                    " delta values");
189                    return NULL;
190                }
191            } else if (sscanf(start, "object %d class array type %s rank 0 items %d data follows",
192                              &dummy, type, &npts) == 3) {
193                if (isrect && (npts != nx*ny*nz)) {
194                    result.addError("inconsistent data: expected %d points"
195                                    " but found %d points", nx*ny*nz, npts);
196                    return NULL;
197                } else if (!isrect && (npts != nxy*nz)) {
198                    result.addError("inconsistent data: expected %d points"
199                                    " but found %d points", nxy*nz, npts);
200                    return NULL;
201                }
202                break;
203            } else if (sscanf(start, "object %d class array type %s rank 0 times %d data follows",
204                              &dummy, type, &npts) == 3) {
205                if (npts != nx*ny*nz) {
206                    result.addError("inconsistent data: expected %d points"
207                                    " but found %d points", nx*ny*nz, npts);
208                    return NULL;
209                }
210                break;
211            }
212        }
213    }
214
215    TRACE("found nx=%d ny=%d nxy=%d nz=%d\ndx=%f dy=%f dz=%f\nx0=%f y0=%f z0=%f", 
216          nx, ny, nxy, nz, dx, dy, dz, x0, y0, z0);
217
218    lx = (nx - 1) * dx;
219    ly = (ny - 1) * dy;
220    lz = (nz - 1) * dz;
221
222    // read data points
223    if (fin.eof()) {
224        result.error("data not found in stream");
225        return NULL;
226    }
227    Volume *volume = NULL;
228    float *data = NULL;
229    double vmin = DBL_MAX;
230    double nzero_min = DBL_MAX;
231    double vmax = -DBL_MAX;
232    if (isrect) {
233#ifdef DOWNSAMPLE_DATA
234        Rappture::Mesh1D xgrid(x0, x0 + lx, nx);
235        Rappture::Mesh1D ygrid(y0, y0 + ly, ny);
236        Rappture::Mesh1D zgrid(z0, z0 + lz, nz);
237        Rappture::FieldRect3D field(xgrid, ygrid, zgrid);
238#else // !DOWNSAMPLE_DATA
239        data = new float[nx *  ny *  nz * 4];
240        memset(data, 0, nx*ny*nz*4);
241#endif // DOWNSAMPLE_DATA
242        double dval[6];
243        int nread = 0;
244        int ix = 0;
245        int iy = 0;
246        int iz = 0;
247
248        while (!fin.eof() && nread < npts) {
249            fin.getline(line,sizeof(line)-1);
250            if (fin.fail()) {
251                result.addError("error reading data points");
252                return NULL;
253            }
254            int n = sscanf(line, "%lg %lg %lg %lg %lg %lg",
255                           &dval[0], &dval[1], &dval[2], &dval[3], &dval[4], &dval[5]);
256            for (int p = 0; p < n; p++) {
257#ifdef notdef
258                if (isnan(dval[p])) {
259                    TRACE("Found NAN in input at %d,%d,%d", ix, iy, iz);
260                }
261#endif
262#ifdef DOWNSAMPLE_DATA
263                int nindex = iz*nx*ny + iy*nx + ix;
264                field.define(nindex, dval[p]);
265#else // !DOWNSAMPLE_DATA
266                int nindex = (iz*nx*ny + iy*nx + ix) * 4;
267                data[nindex] = dval[p];
268
269                if (dval[p] < vmin) {
270                    vmin = dval[p];
271                } else if (dval[p] > vmax) {
272                    vmax = dval[p];
273                }
274                if (dval[p] != 0.0 && dval[p] < nzero_min) {
275                    nzero_min = dval[p];
276                }
277#endif // DOWNSAMPLE_DATA
278                nread++;
279                if (++iz >= nz) {
280                    iz = 0;
281                    if (++iy >= ny) {
282                        iy = 0;
283                        ++ix;
284                    }
285                }
286            }
287        }
288
289        // make sure that we read all of the expected points
290        if (nread != npts) {
291            result.addError("inconsistent data: expected %d points"
292                            " but found %d points", npts, nread);
293            return NULL;
294        }
295
296#ifndef DOWNSAMPLE_DATA
297
298        // scale all values [0-1], -1 => out of bounds
299        normalizeScalar(data, npts, 4, vmin, vmax);
300        computeSimpleGradient(data, nx, ny, nz,
301                              dx, dy, dz);
302#else // DOWNSAMPLE_DATA
303        // figure out a good mesh spacing
304        int nsample = 64;
305        double dmin = pow((lx*ly*lz)/((nsample-1)*(nsample-1)*(nsample-1)), 0.333);
306
307        nx = (int)ceil(lx/dmin) + 1;
308        ny = (int)ceil(ly/dmin) + 1;
309        nz = (int)ceil(lz/dmin) + 1;
310
311#ifndef HAVE_NPOT_TEXTURES
312        // must be an even power of 2 for older cards
313        nx = (int)pow(2.0, ceil(log10((double)nx)/log10(2.0)));
314        ny = (int)pow(2.0, ceil(log10((double)ny)/log10(2.0)));
315        nz = (int)pow(2.0, ceil(log10((double)nz)/log10(2.0)));
316#endif
317
318        dx = lx /(double)(nx - 1);
319        dy = ly /(double)(ny - 1);
320        dz = lz /(double)(nz - 1);
321
322        vmin = field.valueMin();
323        vmax = field.valueMax();
324        nzero_min = DBL_MAX;
325        double dv = vmax - vmin;
326        if (dv == 0.0) {
327            dv = 1.0;
328        }
329
330        int ngen = 0;
331#ifdef FILTER_GRADIENTS
332        // Sobel filter expects a single float at
333        // each node
334        const int step = 1;
335        float *cdata = new float[nx*ny*nz * step];
336#else // !FILTER_GRADIENTS
337        // Leave 3 floats of space for gradients
338        // to be filled in by computeSimpleGradient()
339        const int step = 4;
340        data = new float[nx*ny*nz * step];
341#endif // FILTER_GRADIENTS
342
343        for (int iz = 0; iz < nz; iz++) {
344            double zval = z0 + iz*dz;
345            for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
346                double yval = y0 + iy*dy;
347                for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
348                    double xval = x0 + ix*dx;
349                    double v = field.value(xval, yval, zval);
350#ifdef notdef
351                    if (isnan(v)) {
352                        TRACE("NAN at %d,%d,%d: (%g, %g, %g)", ix, iy, iz, xval, yval, zval);
353                    }
354#endif
355                    if (v != 0.0 && v < nzero_min) {
356                        nzero_min = v;
357                    }
358#ifdef FILTER_GRADIENTS
359                    // NOT normalized, may have NaNs (FIXME: how does gradient filter handle NaN?)
360                    cdata[ngen] = v;
361#else // !FILTER_GRADIENTS
362                    // scale all values [0-1], -1 => out of bounds
363                    v = (isnan(v)) ? -1.0 : (v - vmin)/dv;
364                    data[ngen] = v;
365#endif // FILTER_GRADIENTS
366                    ngen += step;
367                }
368            }
369        }
370#ifdef FILTER_GRADIENTS
371        // computeGradient returns a new array with gradients
372        // filled in, so data is now 4 floats per node
373        data = computeGradient(cdata, nx, ny, nz,
374                               dx, dy, dz,
375                               vmin, vmax);
376        delete [] cdata;
377#else // !FILTER_GRADIENTS
378        computeSimpleGradient(data, nx, ny, nz,
379                              dx, dy, dz);
380#endif // FILTER_GRADIENTS
381
382#endif // DOWNSAMPLE_DATA
383    } else {
384        Rappture::Mesh1D zgrid(z0, z0 + (nz-1)*dz, nz);
385        Rappture::FieldPrism3D field(xymesh, zgrid);
386
387        double dval;
388        int nread = 0;
389        int ixy = 0;
390        int iz = 0;
391        while (!fin.eof() && nread < npts) {
392            fin >> dval;
393            if (fin.fail()) {
394                result.addError("after %d of %d points: can't read number", 
395                                nread, npts);
396                return NULL;
397            } else {
398                int nid = nxy*iz + ixy;
399                field.define(nid, dval);
400
401                nread++;
402                if (++iz >= nz) {
403                    iz = 0;
404                    ixy++;
405                }
406            }
407        }
408
409        // make sure that we read all of the expected points
410        if (nread != npts) {
411            result.addError("inconsistent data: expected %d points"
412                            " but found %d points", npts, nread);
413            return NULL;
414        }
415
416        x0 = field.rangeMin(Rappture::xaxis);
417        lx = field.rangeMax(Rappture::xaxis) - field.rangeMin(Rappture::xaxis);
418        y0 = field.rangeMin(Rappture::yaxis);
419        ly = field.rangeMax(Rappture::yaxis) - field.rangeMin(Rappture::yaxis);
420        z0 = field.rangeMin(Rappture::zaxis);
421        lz = field.rangeMax(Rappture::zaxis) - field.rangeMin(Rappture::zaxis);
422
423        // figure out a good mesh spacing
424        int nsample = 64;
425        double dmin = pow((lx*ly*lz)/((nsample-1)*(nsample-1)*(nsample-1)), 0.333);
426
427        nx = (int)ceil(lx/dmin) + 1;
428        ny = (int)ceil(ly/dmin) + 1;
429        nz = (int)ceil(lz/dmin) + 1;
430#ifndef HAVE_NPOT_TEXTURES
431        // must be an even power of 2 for older cards
432        nx = (int)pow(2.0, ceil(log10((double)nx)/log10(2.0)));
433        ny = (int)pow(2.0, ceil(log10((double)ny)/log10(2.0)));
434        nz = (int)pow(2.0, ceil(log10((double)nz)/log10(2.0)));
435#endif
436
437        dx = lx /(double)(nx - 1);
438        dy = ly /(double)(ny - 1);
439        dz = lz /(double)(nz - 1);
440
441        vmin = field.valueMin();
442        vmax = field.valueMax();
443        nzero_min = DBL_MAX;
444        double dv = vmax - vmin;
445        if (dv == 0.0) {
446            dv = 1.0;
447        }
448
449        data = new float[4*nx*ny*nz];
450        // generate the uniformly sampled data that we need for a volume
451        int ngen = 0;
452        for (int iz = 0; iz < nz; iz++) {
453            double zval = z0 + iz*dz;
454            for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
455                double yval = y0 + iy*dy;
456                for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
457                    double xval = x0 + ix*dx;
458                    double v = field.value(xval, yval, zval);
459
460                    if (v != 0.0 && v < nzero_min) {
461                        nzero_min = v;
462                    }
463                    // scale all values [0-1], -1 => out of bounds
464                    v = (isnan(v)) ? -1.0 : (v - vmin)/dv;
465                    data[ngen] = v;
466
467                    ngen += 4;
468                }
469            }
470        }
471
472        computeSimpleGradient(data, nx, ny, nz,
473                              dx, dy, dz);
474    }
475
476    TRACE("nx = %i ny = %i nz = %i", nx, ny, nz);
477    TRACE("x0 = %lg y0 = %lg z0 = %lg", x0, y0, z0);
478    TRACE("lx = %lg ly = %lg lz = %lg", lx, ly, lz);
479    TRACE("dx = %lg dy = %lg dz = %lg", dx, dy, dz);
480    TRACE("dataMin = %lg dataMax = %lg nzero_min = %lg",
481          vmin, vmax, nzero_min);
482
483    volume = NanoVis::loadVolume(tag, nx, ny, nz, 4, data,
484                                 vmin, vmax, nzero_min);
485    volume->xAxis.setRange(x0, x0 + lx);
486    volume->yAxis.setRange(y0, y0 + ly);
487    volume->zAxis.setRange(z0, z0 + lz);
488    volume->updatePending = true;
489
490    // TBD..
491#if 0 && defined(USE_POINTSET_RENDERER)
492    PointSet *pset = new PointSet();
493    pset->initialize(volume, (float*)data);
494    pset->setVisible(true);
495    NanoVis::pointSet.push_back(pset);
496    updateColor(pset);
497    volume->pointsetIndex = NanoVis::pointSet.size() - 1;
498#endif
499    delete [] data;
500
501    //
502    // Center this new volume on the origin.
503    //
504    float dx0 = -0.5;
505    float dy0 = -0.5*ly/lx;
506    float dz0 = -0.5*lz/lx;
507    if (volume) {
508        volume->location(vrmath::Vector3f(dx0, dy0, dz0));
509        TRACE("Set volume location to %g %g %g", dx0, dy0, dz0);
510    }
511    return volume;
512}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.