root/OpenSceneGraph/trunk/examples/osgkdtree/osgkdtree.cpp @ 8417

Revision 8417, 15.6 kB (checked in by robert, 6 years ago)

Cleaned up implementation to only use simple structure

Line 
1/* OpenSceneGraph example, osgintersection.
2*
3*  Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
4*  of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
5*  in the Software without restriction, including without limitation the rights
6*  to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
7*  copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
8*  furnished to do so, subject to the following conditions:
9*
10*  THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
11*  IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
12*  FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
13*  AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
14*  LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
15*  OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN
16*  THE SOFTWARE.
17*/
18
19 
20#include <osgDB/ReadFile>
21
22#include <osg/ArgumentParser>
23#include <osg/ApplicationUsage>
24#include <osg/Timer>
25#include <osg/CoordinateSystemNode>
26#include <osg/Notify>
27#include <osg/io_utils>
28#include <osg/Geometry>
29
30
31#include <osgUtil/IntersectionVisitor>
32#include <osgUtil/LineSegmentIntersector>
33#include <osgUtil/UpdateVisitor>
34
35#include <osgSim/LineOfSight>
36#include <osgSim/HeightAboveTerrain>
37#include <osgSim/ElevationSlice>
38
39#include <iostream>
40
41
42namespace osg
43{
44
45typedef int value_type;
46typedef std::vector< value_type >   Indices;
47
48//#define VERBOSE_OUTPUT
49
50typedef std::pair< value_type, value_type> KDNode;
51typedef std::pair< value_type, value_type> KDLeaf;
52
53
54class KDTree : public osg::Shape
55{
56    public:
57   
58   
59        KDTree() {}
60       
61        KDTree(const KDTree& rhs, const CopyOp& copyop=CopyOp::SHALLOW_COPY):
62            Shape(rhs,copyop) {}
63
64        META_Shape(osg, KDTree)
65       
66   
67        typedef std::vector< unsigned int > AxisStack;
68        typedef std::vector< KDNode >       KDNodeList;
69
70        typedef std::vector< KDLeaf > KDLeafList;
71
72        /// note, leafNum is negative to distinguish from nodeNum
73        int addLeaf(const KDLeaf& leaf) { int num = _kdLeaves.size(); _kdLeaves.push_back(leaf); return -(num+1); }
74
75        int replaceLeaf(int leafNum, const KDLeaf& leaf)
76        {
77            int num = -leafNum-1;
78           
79            if (num>_kdLeaves.size()-1)
80            {
81                osg::notify(osg::NOTICE)<<"Warning: replaceChild("<<leafNum<<", leaf), num = "<<num<<" _kdLeaves.size()="<<_kdLeaves.size()<<std::endl;
82                return leafNum;
83            }
84           
85            _kdLeaves[num] = leaf; return leafNum;
86        }
87
88        /// note, leafNum is negative to distinguish from nodeNum
89        KDLeaf& getLeaf(int leafNum)
90        {
91            int num = -leafNum-1;
92            if (num<0 || num>_kdLeaves.size()-1)
93            {
94                osg::notify(osg::NOTICE)<<"Warning: getLeaf("<<leafNum<<", num = "<<num<<") _kdLeaves.size()="<<_kdLeaves.size()<<std::endl;
95            }
96
97            return _kdLeaves[num];
98        }
99       
100        int addNode(const KDNode& node)
101        {
102            int num = _kdNodes.size();
103            _kdNodes.push_back(node);
104            return num;
105        }
106
107        /// note, nodeNum is positive to distinguish from leftNum
108        KDNode& getNode(int nodeNum)
109        {
110            if (nodeNum<0 || nodeNum>_kdNodes.size()-1)
111            {
112                osg::notify(osg::NOTICE)<<"Warning: getNode("<<nodeNum<<") _kdNodes.size()="<<_kdNodes.size()<<std::endl;
113            }
114            return _kdNodes[nodeNum];
115        }
116
117
118        osg::observer_ptr<osg::Geometry> _geometry;
119
120        osg::BoundingBox                _bb;
121
122        AxisStack                       _axisStack;
123        KDNodeList                      _kdNodes;
124        KDLeafList                      _kdLeaves;
125        Indices                         _vertexIndices;
126};
127
128class KDTreeTraverser
129{
130    public:
131   
132   
133        std::ostream& output(unsigned int level)
134        {
135            for(unsigned int i=0; i<level; ++i)
136            {
137                osg::notify(osg::NOTICE)<<"  ";
138            }
139            return osg::notify(osg::NOTICE);
140        }
141   
142
143        void traverse(KDTree& tree, KDLeaf& leaf, unsigned int level)
144        {
145            output(level)<<"leaf("<<level<<") { ";
146
147            unsigned int end = leaf.first+leaf.second;
148            for(unsigned int i=leaf.first; i<end; ++i)
149            {
150                if (i==leaf.first) osg::notify(osg::NOTICE)<<tree._vertexIndices[i];
151                else osg::notify(osg::NOTICE)<<", "<<tree._vertexIndices[i];               
152            }
153
154            osg::notify(osg::NOTICE)<<"}"<<std::endl;;
155           
156        }
157
158        void traverse(KDTree& tree, value_type nodeIndex, unsigned int level)
159        {
160            output(level)<<"traverse("<<nodeIndex<<", "<< level<<") { "<<std::endl;
161           
162            if (nodeIndex>=0)
163            {       
164                KDNode& node = tree._kdNodes[nodeIndex];
165                if (node.first) traverse(tree,node.first,level+1);
166                else output(level+1)<<"empty left child()"<<std::endl;
167               
168                if (node.second) traverse(tree,node.second,level+1);
169                else output(level+1)<<"empty right child()"<<std::endl;
170            }
171            else 
172            {
173                value_type leafIndex = -nodeIndex-1;
174
175                KDLeaf& leaf = tree._kdLeaves[leafIndex];
176
177                traverse(tree, leaf, level);
178            }
179
180            output(level)<<"}"<<std::endl;;
181        }
182
183
184        void traverse(KDTree& tree)
185        {
186            osg::notify(osg::NOTICE)<<"traverse(tree)"<<std::endl;
187            if (!tree._kdNodes.empty())
188            {
189                traverse(tree,0,0);
190            }
191            else if (!tree._kdLeaves.empty())
192            {
193                traverse(tree, tree._kdLeaves.front(), 0);
194            }
195        }
196   
197};
198
199
200class KDTreeBuilder : public osg::NodeVisitor
201{
202    public:
203   
204        KDTreeBuilder():
205            osg::NodeVisitor(osg::NodeVisitor::TRAVERSE_ALL_CHILDREN),
206            _maxNumLevels(24),
207            _targetNumVerticesPerLeaf(8),
208            _numVerticesProcessed(0)
209        {           
210        }
211   
212   
213        void apply(osg::Geode& geode)
214        {
215            for(unsigned int i=0; i<geode.getNumDrawables(); ++i)
216            {
217                osg::Geometry* geom = geode.getDrawable(i)->asGeometry();
218                if (geom)
219                {
220                    geom->setShape(createKDTree(geom));
221                }   
222            }
223        }
224   
225        KDTree* createKDTree(osg::Geometry* geometry);
226       
227        void computeDivisions(KDTree& kdTree);
228       
229        int divide(KDTree& kdTree, osg::BoundingBox& bb, int nodeIndex, unsigned int level);
230
231        unsigned int _maxNumLevels;
232        unsigned int _targetNumVerticesPerLeaf;
233       
234        unsigned int _numVerticesProcessed;   
235
236};
237
238
239KDTree* KDTreeBuilder::createKDTree(osg::Geometry* geometry)
240{
241#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
242    osg::notify(osg::NOTICE)<<"osg::KDTreeBuilder::createKDTree()"<<std::endl;
243#endif
244
245    osg::Vec3Array* vertices = dynamic_cast<osg::Vec3Array*>(geometry->getVertexArray());
246    if (!vertices) return 0;
247
248    osg::ref_ptr<KDTree> kdTree = new KDTree;
249    kdTree->_geometry = geometry;
250    kdTree->_bb = kdTree->_geometry->getBound();
251   
252   
253    unsigned int estimatedSize = (unsigned int)(float(vertices->size())/float(_targetNumVerticesPerLeaf)*1.5);
254
255#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
256    osg::notify(osg::NOTICE)<<"kdTree->_kdNodes.reserve()="<<estimatedSize<<std::endl<<std::endl;
257#endif
258
259    kdTree->_kdNodes.reserve(estimatedSize);
260    kdTree->_kdLeaves.reserve(estimatedSize);
261   
262    computeDivisions(*kdTree);
263
264
265    _numVerticesProcessed += vertices->size();
266
267    kdTree->_vertexIndices.reserve(vertices->size());
268    for(unsigned int i=0; i<vertices->size(); ++i)
269    {
270        kdTree->_vertexIndices.push_back(i);
271    }
272   
273    KDLeaf leaf(0, kdTree->_vertexIndices.size());
274
275    int leafNum = kdTree->addLeaf(leaf);
276    osg::BoundingBox bb = kdTree->_bb;
277    int nodeNum = divide(*kdTree, bb, leafNum, 0);
278
279
280
281   
282#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
283    osg::notify(osg::NOTICE)<<"Root nodeNum="<<nodeNum<<std::endl;
284#endif
285   
286#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
287   
288    KDTreeTraverser traverser;
289    traverser.traverse(*kdTree);
290   
291    osg::notify(osg::NOTICE)<<"Final kdTree->_kdNodes.size()="<<kdTree->_kdNodes.size()<<std::endl;
292    osg::notify(osg::NOTICE)<<"Final kdTree->_kdLeaves.size()="<<kdTree->_kdLeaves.size()<<std::endl;
293
294    osg::notify(osg::NOTICE)<<"osg::KDTreeBuilder::createKDTree() completed"<<std::endl<<std::endl;
295#endif
296
297    return kdTree.release();
298}   
299
300void KDTreeBuilder::computeDivisions(KDTree& kdTree)
301{
302
303
304    osg::Vec3 dimensions(kdTree._bb.xMax()-kdTree._bb.xMin(),
305                         kdTree._bb.yMax()-kdTree._bb.yMin(),
306                         kdTree._bb.zMax()-kdTree._bb.zMin());
307
308#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
309    osg::notify(osg::NOTICE)<<"computeDivisions("<<_maxNumLevels<<") "<<dimensions<< " { "<<std::endl;
310#endif
311
312    kdTree._axisStack.reserve(_maxNumLevels);
313 
314    int level = 0;
315    for(unsigned int level=0; level<_maxNumLevels; ++level)
316    {
317        int axis = 0;
318        if (dimensions[0]>=dimensions[1])
319        {
320            if (dimensions[0]>=dimensions[2]) axis = 0;
321            else axis = 2;
322        }
323        else if (dimensions[1]>=dimensions[2]) axis = 1;
324        else axis = 2;
325
326        kdTree._axisStack.push_back(axis);
327        dimensions[axis] /= 2.0f;
328
329#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
330        osg::notify(osg::NOTICE)<<"  "<<level<<", "<<dimensions<<", "<<axis<<std::endl;
331#endif
332    }
333
334#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
335    osg::notify(osg::NOTICE)<<"}"<<std::endl;
336#endif
337}
338
339int KDTreeBuilder::divide(KDTree& kdTree, osg::BoundingBox& bb, int nodeIndex, unsigned int level)
340{
341    if (kdTree._axisStack.size()<=level) return nodeIndex;
342
343
344    int axis = kdTree._axisStack[level];
345
346#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
347    //osg::notify(osg::NOTICE)<<"divide("<<nodeIndex<<", "<<level<< "), axis="<<axis<<std::endl;
348#endif
349
350    if (nodeIndex>=0)
351    {
352#ifdef VERBOSE_OUTPUT   
353        osg::notify(osg::NOTICE)<<"  divide node"<<std::endl;
354#endif
355        KDNode& node = kdTree.getNode(nodeIndex);
356        return nodeIndex;
357    }
358    else
359    {   
360
361        if (kdTree.getLeaf(nodeIndex).second<=_targetNumVerticesPerLeaf) return nodeIndex;
362
363        //osg::notify(osg::NOTICE)<<"  divide leaf"<<std::endl;
364       
365        int nodeNum = kdTree.addNode(KDNode());
366
367        float original_min = bb._min[axis];
368        float original_max = bb._max[axis];
369
370        float mid = (original_min+original_max)*0.5f;
371
372        {
373            KDLeaf& leaf = kdTree.getLeaf(nodeIndex);
374
375            osg::Vec3Array* vertices = dynamic_cast<osg::Vec3Array*>(kdTree._geometry->getVertexArray());
376
377            //osg::notify(osg::NOTICE)<<"  divide leaf->_vertexIndices.size()="<<leaf->_vertexIndices.size()<<std::endl;
378
379            unsigned int estimatedSize = leaf.second;
380
381            int end = leaf.first+leaf.second-1;
382            int left = leaf.first;
383            int right = leaf.first+leaf.second-1;
384           
385            while(left<right)
386            {
387                while(left<right && ((*vertices)[kdTree._vertexIndices[left]])[axis]<=mid) { ++left; }
388               
389                while(left<right && ((*vertices)[kdTree._vertexIndices[right]])[axis]>mid) { --right; }
390
391                if (left<right)
392                {
393                    std::swap(kdTree._vertexIndices[left], kdTree._vertexIndices[right]);
394                    ++left;
395                    --right;
396                }
397            }
398           
399            if (left==right)
400            {
401                if (((*vertices)[kdTree._vertexIndices[left]])[axis]<=mid) ++left;
402                else --right;
403            }
404           
405            KDLeaf leftLeaf(leaf.first, (right-leaf.first)+1);
406            KDLeaf rightLeaf(left, (end-left)+1);
407
408#if 0           
409            osg::notify(osg::NOTICE)<<"In  leaf.first     ="<<leaf.first     <<" leaf.second     ="<<leaf.second<<std::endl;
410            osg::notify(osg::NOTICE)<<"    leftLeaf.first ="<<leftLeaf.first <<" leftLeaf.second ="<<leftLeaf.second<<std::endl;
411            osg::notify(osg::NOTICE)<<"    rightLeaf.first="<<rightLeaf.first<<" rightLeaf.second="<<rightLeaf.second<<std::endl;
412            osg::notify(osg::NOTICE)<<"    left="<<left<<" right="<<right<<std::endl;
413
414            if (leaf.second != (leftLeaf.second +rightLeaf.second))
415            {
416                osg::notify(osg::NOTICE)<<"*** Error in size, leaf.second="<<leaf.second
417                                        <<", leftLeaf.second="<<leftLeaf.second
418                                        <<", rightLeaf.second="<<rightLeaf.second<<std::endl;
419            }
420            else
421            {
422                osg::notify(osg::NOTICE)<<"Size OK, leaf.second="<<leaf.second
423                                        <<", leftLeaf.second="<<leftLeaf.second
424                                        <<", rightLeaf.second="<<rightLeaf.second<<std::endl;
425            }
426#endif
427            if (leftLeaf.second<=0)
428            {
429                //osg::notify(osg::NOTICE)<<"LeftLeaf empty"<<std::endl;
430                kdTree.getNode(nodeNum).first = 0;
431                kdTree.getNode(nodeNum).second = kdTree.replaceLeaf(nodeIndex, rightLeaf);
432            }
433            else if (rightLeaf.second<=0)
434            {
435                //osg::notify(osg::NOTICE)<<"RightLeaf empty"<<std::endl;
436                kdTree.getNode(nodeNum).first = kdTree.replaceLeaf(nodeIndex, leftLeaf);
437                kdTree.getNode(nodeNum).second = 0;
438            }
439            else
440            {
441                kdTree.getNode(nodeNum).first = kdTree.replaceLeaf(nodeIndex, leftLeaf);
442                kdTree.getNode(nodeNum).second = kdTree.addLeaf(rightLeaf);
443            }
444        }
445
446       
447        int originalLeftChildIndex = kdTree.getNode(nodeNum).first;
448        int originalRightChildIndex = kdTree.getNode(nodeNum).second;
449
450
451        float restore = bb._max[axis];
452        bb._max[axis] = mid;
453
454        //osg::notify(osg::NOTICE)<<"  divide leftLeaf "<<kdTree.getNode(nodeNum).first<<std::endl;
455        int leftChildIndex = divide(kdTree, bb, originalLeftChildIndex, level+1);
456
457        bb._max[axis] = restore;
458       
459        restore = bb._min[axis];
460        bb._min[axis] = mid;
461
462        //osg::notify(osg::NOTICE)<<"  divide rightLeaf "<<kdTree.getNode(nodeNum).second<<std::endl;
463        int rightChildIndex = divide(kdTree, bb, originalRightChildIndex, level+1);
464       
465        bb._min[axis] = restore;
466       
467        kdTree.getNode(nodeNum).first = leftChildIndex;
468        kdTree.getNode(nodeNum).second = rightChildIndex;
469       
470        return nodeNum;       
471    }
472
473
474}
475
476}
477
478int main(int argc, char **argv)
479{
480    // use an ArgumentParser object to manage the program arguments.
481    osg::ArgumentParser arguments(&argc,argv);
482   
483    osg::ref_ptr<osg::Node> scene = osgDB::readNodeFiles(arguments);
484   
485    if (!scene)
486    {
487        std::cout<<"No model loaded, please specify a valid model on the command line."<<std::endl;
488        return 0;
489    }
490
491
492    osgUtil::UpdateVisitor updateVisitor;
493    updateVisitor.setFrameStamp(new osg::FrameStamp);
494    scene->accept(updateVisitor);
495    scene->getBound();
496
497
498    osg::Timer_t start = osg::Timer::instance()->tick();
499   
500    osg::KDTreeBuilder builder;
501    scene->accept(builder);
502   
503    osg::Timer_t end = osg::Timer::instance()->tick();
504    double time = osg::Timer::instance()->delta_s(start,end);
505    osg::notify(osg::NOTICE)<<"Time to build "<<time*1000.0<<"ms "<<builder._numVerticesProcessed<<std::endl;
506    osg::notify(osg::NOTICE)<<"build speed "<<(double(builder._numVerticesProcessed)/time)/1000000.0<<"M vertices per second"<<std::endl;
507   
508   
509    return 0;
510}
Note: See TracBrowser for help on using the browser.