sequence_generator.cc

   1
   2 /*
   3  *  dyncnn is a deep-learning algorithm for the prediction of
   4  *  interacting object dynamics
   5  *
   6  *  Copyright (c) 2016 Idiap Research Institute, http://www.idiap.ch/
   7  *  Written by Francois Fleuret <francois.fleuret@idiap.ch>
   8  *
   9  *  This file is part of dyncnn.
  10  *
  11  *  dyncnn is free software: you can redistribute it and/or modify it
  12  *  under the terms of the GNU General Public License version 3 as
  13  *  published by the Free Software Foundation.
  14  *
  15  *  dyncnn is distributed in the hope that it will be useful, but
  16  *  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  *
  20  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  21  *  along with dyncnn.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  22  *
  23  */
  24
  25 #include <iostream>
  26 #include <fstream>
  27 #include <cmath>
  28 #include <stdio.h>
  29 #include <stdlib.h>
  30 #include <stdint.h>
  31 #include <errno.h>
  32 #include <string.h>
  33 #include <sys/stat.h>
  34 #include <sys/time.h>
  35
  36 using namespace std;
  37
  38 #include "misc.h"
  39 #include "universe.h"
  40 #include "canvas_cairo.h"
  41
  42 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  43
  44 void draw_universe_on_canvas(CanvasCairo *canvas, scalar_t scaling,
  45                              Universe *universe) {
  46   canvas->set_line_width(1.0 / scaling);
  47   universe->draw(canvas);
  48 }
  49
  50 void draw_grabbing_point_on_canvas(CanvasCairo *canvas, scalar_t scaling,
  51                                    scalar_t xg, scalar_t yg,
  52                                    scalar_t r, scalar_t g, scalar_t b) {
  53   scalar_t radius = 1/scaling;
  54   int n = 36;
  55   scalar_t xp[n], yp[n];
  56   for(int k = 0; k < n; k++) {
  57     scalar_t alpha = 2 * M_PI * scalar_t(k) / scalar_t(n);
  58     xp[k] = xg + radius * cos(alpha);
  59     yp[k] = yg + radius * sin(alpha);
  60   }
  61   canvas->set_drawing_color(r, g, b);
  62   canvas->set_line_width(2.0);
  63   canvas->draw_polygon(1, n, xp, yp);
  64 }
  65
  66 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  67
  68 extern "C" void fl_generate_sequence(int nb_images,
  69                                      int width, int height,
  70                                      int random_shape_size, int random_colors,
  71                                      unsigned char *output) {
  72
  73   const scalar_t world_width = width * 8;
  74   const scalar_t world_height = height * 8;
  75   const scalar_t scaling = 0.125;
  76
  77   const scalar_t dt = 0.1;
  78   const int nb_iterations_per_steps = 5;
  79
  80   //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  81
  82   // We will generate images { 0, every_nth, 2 * every_nth, ..., k * every_nth < nb_simulated_frames }
  83
  84   // The framerate every_nth may be set to smaller value to generate
  85   // nice materials for presentations or papers.
  86
  87   int every_nth = 16;
  88   int nb_simulated_frames = 1 + (nb_images - 1) * every_nth;
  89   int random_grasp = 1;
  90   int nb_shapes = 10;
  91
  92   Universe *universe;
  93   Polygon *grabbed_polygon;
  94
  95   universe = new Universe(nb_shapes, world_width, world_height);
  96
  97   const int nb_saved_frames = (nb_simulated_frames + every_nth - 1) / every_nth;
  98   if(nb_saved_frames != nb_images) {
  99     cerr << "It makes no sense." << endl;
 100     abort();
 101   }
 102
 103   CanvasCairo *canvases[nb_saved_frames * 2];
 104
 105   for(int s = 0; s < 2 * nb_saved_frames; s++) {
 106     canvases[s] = new CanvasCairo(scaling, universe->width(), universe->height());
 107   }
 108
 109   scalar_t grab_start_x, grab_start_y;
 110
 111   int failed;
 112
 113   do {
 114     if(random_grasp) {
 115       grab_start_x = world_width * (0.1 + 0.8 * drand48());
 116       grab_start_y = world_height * (0.1 + 0.8 * drand48());
 117     } else {
 118       grab_start_x = world_width * 0.5;
 119       grab_start_y = world_height * 0.75;
 120     }
 121
 122     do {
 123       universe->clear();
 124
 125       const int nb_attempts_max = 100;
 126       int nb_attempts = 0;
 127
 128       for(int u = 0; u < nb_shapes; u++) {
 129         Polygon *pol = 0;
 130
 131         nb_attempts = 0;
 132
 133         scalar_t shape_size;
 134
 135         if(random_shape_size) {
 136           shape_size = 40 + 80 * drand48();
 137         } else {
 138           shape_size = 80;
 139         }
 140
 141         scalar_t red, green, blue;
 142
 143         if(random_colors) {
 144           do {
 145             red = drand48();
 146             green = drand48();
 147             blue = drand48();
 148           } while(red < 0.9 and green < 0.9 and blue < 0.9 and
 149                   red > 0.1 and green > 0.1 and blue > 0.1);
 150         } else {
 151           red = 1.0;
 152           green = 1.0;
 153           blue = 1.0;
 154         }
 155
 156         do {
 157           scalar_t x[] = { - shape_size * 0.4, + shape_size * 0.4,
 158                            + shape_size * 0.4, - shape_size * 0.4 };
 159
 160           scalar_t y[] = { - shape_size * 0.6, - shape_size * 0.6,
 161                            + shape_size * 0.6, + shape_size * 0.6 };
 162
 163           scalar_t object_center_x = world_width * drand48();
 164           scalar_t object_center_y = world_height * drand48();
 165
 166           delete pol;
 167           pol = new Polygon(0.5, red, green, blue, x, y, sizeof(x) / sizeof(scalar_t));
 168           pol->set_position(object_center_x, object_center_y, M_PI * 2 * drand48());
 169           pol->set_speed(0, 0, 0);
 170
 171           universe->initialize_polygon(pol);
 172
 173           nb_attempts++;
 174         } while(nb_attempts < nb_attempts_max &&
 175                 (universe->collide(pol) || universe->collide_with_borders(pol, 2.0 / scaling)));
 176
 177         if(nb_attempts == nb_attempts_max) {
 178           delete pol;
 179           u = -1;
 180           universe->clear();
 181           nb_attempts = 0;
 182         } else {
 183           universe->add_polygon(pol);
 184         }
 185       }
 186
 187       grabbed_polygon = universe->pick_polygon(grab_start_x, grab_start_y);
 188     } while(!grabbed_polygon);
 189
 190     failed = 0;
 191
 192     scalar_t grab_relative_x = grabbed_polygon->relative_x(grab_start_x, grab_start_y);
 193     scalar_t grab_relative_y = grabbed_polygon->relative_y(grab_start_x, grab_start_y);
 194
 195     for(int s = 0; !failed && s < nb_simulated_frames; s++) {
 196       if(s % every_nth == 0) {
 197         int t = s / every_nth;
 198         // scalar_t xf = grabbed_polygon->absolute_x(grab_relative_x, grab_relative_y);
 199         // scalar_t yf = grabbed_polygon->absolute_y(grab_relative_x, grab_relative_y);
 200
 201         // canvases[2 * t + 0]->clear();
 202         // draw_grabbing_point_on_canvas(canvases[2 * t + 0], scaling,
 203         // xf, yf, 0.0, 0.0, 0.0);
 204         // canvases[2 * t + 1]->clear();
 205         // draw_universe_on_canvas(canvases[2 * t + 1], scaling, universe);
 206
 207         canvases[t]->clear();
 208         draw_universe_on_canvas(canvases[t], scaling, universe);
 209
 210         // if(show_grabbing_point) {
 211         // draw_grabbing_point_on_canvas(canvases[2 * t + 1], scaling,
 212         // xf, yf, 1.0, 0.0, 0.0);
 213         // }
 214       }
 215
 216       if(s < nb_simulated_frames - 1) {
 217         // Run the simulation
 218         for(int i = 0; i < nb_iterations_per_steps; i++) {
 219           scalar_t xf = grabbed_polygon->absolute_x(grab_relative_x, grab_relative_y);
 220           scalar_t yf = grabbed_polygon->absolute_y(grab_relative_x, grab_relative_y);
 221           if (xf < 0 || xf >= world_width || yf < 0 || yf >= world_height) {
 222             failed = 1;
 223           }
 224           grabbed_polygon->apply_force(dt, xf, yf, 0.0, -1.0);
 225           universe->update(dt, 1.0 / scaling);
 226         }
 227       }
 228     }
 229   } while(failed);
 230
 231   for(int t = 0; t < nb_images; t++) {
 232     unsigned char *src = canvases[t]->_data;
 233     unsigned char *dst = output + t * width * height * 3;
 234     for(int d = 0; d < 3; d++) {
 235       for(int y = 0; y < height; y++) {
 236         for(int x = 0; x < width; x++) {
 237           dst[x + width * (y + height * d)] = src[d + 4 * (x + width * y)];
 238         }
 239       }
 240     }
 241   }
 242
 243   for(int t = 0; t < 2 * nb_saved_frames; t++) {
 244     delete canvases[t];
 245   }
 246
 247   delete universe;
 248 }