]> gitweb.michael.orlitzky.com - spline3.git/blobdiff - src/Tetrahedron.hs
Remove the Tetrahedron 'number' field.
[spline3.git] / src / Tetrahedron.hs
index 9d90f713e9e214897d13151295ac4599fa983ea4..9f68364042e7563a3b10d23f01e72f2845ba74af 100644 (file)
@@ -1,22 +1,48 @@
 module Tetrahedron
 where
 
+import qualified Data.Vector as V (
+  singleton,
+  snoc,
+  sum
+  )
 import Numeric.LinearAlgebra hiding (i, scale)
 import Prelude hiding (LT)
+import Test.QuickCheck (Arbitrary(..), Gen)
 
 import Cardinal
+import Comparisons (nearly_ge)
 import FunctionValues
 import Misc (factorial)
 import Point
 import RealFunction
 import ThreeDimensional
 
-data Tetrahedron = Tetrahedron { fv :: FunctionValues,
-                                 v0 :: Point,
-                                 v1 :: Point,
-                                 v2 :: Point,
-                                 v3 :: Point }
-                   deriving (Eq)
+data Tetrahedron =
+  Tetrahedron { fv :: FunctionValues,
+                v0 :: Point,
+                v1 :: Point,
+                v2 :: Point,
+                v3 :: Point,
+                precomputed_volume :: Double
+              }
+    deriving (Eq)
+
+
+instance Arbitrary Tetrahedron where
+    arbitrary = do
+      rnd_v0 <- arbitrary :: Gen Point
+      rnd_v1 <- arbitrary :: Gen Point
+      rnd_v2 <- arbitrary :: Gen Point
+      rnd_v3 <- arbitrary :: Gen Point
+      rnd_fv <- arbitrary :: Gen FunctionValues
+
+      -- We can't assign an incorrect precomputed volume,
+      -- so we have to calculate the correct one here.
+      let t' = Tetrahedron rnd_fv rnd_v0 rnd_v1 rnd_v2 rnd_v3 0
+      let vol = volume t'
+      return (Tetrahedron rnd_fv rnd_v0 rnd_v1 rnd_v2 rnd_v3 vol)
+
 
 instance Show Tetrahedron where
     show t = "Tetrahedron:\n" ++
@@ -28,18 +54,56 @@ instance Show Tetrahedron where
 
 
 instance ThreeDimensional Tetrahedron where
-    center t = ((v0 t) + (v1 t) + (v2 t) + (v3 t)) `scale` (1/4)
+    center (Tetrahedron _ v0' v1' v2' v3' _) =
+        (v0' + v1' + v2' + v3') `scale` (1/4)
+
     contains_point t p =
-        (b0 t p) >= 0 && (b1 t p) >= 0 && (b2 t p) >= 0 && (b3 t p) >= 0
+      b0_unscaled `nearly_ge` 0 &&
+      b1_unscaled `nearly_ge` 0 &&
+      b2_unscaled `nearly_ge` 0 &&
+      b3_unscaled `nearly_ge` 0
+      where
+        -- Drop the useless division and volume calculation that we
+        -- would do if we used the regular b0,..b3 functions.
+        b0_unscaled :: Double
+        b0_unscaled = volume inner_tetrahedron
+          where inner_tetrahedron = t { v0 = p }
+
+        b1_unscaled :: Double
+        b1_unscaled = volume inner_tetrahedron
+          where inner_tetrahedron = t { v1 = p }
+
+        b2_unscaled :: Double
+        b2_unscaled = volume inner_tetrahedron
+          where inner_tetrahedron = t { v2 = p }
+
+        b3_unscaled :: Double
+        b3_unscaled = volume inner_tetrahedron
+          where inner_tetrahedron = t { v3 = p }
 
 
 polynomial :: Tetrahedron -> (RealFunction Point)
 polynomial t =
-    sum [ (c t i j k l) `cmult` (beta t i j k l) | i <- [0..3],
-                                                   j <- [0..3],
-                                                   k <- [0..3],
-                                                   l <- [0..3],
-                                                   i + j + k + l == 3]
+    V.sum $ V.singleton ((c t 0 0 0 3) `cmult` (beta t 0 0 0 3)) `V.snoc`
+            ((c t 0 0 1 2) `cmult` (beta t 0 0 1 2)) `V.snoc`
+            ((c t 0 0 2 1) `cmult` (beta t 0 0 2 1)) `V.snoc`
+            ((c t 0 0 3 0) `cmult` (beta t 0 0 3 0)) `V.snoc`
+            ((c t 0 1 0 2) `cmult` (beta t 0 1 0 2)) `V.snoc`
+            ((c t 0 1 1 1) `cmult` (beta t 0 1 1 1)) `V.snoc`
+            ((c t 0 1 2 0) `cmult` (beta t 0 1 2 0)) `V.snoc`
+            ((c t 0 2 0 1) `cmult` (beta t 0 2 0 1)) `V.snoc`
+            ((c t 0 2 1 0) `cmult` (beta t 0 2 1 0)) `V.snoc`
+            ((c t 0 3 0 0) `cmult` (beta t 0 3 0 0)) `V.snoc`
+            ((c t 1 0 0 2) `cmult` (beta t 1 0 0 2)) `V.snoc`
+            ((c t 1 0 1 1) `cmult` (beta t 1 0 1 1)) `V.snoc`
+            ((c t 1 0 2 0) `cmult` (beta t 1 0 2 0)) `V.snoc`
+            ((c t 1 1 0 1) `cmult` (beta t 1 1 0 1)) `V.snoc`
+            ((c t 1 1 1 0) `cmult` (beta t 1 1 1 0)) `V.snoc`
+            ((c t 1 2 0 0) `cmult` (beta t 1 2 0 0)) `V.snoc`
+            ((c t 2 0 0 1) `cmult` (beta t 2 0 0 1)) `V.snoc`
+            ((c t 2 0 1 0) `cmult` (beta t 2 0 1 0)) `V.snoc`
+            ((c t 2 1 0 0) `cmult` (beta t 2 1 0 0)) `V.snoc`
+            ((c t 3 0 0 0) `cmult` (beta t 3 0 0 0))
 
 
 -- | Returns the domain point of t with indices i,j,k,l.
@@ -76,6 +140,11 @@ beta t i j k l
     b3_term = (b3 t) `fexp` l
 
 
+-- | The coefficient function. c t i j k l returns the coefficient
+--   c_ijkl with respect to the tetrahedron t. The definition uses
+--   pattern matching to mimic the definitions given in Sorokina and
+--   Zeilfelder, pp. 84-86. If incorrect indices are supplied, the
+--   function will simply error.
 c :: Tetrahedron -> Int -> Int -> Int -> Int -> Double
 c t 0 0 3 0 = eval (fv t) $
               (1/8) * (I + F + L + T + LT + FL + FT + FLT)
@@ -197,6 +266,8 @@ c _ _ _ _ _ = error "coefficient index out of bounds"
 
 
 
+-- | The matrix used in the tetrahedron volume calculation as given in
+--   Lai & Schumaker, Definition 15.4, page 436.
 vol_matrix :: Tetrahedron -> Matrix Double
 vol_matrix t = (4><4)
                [1,  1,  1,  1,
@@ -204,18 +275,10 @@ vol_matrix t = (4><4)
                 y1, y2, y3, y4,
                 z1, z2, z3, z4 ]
     where
-      x1 = x_coord (v0 t)
-      x2 = x_coord (v1 t)
-      x3 = x_coord (v2 t)
-      x4 = x_coord (v3 t)
-      y1 = y_coord (v0 t)
-      y2 = y_coord (v1 t)
-      y3 = y_coord (v2 t)
-      y4 = y_coord (v3 t)
-      z1 = z_coord (v0 t)
-      z2 = z_coord (v1 t)
-      z3 = z_coord (v2 t)
-      z4 = z_coord (v3 t)
+      (x1, y1, z1) = v0 t
+      (x2, y2, z2) = v1 t
+      (x3, y3, z3) = v2 t
+      (x4, y4, z4) = v3 t
 
 -- | Computed using the formula from Lai & Schumaker, Definition 15.4,
 --   page 436.
@@ -232,27 +295,27 @@ volume t
 
 -- | The barycentric coordinates of a point with respect to v0.
 b0 :: Tetrahedron -> (RealFunction Point)
-b0 t point = (volume inner_tetrahedron) / (volume t)
+b0 t point = (volume inner_tetrahedron) / (precomputed_volume t)
              where
                inner_tetrahedron = t { v0 = point }
 
 
 -- | The barycentric coordinates of a point with respect to v1.
 b1 :: Tetrahedron -> (RealFunction Point)
-b1 t point = (volume inner_tetrahedron) / (volume t)
+b1 t point = (volume inner_tetrahedron) / (precomputed_volume t)
              where
                inner_tetrahedron = t { v1 = point }
 
 
 -- | The barycentric coordinates of a point with respect to v2.
 b2 :: Tetrahedron -> (RealFunction Point)
-b2 t point = (volume inner_tetrahedron) / (volume t)
+b2 t point = (volume inner_tetrahedron) / (precomputed_volume t)
              where
                inner_tetrahedron = t { v2 = point }
 
 
 -- | The barycentric coordinates of a point with respect to v3.
 b3 :: Tetrahedron -> (RealFunction Point)
-b3 t point = (volume inner_tetrahedron) / (volume t)
+b3 t point = (volume inner_tetrahedron) / (precomputed_volume t)
              where
                inner_tetrahedron = t { v3 = point }