Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  SkCubics.cpp   Sprache: C

 
/*
 * Copyright 2023 Google LLC
 *
 * Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
 * found in the LICENSE file.
 */


#include "src/base/SkCubics.h"

#include "include/private/base/SkAssert.h"
#include "include/private/base/SkFloatingPoint.h"
#include "include/private/base/SkTPin.h"
#include "src/base/SkQuads.h"

#include <algorithm>
#include <cmath>

static constexpr double PI = 3.141592653589793;

static bool nearly_equal(double x, double y) {
    if (sk_double_nearly_zero(x)) {
        return sk_double_nearly_zero(y);
    }
    return sk_doubles_nearly_equal_ulps(x, y);
}

// When the A coefficient of a cubic is close to 0, there can be floating point error
// that arises from computing a very large root. In those cases, we would rather be
// precise about the smaller 2 roots, so we have this arbitrary cutoff for when A is
// really small or small compared to B.
static bool close_to_a_quadratic(double A, double B) {
    if (sk_double_nearly_zero(B)) {
        return sk_double_nearly_zero(A);
    }
    return std::abs(A / B) < 1.0e-7;
}

int SkCubics::RootsReal(double A, double B, double C, double D, double solution[3]) {
    if (close_to_a_quadratic(A, B)) {
        return SkQuads::RootsReal(B, C, D, solution);
    }
    if (sk_double_nearly_zero(D)) {  // 0 is one root
        int num = SkQuads::RootsReal(A, B, C, solution);
        for (int i = 0; i < num; ++i) {
            if (sk_double_nearly_zero(solution[i])) {
                return num;
            }
        }
        solution[num++] = 0;
        return num;
    }
    if (sk_double_nearly_zero(A + B + C + D)) {  // 1 is one root
        int num = SkQuads::RootsReal(A, A + B, -D, solution);
        for (int i = 0; i < num; ++i) {
            if (sk_doubles_nearly_equal_ulps(solution[i], 1)) {
                return num;
            }
        }
        solution[num++] = 1;
        return num;
    }
    double a, b, c;
    {
        // If A is zero (e.g. B was nan and thus close_to_a_quadratic was false), we will
        // temporarily have infinities rolling about, but will catch that when checking
        // R2MinusQ3.
        double invA = sk_ieee_double_divide(1, A);
        a = B * invA;
        b = C * invA;
        c = D * invA;
    }
    double a2 = a * a;
    double Q = (a2 - b * 3) / 9;
    double R = (2 * a2 * a - 9 * a * b + 27 * c) / 54;
    double R2 = R * R;
    double Q3 = Q * Q * Q;
    double R2MinusQ3 = R2 - Q3;
    // If one of R2 Q3 is infinite or nan, subtracting them will also be infinite/nan.
    // If both are infinite or nan, the subtraction will be nan.
    // In either case, we have no finite roots.
    if (!SkIsFinite(R2MinusQ3)) {
        return 0;
    }
    double adiv3 = a / 3;
    double r;
    double* roots = solution;
    if (R2MinusQ3 < 0) {   // we have 3 real roots
        // the divide/root can, due to finite precisions, be slightly outside of -1...1
        const double theta = acos(SkTPin(R / std::sqrt(Q3), -1., 1.));
        const double neg2RootQ = -2 * std::sqrt(Q);

        r = neg2RootQ * cos(theta / 3) - adiv3;
        *roots++ = r;

        r = neg2RootQ * cos((theta + 2 * PI) / 3) - adiv3;
        if (!nearly_equal(solution[0], r)) {
            *roots++ = r;
        }
        r = neg2RootQ * cos((theta - 2 * PI) / 3) - adiv3;
        if (!nearly_equal(solution[0], r) &&
            (roots - solution == 1 || !nearly_equal(solution[1], r))) {
            *roots++ = r;
        }
    } else {  // we have 1 real root
        const double sqrtR2MinusQ3 = std::sqrt(R2MinusQ3);
        A = fabs(R) + sqrtR2MinusQ3;
        A = std::cbrt(A); // cube root
        if (R > 0) {
            A = -A;
        }
        if (!sk_double_nearly_zero(A)) {
            A += Q / A;
        }
        r = A - adiv3;
        *roots++ = r;
        if (!sk_double_nearly_zero(R2) &&
             sk_doubles_nearly_equal_ulps(R2, Q3)) {
            r = -A / 2 - adiv3;
            if (!nearly_equal(solution[0], r)) {
                *roots++ = r;
            }
        }
    }
    return static_cast<int>(roots - solution);
}

int SkCubics::RootsValidT(double A, double B, double C, double D,
                          double solution[3]) {
    double allRoots[3] = {0, 0, 0};
    int realRoots = SkCubics::RootsReal(A, B, C, D, allRoots);
    int foundRoots = 0;
    for (int index = 0; index < realRoots; ++index) {
        double tValue = allRoots[index];
        if (tValue >= 1.0 && tValue <= 1.00005) {
            // Make sure we do not already have 1 (or something very close) in the list of roots.
            if ((foundRoots < 1 || !sk_doubles_nearly_equal_ulps(solution[0], 1)) &&
                (foundRoots < 2 || !sk_doubles_nearly_equal_ulps(solution[1], 1))) {
                solution[foundRoots++] = 1;
            }
        } else if (tValue >= -0.00005 && (tValue <= 0.0 || sk_double_nearly_zero(tValue))) {
            // Make sure we do not already have 0 (or something very close) in the list of roots.
            if ((foundRoots < 1 || !sk_double_nearly_zero(solution[0])) &&
                (foundRoots < 2 || !sk_double_nearly_zero(solution[1]))) {
                solution[foundRoots++] = 0;
            }
        } else if (tValue > 0.0 && tValue < 1.0) {
            solution[foundRoots++] = tValue;
        }
    }
    return foundRoots;
}

static bool approximately_zero(double x) {
    // This cutoff for our binary search hopefully strikes a good balance between
    // performance and accuracy.
    return std::abs(x) < 0.00000001;
}

static int find_extrema_valid_t(double A, double B, double C,
                                double t[2]) {
    // To find the local min and max of a cubic, we take the derivative and
    // solve when that is equal to 0.
    // d/dt (A*t^3 + B*t^2 + C*t + D) = 3A*t^2 + 2B*t + C
    double roots[2] = {0, 0};
    int numRoots = SkQuads::RootsReal(3*A, 2*B, C, roots);
    int validRoots = 0;
    for (int i = 0; i < numRoots; i++) {
        double tValue = roots[i];
        if (tValue >= 0 && tValue <= 1.0) {
            t[validRoots++] = tValue;
        }
    }
    return validRoots;
}

static double binary_search(double A, double B, double C, double D, double start, double stop) {
    SkASSERT(start <= stop);
    double left = SkCubics::EvalAt(A, B, C, D, start);
    if (approximately_zero(left)) {
        return start;
    }
    double right = SkCubics::EvalAt(A, B, C, D, stop);
    if (!SkIsFinite(left, right)) {
        return -1; // Not going to deal with one or more endpoints being non-finite.
    }
    if ((left > 0 && right > 0) || (left < 0 && right < 0)) {
        return -1; // We can only have a root if one is above 0 and the other is below 0.
    }

    constexpr int maxIterations = 1000; // prevent infinite loop
    for (int i = 0; i < maxIterations; i++) {
        double step = (start + stop) / 2;
        double curr = SkCubics::EvalAt(A, B, C, D, step);
        if (approximately_zero(curr)) {
            return step;
        }
        if ((curr < 0 && left < 0) || (curr > 0 && left > 0)) {
            // go right
            start = step;
        } else {
            // go left
            stop = step;
        }
    }
    return -1;
}

int SkCubics::BinarySearchRootsValidT(double A, double B, double C, double D,
                                      double solution[3]) {
    if (!SkIsFinite(A, B, C, D)) {
        return 0;
    }
    double regions[4] = {0, 0, 0, 1};
    // Find local minima and maxima
    double minMax[2] = {0, 0};
    int extremaCount = find_extrema_valid_t(A, B, C, minMax);
    int startIndex = 2 - extremaCount;
    if (extremaCount == 1) {
        regions[startIndex + 1] = minMax[0];
    }
    if (extremaCount == 2) {
        // While the roots will be in the range 0 to 1 inclusive, they might not be sorted.
        regions[startIndex + 1] = std::min(minMax[0], minMax[1]);
        regions[startIndex + 2] = std::max(minMax[0], minMax[1]);
    }
    // Starting at regions[startIndex] and going up through regions[3], we have
    // an ascending list of numbers in the range 0 to 1.0, between which are the possible
    // locations of a root.
    int foundRoots = 0;
    for (;startIndex < 3; startIndex++) {
        double root = binary_search(A, B, C, D, regions[startIndex], regions[startIndex + 1]);
        if (root >= 0) {
            // Check for duplicates
            if ((foundRoots < 1 || !approximately_zero(solution[0] - root)) &&
                (foundRoots < 2 || !approximately_zero(solution[1] - root))) {
                solution[foundRoots++] = root;
            }
        }
    }
    return foundRoots;
}

Messung V0.5
C=91 H=91 G=90

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.10 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤

*© Formatika GbR, Deutschland






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung und die Messung sind noch experimentell.






                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge