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[WebKit-https.git] / Source / WebCore / platform / graphics / filters / FETurbulence.cpp
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4  * Copyright (C) 2005 Eric Seidel <eric@webkit.org>
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22  * Boston, MA 02110-1301, USA.
23  */
24
25 #include "config.h"
26 #include "FETurbulence.h"
27
28 #include "Filter.h"
29 #include "TextStream.h"
30
31 #include <runtime/Uint8ClampedArray.h>
32 #include <wtf/MathExtras.h>
33 #include <wtf/ParallelJobs.h>
34
35 namespace WebCore {
36
37 /*
38     Produces results in the range [1, 2**31 - 2]. Algorithm is:
39     r = (a * r) mod m where a = randAmplitude = 16807 and
40     m = randMaximum = 2**31 - 1 = 2147483647, r = seed.
41     See [Park & Miller], CACM vol. 31 no. 10 p. 1195, Oct. 1988
42     To test: the algorithm should produce the result 1043618065
43     as the 10,000th generated number if the original seed is 1.
44 */
45 static const int s_perlinNoise = 4096;
46 static const long s_randMaximum = 2147483647; // 2**31 - 1
47 static const int s_randAmplitude = 16807; // 7**5; primitive root of m
48 static const int s_randQ = 127773; // m / a
49 static const int s_randR = 2836; // m % a
50
51 FETurbulence::FETurbulence(Filter* filter, TurbulenceType type, float baseFrequencyX, float baseFrequencyY, int numOctaves, float seed, bool stitchTiles)
52     : FilterEffect(filter)
53     , m_type(type)
54     , m_baseFrequencyX(baseFrequencyX)
55     , m_baseFrequencyY(baseFrequencyY)
56     , m_numOctaves(numOctaves)
57     , m_seed(seed)
58     , m_stitchTiles(stitchTiles)
59 {
60 }
61
62 PassRefPtr<FETurbulence> FETurbulence::create(Filter* filter, TurbulenceType type, float baseFrequencyX, float baseFrequencyY, int numOctaves, float seed, bool stitchTiles)
63 {
64     return adoptRef(new FETurbulence(filter, type, baseFrequencyX, baseFrequencyY, numOctaves, seed, stitchTiles));
65 }
66
67 TurbulenceType FETurbulence::type() const
68 {
69     return m_type;
70 }
71
72 bool FETurbulence::setType(TurbulenceType type)
73 {
74     if (m_type == type)
75         return false;
76     m_type = type;
77     return true;
78 }
79
80 float FETurbulence::baseFrequencyY() const
81 {
82     return m_baseFrequencyY;
83 }
84
85 bool FETurbulence::setBaseFrequencyY(float baseFrequencyY)
86 {
87     if (m_baseFrequencyY == baseFrequencyY)
88         return false;
89     m_baseFrequencyY = baseFrequencyY;
90     return true;
91 }
92
93 float FETurbulence::baseFrequencyX() const
94 {
95     return m_baseFrequencyX;
96 }
97
98 bool FETurbulence::setBaseFrequencyX(float baseFrequencyX)
99 {
100     if (m_baseFrequencyX == baseFrequencyX)
101         return false;
102     m_baseFrequencyX = baseFrequencyX;
103     return true;
104 }
105
106 float FETurbulence::seed() const
107 {
108     return m_seed; 
109 }
110
111 bool FETurbulence::setSeed(float seed)
112 {
113     if (m_seed == seed)
114         return false;
115     m_seed = seed;
116     return true;
117 }
118
119 int FETurbulence::numOctaves() const
120 {
121     return m_numOctaves;
122 }
123
124 bool FETurbulence::setNumOctaves(int numOctaves)
125 {
126     if (m_numOctaves == numOctaves)
127         return false;
128     m_numOctaves = numOctaves;
129     return true;
130 }
131
132 bool FETurbulence::stitchTiles() const
133 {
134     return m_stitchTiles;
135 }
136
137 bool FETurbulence::setStitchTiles(bool stitch)
138 {
139     if (m_stitchTiles == stitch)
140         return false;
141     m_stitchTiles = stitch;
142     return true;
143 }
144
145 // The turbulence calculation code is an adapted version of what appears in the SVG 1.1 specification:
146 // http://www.w3.org/TR/SVG11/filters.html#feTurbulence
147
148 // Compute pseudo random number.
149 inline long FETurbulence::PaintingData::random()
150 {
151     long result = s_randAmplitude * (seed % s_randQ) - s_randR * (seed / s_randQ);
152     if (result <= 0)
153         result += s_randMaximum;
154     seed = result;
155     return result;
156 }
157
158 inline float smoothCurve(float t)
159 {
160     return t * t * (3 - 2 * t);
161 }
162
163 inline float linearInterpolation(float t, float a, float b)
164 {
165     return a + t * (b - a);
166 }
167
168 inline void FETurbulence::initPaint(PaintingData& paintingData)
169 {
170     float normalizationFactor;
171
172     // The seed value clamp to the range [1, s_randMaximum - 1].
173     if (paintingData.seed <= 0)
174         paintingData.seed = -(paintingData.seed % (s_randMaximum - 1)) + 1;
175     if (paintingData.seed > s_randMaximum - 1)
176         paintingData.seed = s_randMaximum - 1;
177
178     float* gradient;
179     for (int channel = 0; channel < 4; ++channel) {
180         for (int i = 0; i < s_blockSize; ++i) {
181             paintingData.latticeSelector[i] = i;
182             gradient = paintingData.gradient[channel][i];
183             gradient[0] = static_cast<float>((paintingData.random() % (2 * s_blockSize)) - s_blockSize) / s_blockSize;
184             gradient[1] = static_cast<float>((paintingData.random() % (2 * s_blockSize)) - s_blockSize) / s_blockSize;
185             normalizationFactor = sqrtf(gradient[0] * gradient[0] + gradient[1] * gradient[1]);
186             gradient[0] /= normalizationFactor;
187             gradient[1] /= normalizationFactor;
188         }
189     }
190     for (int i = s_blockSize - 1; i > 0; --i) {
191         int k = paintingData.latticeSelector[i];
192         int j = paintingData.random() % s_blockSize;
193         ASSERT(j >= 0);
194         ASSERT(j < 2 * s_blockSize + 2);
195         paintingData.latticeSelector[i] = paintingData.latticeSelector[j];
196         paintingData.latticeSelector[j] = k;
197     }
198     for (int i = 0; i < s_blockSize + 2; ++i) {
199         paintingData.latticeSelector[s_blockSize + i] = paintingData.latticeSelector[i];
200         for (int channel = 0; channel < 4; ++channel) {
201             paintingData.gradient[channel][s_blockSize + i][0] = paintingData.gradient[channel][i][0];
202             paintingData.gradient[channel][s_blockSize + i][1] = paintingData.gradient[channel][i][1];
203         }
204     }
205 }
206
207 inline void checkNoise(int& noiseValue, int limitValue, int newValue)
208 {
209     if (noiseValue >= limitValue)
210         noiseValue -= newValue;
211     if (noiseValue >= limitValue - 1)
212         noiseValue -= newValue - 1;
213 }
214
215 float FETurbulence::noise2D(int channel, PaintingData& paintingData, StitchData& stitchData, const FloatPoint& noiseVector)
216 {
217     struct Noise {
218         int noisePositionIntegerValue;
219         float noisePositionFractionValue;
220
221         Noise(float component)
222         {
223             float position = component + s_perlinNoise;
224             noisePositionIntegerValue = static_cast<int>(position);
225             noisePositionFractionValue = position - noisePositionIntegerValue;
226         }
227     };
228
229     Noise noiseX(noiseVector.x());
230     Noise noiseY(noiseVector.y());
231     float* q;
232     float sx, sy, a, b, u, v;
233
234     // If stitching, adjust lattice points accordingly.
235     if (m_stitchTiles) {
236         checkNoise(noiseX.noisePositionIntegerValue, stitchData.wrapX, stitchData.width);
237         checkNoise(noiseY.noisePositionIntegerValue, stitchData.wrapY, stitchData.height);
238     }
239
240     noiseX.noisePositionIntegerValue &= s_blockMask;
241     noiseY.noisePositionIntegerValue &= s_blockMask;
242     int latticeIndex = paintingData.latticeSelector[noiseX.noisePositionIntegerValue];
243     int nextLatticeIndex = paintingData.latticeSelector[(noiseX.noisePositionIntegerValue + 1) & s_blockMask];
244
245     sx = smoothCurve(noiseX.noisePositionFractionValue);
246     sy = smoothCurve(noiseY.noisePositionFractionValue);
247
248     // This is taken 1:1 from SVG spec: http://www.w3.org/TR/SVG11/filters.html#feTurbulenceElement.
249     int temp = paintingData.latticeSelector[latticeIndex + noiseY.noisePositionIntegerValue];
250     q = paintingData.gradient[channel][temp];
251     u = noiseX.noisePositionFractionValue * q[0] + noiseY.noisePositionFractionValue * q[1];
252     temp = paintingData.latticeSelector[nextLatticeIndex + noiseY.noisePositionIntegerValue];
253     q = paintingData.gradient[channel][temp];
254     v = (noiseX.noisePositionFractionValue - 1) * q[0] + noiseY.noisePositionFractionValue * q[1];
255     a = linearInterpolation(sx, u, v);
256     temp = paintingData.latticeSelector[latticeIndex + noiseY.noisePositionIntegerValue + 1];
257     q = paintingData.gradient[channel][temp];
258     u = noiseX.noisePositionFractionValue * q[0] + (noiseY.noisePositionFractionValue - 1) * q[1];
259     temp = paintingData.latticeSelector[nextLatticeIndex + noiseY.noisePositionIntegerValue + 1];
260     q = paintingData.gradient[channel][temp];
261     v = (noiseX.noisePositionFractionValue - 1) * q[0] + (noiseY.noisePositionFractionValue - 1) * q[1];
262     b = linearInterpolation(sx, u, v);
263     return linearInterpolation(sy, a, b);
264 }
265
266 unsigned char FETurbulence::calculateTurbulenceValueForPoint(int channel, PaintingData& paintingData, StitchData& stitchData, const FloatPoint& point)
267 {
268     float tileWidth = paintingData.filterSize.width();
269     float tileHeight = paintingData.filterSize.height();
270     ASSERT(tileWidth > 0 && tileHeight > 0);
271     float baseFrequencyX = m_baseFrequencyX;
272     float baseFrequencyY = m_baseFrequencyY;
273     // Adjust the base frequencies if necessary for stitching.
274     if (m_stitchTiles) {
275         // When stitching tiled turbulence, the frequencies must be adjusted
276         // so that the tile borders will be continuous.
277         if (baseFrequencyX) {
278             float lowFrequency = floorf(tileWidth * baseFrequencyX) / tileWidth;
279             float highFrequency = ceilf(tileWidth * baseFrequencyX) / tileWidth;
280             // BaseFrequency should be non-negative according to the standard.
281             if (baseFrequencyX / lowFrequency < highFrequency / baseFrequencyX)
282                 baseFrequencyX = lowFrequency;
283             else
284                 baseFrequencyX = highFrequency;
285         }
286         if (baseFrequencyY) {
287             float lowFrequency = floorf(tileHeight * baseFrequencyY) / tileHeight;
288             float highFrequency = ceilf(tileHeight * baseFrequencyY) / tileHeight;
289             if (baseFrequencyY / lowFrequency < highFrequency / baseFrequencyY)
290                 baseFrequencyY = lowFrequency;
291             else
292                 baseFrequencyY = highFrequency;
293         }
294         // Set up TurbulenceInitial stitch values.
295         stitchData.width = roundf(tileWidth * baseFrequencyX);
296         stitchData.wrapX = s_perlinNoise + stitchData.width;
297         stitchData.height = roundf(tileHeight * baseFrequencyY);
298         stitchData.wrapY = s_perlinNoise + stitchData.height;
299     }
300     float turbulenceFunctionResult = 0;
301     FloatPoint noiseVector(point.x() * baseFrequencyX, point.y() * baseFrequencyY);
302     float ratio = 1;
303     for (int octave = 0; octave < m_numOctaves; ++octave) {
304         if (m_type == FETURBULENCE_TYPE_FRACTALNOISE)
305             turbulenceFunctionResult += noise2D(channel, paintingData, stitchData, noiseVector) / ratio;
306         else
307             turbulenceFunctionResult += fabsf(noise2D(channel, paintingData, stitchData, noiseVector)) / ratio;
308         noiseVector.setX(noiseVector.x() * 2);
309         noiseVector.setY(noiseVector.y() * 2);
310         ratio *= 2;
311         if (m_stitchTiles) {
312             // Update stitch values. Subtracting s_perlinNoiseoise before the multiplication and
313             // adding it afterward simplifies to subtracting it once.
314             stitchData.width *= 2;
315             stitchData.wrapX = 2 * stitchData.wrapX - s_perlinNoise;
316             stitchData.height *= 2;
317             stitchData.wrapY = 2 * stitchData.wrapY - s_perlinNoise;
318         }
319     }
320
321     // The value of turbulenceFunctionResult comes from ((turbulenceFunctionResult * 255) + 255) / 2 by fractalNoise
322     // and (turbulenceFunctionResult * 255) by turbulence.
323     if (m_type == FETURBULENCE_TYPE_FRACTALNOISE)
324         turbulenceFunctionResult = turbulenceFunctionResult * 0.5f + 0.5f;
325     // Clamp result
326     turbulenceFunctionResult = std::max(std::min(turbulenceFunctionResult, 1.f), 0.f);
327     return static_cast<unsigned char>(turbulenceFunctionResult * 255);
328 }
329
330 inline void FETurbulence::fillRegion(Uint8ClampedArray* pixelArray, PaintingData& paintingData, int startY, int endY)
331 {
332     IntRect filterRegion = absolutePaintRect();
333     IntPoint point(0, filterRegion.y() + startY);
334     int indexOfPixelChannel = startY * (filterRegion.width() << 2);
335     int channel;
336     StitchData stitchData;
337
338     for (int y = startY; y < endY; ++y) {
339         point.setY(point.y() + 1);
340         point.setX(filterRegion.x());
341         for (int x = 0; x < filterRegion.width(); ++x) {
342             point.setX(point.x() + 1);
343             for (channel = 0; channel < 4; ++channel, ++indexOfPixelChannel)
344                 pixelArray->set(indexOfPixelChannel, calculateTurbulenceValueForPoint(channel, paintingData, stitchData, filter().mapAbsolutePointToLocalPoint(point)));
345         }
346     }
347 }
348
349 void FETurbulence::fillRegionWorker(FillRegionParameters* parameters)
350 {
351     parameters->filter->fillRegion(parameters->pixelArray, *parameters->paintingData, parameters->startY, parameters->endY);
352 }
353
354 void FETurbulence::platformApplySoftware()
355 {
356     Uint8ClampedArray* pixelArray = createUnmultipliedImageResult();
357     if (!pixelArray)
358         return;
359
360     if (absolutePaintRect().isEmpty()) {
361         pixelArray->zeroFill();
362         return;
363     }
364
365     PaintingData paintingData(m_seed, roundedIntSize(filterPrimitiveSubregion().size()));
366     initPaint(paintingData);
367
368     int optimalThreadNumber = (absolutePaintRect().width() * absolutePaintRect().height()) / s_minimalRectDimension;
369     if (optimalThreadNumber > 1) {
370         // Initialize parallel jobs
371         WTF::ParallelJobs<FillRegionParameters> parallelJobs(&WebCore::FETurbulence::fillRegionWorker, optimalThreadNumber);
372
373         // Fill the parameter array
374         int i = parallelJobs.numberOfJobs();
375         if (i > 1) {
376             // Split the job into "stepY"-sized jobs but there a few jobs that need to be slightly larger since
377             // stepY * jobs < total size. These extras are handled by the remainder "jobsWithExtra".
378             const int stepY = absolutePaintRect().height() / i;
379             const int jobsWithExtra = absolutePaintRect().height() % i;
380
381             int startY = 0;
382             for (; i > 0; --i) {
383                 FillRegionParameters& params = parallelJobs.parameter(i-1);
384                 params.filter = this;
385                 params.pixelArray = pixelArray;
386                 params.paintingData = &paintingData;
387                 params.startY = startY;
388                 startY += i < jobsWithExtra ? stepY + 1 : stepY;
389                 params.endY = startY;
390             }
391
392             // Execute parallel jobs
393             parallelJobs.execute();
394             return;
395         }
396     }
397
398     // Fallback to single threaded mode if there is no room for a new thread or the paint area is too small.
399     fillRegion(pixelArray, paintingData, 0, absolutePaintRect().height());
400 }
401
402 void FETurbulence::dump()
403 {
404 }
405
406 static TextStream& operator<<(TextStream& ts, const TurbulenceType& type)
407 {
408     switch (type) {
409     case FETURBULENCE_TYPE_UNKNOWN:
410         ts << "UNKNOWN";
411         break;
412     case FETURBULENCE_TYPE_TURBULENCE:
413         ts << "TURBULANCE";
414         break;
415     case FETURBULENCE_TYPE_FRACTALNOISE:
416         ts << "NOISE";
417         break;
418     }
419     return ts;
420 }
421
422 TextStream& FETurbulence::externalRepresentation(TextStream& ts, int indent) const
423 {
424     writeIndent(ts, indent);
425     ts << "[feTurbulence";
426     FilterEffect::externalRepresentation(ts);
427     ts << " type=\"" << type() << "\" "
428        << "baseFrequency=\"" << baseFrequencyX() << ", " << baseFrequencyY() << "\" "
429        << "seed=\"" << seed() << "\" "
430        << "numOctaves=\"" << numOctaves() << "\" "
431        << "stitchTiles=\"" << stitchTiles() << "\"]\n";
432     return ts;
433 }
434
435 } // namespace WebCore