PerformanceTests/JetStream/Octane2/navier-stokes.js

   1 /**
   2  * Copyright 2013 the V8 project authors. All rights reserved.
   3  * Copyright 2009 Oliver Hunt <http://nerget.com>
   4  *
   5  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person
   6  * obtaining a copy of this software and associated documentation
   7  * files (the "Software"), to deal in the Software without
   8  * restriction, including without limitation the rights to use,
   9  * copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
  10  * copies of the Software, and to permit persons to whom the
  11  * Software is furnished to do so, subject to the following
  12  * conditions:
  13  *
  14  * The above copyright notice and this permission notice shall be
  15  * included in all copies or substantial portions of the Software.
  16  *
  17  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  18  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES
  19  * OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  20  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT
  21  * HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY,
  22  * WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
  23  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR
  24  * OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
  25  *
  26  * Update 10/21/2013: fixed loop variables at line 119
  27  */
  28
  29 var NavierStokes = new BenchmarkSuite('NavierStokes', [1484000],
  30                                       [new Benchmark('NavierStokes',
  31                                                      true,
  32                                                      false,
  33                                                      runNavierStokes,
  34                                                      setupNavierStokes,
  35                                                      tearDownNavierStokes,
  36                                                      null,
  37                                                      16)]);
  38
  39 var solver = null;
  40 var nsFrameCounter = 0;
  41
  42 function runNavierStokes()
  43 {
  44     solver.update();
  45     nsFrameCounter++;
  46
  47     if(nsFrameCounter==15)
  48         checkResult(solver.getDens());
  49 }
  50
  51 function checkResult(dens) {
  52
  53     this.result = 0;
  54     for (var i=7000;i<7100;i++) {
  55         this.result+=~~((dens[i]*10));
  56     }
  57
  58     if (this.result!=77) {
  59         throw(new Error("checksum failed"));
  60     }
  61 }
  62
  63 function setupNavierStokes()
  64 {
  65     solver = new FluidField(null);
  66     solver.setResolution(128, 128);
  67     solver.setIterations(20);
  68     solver.setDisplayFunction(function(){});
  69     solver.setUICallback(prepareFrame);
  70     solver.reset();
  71 }
  72
  73 function tearDownNavierStokes()
  74 {
  75     solver = null;
  76 }
  77
  78 function addPoints(field) {
  79     var n = 64;
  80     for (var i = 1; i <= n; i++) {
  81         field.setVelocity(i, i, n, n);
  82         field.setDensity(i, i, 5);
  83         field.setVelocity(i, n - i, -n, -n);
  84         field.setDensity(i, n - i, 20);
  85         field.setVelocity(128 - i, n + i, -n, -n);
  86         field.setDensity(128 - i, n + i, 30);
  87     }
  88 }
  89
  90 var framesTillAddingPoints = 0;
  91 var framesBetweenAddingPoints = 5;
  92
  93 function prepareFrame(field)
  94 {
  95     if (framesTillAddingPoints == 0) {
  96         addPoints(field);
  97         framesTillAddingPoints = framesBetweenAddingPoints;
  98         framesBetweenAddingPoints++;
  99     } else {
 100         framesTillAddingPoints--;
 101     }
 102 }
 103
 104 // Code from Oliver Hunt (http://nerget.com/fluidSim/pressure.js) starts here.
 105 function FluidField(canvas) {
 106     function addFields(x, s, dt)
 107     {
 108         for (var i=0; i<size ; i++ ) x[i] += dt*s[i];
 109     }
 110
 111     function set_bnd(b, x)
 112     {
 113         if (b===1) {
 114             for (var i = 1; i <= width; i++) {
 115                 x[i] =  x[i + rowSize];
 116                 x[i + (height+1) *rowSize] = x[i + height * rowSize];
 117             }
 118
 119             for (var j = 1; j <= height; j++) {
 120                 x[j * rowSize] = -x[1 + j * rowSize];
 121                 x[(width + 1) + j * rowSize] = -x[width + j * rowSize];
 122             }
 123         } else if (b === 2) {
 124             for (var i = 1; i <= width; i++) {
 125                 x[i] = -x[i + rowSize];
 126                 x[i + (height + 1) * rowSize] = -x[i + height * rowSize];
 127             }
 128
 129             for (var j = 1; j <= height; j++) {
 130                 x[j * rowSize] =  x[1 + j * rowSize];
 131                 x[(width + 1) + j * rowSize] =  x[width + j * rowSize];
 132             }
 133         } else {
 134             for (var i = 1; i <= width; i++) {
 135                 x[i] =  x[i + rowSize];
 136                 x[i + (height + 1) * rowSize] = x[i + height * rowSize];
 137             }
 138
 139             for (var j = 1; j <= height; j++) {
 140                 x[j * rowSize] =  x[1 + j * rowSize];
 141                 x[(width + 1) + j * rowSize] =  x[width + j * rowSize];
 142             }
 143         }
 144         var maxEdge = (height + 1) * rowSize;
 145         x[0]                 = 0.5 * (x[1] + x[rowSize]);
 146         x[maxEdge]           = 0.5 * (x[1 + maxEdge] + x[height * rowSize]);
 147         x[(width+1)]         = 0.5 * (x[width] + x[(width + 1) + rowSize]);
 148         x[(width+1)+maxEdge] = 0.5 * (x[width + maxEdge] + x[(width + 1) + height * rowSize]);
 149     }
 150
 151     function lin_solve(b, x, x0, a, c)
 152     {
 153         if (a === 0 && c === 1) {
 154             for (var j=1 ; j<=height; j++) {
 155                 var currentRow = j * rowSize;
 156                 ++currentRow;
 157                 for (var i = 0; i < width; i++) {
 158                     x[currentRow] = x0[currentRow];
 159                     ++currentRow;
 160                 }
 161             }
 162             set_bnd(b, x);
 163         } else {
 164             var invC = 1 / c;
 165             for (var k=0 ; k<iterations; k++) {
 166                 for (var j=1 ; j<=height; j++) {
 167                     var lastRow = (j - 1) * rowSize;
 168                     var currentRow = j * rowSize;
 169                     var nextRow = (j + 1) * rowSize;
 170                     var lastX = x[currentRow];
 171                     ++currentRow;
 172                     for (var i=1; i<=width; i++)
 173                         lastX = x[currentRow] = (x0[currentRow] + a*(lastX+x[++currentRow]+x[++lastRow]+x[++nextRow])) * invC;
 174                 }
 175                 set_bnd(b, x);
 176             }
 177         }
 178     }
 179
 180     function diffuse(b, x, x0, dt)
 181     {
 182         var a = 0;
 183         lin_solve(b, x, x0, a, 1 + 4*a);
 184     }
 185
 186     function lin_solve2(x, x0, y, y0, a, c)
 187     {
 188         if (a === 0 && c === 1) {
 189             for (var j=1 ; j <= height; j++) {
 190                 var currentRow = j * rowSize;
 191                 ++currentRow;
 192                 for (var i = 0; i < width; i++) {
 193                     x[currentRow] = x0[currentRow];
 194                     y[currentRow] = y0[currentRow];
 195                     ++currentRow;
 196                 }
 197             }
 198             set_bnd(1, x);
 199             set_bnd(2, y);
 200         } else {
 201             var invC = 1/c;
 202             for (var k=0 ; k<iterations; k++) {
 203                 for (var j=1 ; j <= height; j++) {
 204                     var lastRow = (j - 1) * rowSize;
 205                     var currentRow = j * rowSize;
 206                     var nextRow = (j + 1) * rowSize;
 207                     var lastX = x[currentRow];
 208                     var lastY = y[currentRow];
 209                     ++currentRow;
 210                     for (var i = 1; i <= width; i++) {
 211                         lastX = x[currentRow] = (x0[currentRow] + a * (lastX + x[currentRow] + x[lastRow] + x[nextRow])) * invC;
 212                         lastY = y[currentRow] = (y0[currentRow] + a * (lastY + y[++currentRow] + y[++lastRow] + y[++nextRow])) * invC;
 213                     }
 214                 }
 215                 set_bnd(1, x);
 216                 set_bnd(2, y);
 217             }
 218         }
 219     }
 220
 221     function diffuse2(x, x0, y, y0, dt)
 222     {
 223         var a = 0;
 224         lin_solve2(x, x0, y, y0, a, 1 + 4 * a);
 225     }
 226
 227     function advect(b, d, d0, u, v, dt)
 228     {
 229         var Wdt0 = dt * width;
 230         var Hdt0 = dt * height;
 231         var Wp5 = width + 0.5;
 232         var Hp5 = height + 0.5;
 233         for (var j = 1; j<= height; j++) {
 234             var pos = j * rowSize;
 235             for (var i = 1; i <= width; i++) {
 236                 var x = i - Wdt0 * u[++pos];
 237                 var y = j - Hdt0 * v[pos];
 238                 if (x < 0.5)
 239                     x = 0.5;
 240                 else if (x > Wp5)
 241                     x = Wp5;
 242                 var i0 = x | 0;
 243                 var i1 = i0 + 1;
 244                 if (y < 0.5)
 245                     y = 0.5;
 246                 else if (y > Hp5)
 247                     y = Hp5;
 248                 var j0 = y | 0;
 249                 var j1 = j0 + 1;
 250                 var s1 = x - i0;
 251                 var s0 = 1 - s1;
 252                 var t1 = y - j0;
 253                 var t0 = 1 - t1;
 254                 var row1 = j0 * rowSize;
 255                 var row2 = j1 * rowSize;
 256                 d[pos] = s0 * (t0 * d0[i0 + row1] + t1 * d0[i0 + row2]) + s1 * (t0 * d0[i1 + row1] + t1 * d0[i1 + row2]);
 257             }
 258         }
 259         set_bnd(b, d);
 260     }
 261
 262     function project(u, v, p, div)
 263     {
 264         var h = -0.5 / Math.sqrt(width * height);
 265         for (var j = 1 ; j <= height; j++ ) {
 266             var row = j * rowSize;
 267             var previousRow = (j - 1) * rowSize;
 268             var prevValue = row - 1;
 269             var currentRow = row;
 270             var nextValue = row + 1;
 271             var nextRow = (j + 1) * rowSize;
 272             for (var i = 1; i <= width; i++ ) {
 273                 div[++currentRow] = h * (u[++nextValue] - u[++prevValue] + v[++nextRow] - v[++previousRow]);
 274                 p[currentRow] = 0;
 275             }
 276         }
 277         set_bnd(0, div);
 278         set_bnd(0, p);
 279
 280         lin_solve(0, p, div, 1, 4 );
 281         var wScale = 0.5 * width;
 282         var hScale = 0.5 * height;
 283         for (var j = 1; j<= height; j++ ) {
 284             var prevPos = j * rowSize - 1;
 285             var currentPos = j * rowSize;
 286             var nextPos = j * rowSize + 1;
 287             var prevRow = (j - 1) * rowSize;
 288             var currentRow = j * rowSize;
 289             var nextRow = (j + 1) * rowSize;
 290
 291             for (var i = 1; i<= width; i++) {
 292                 u[++currentPos] -= wScale * (p[++nextPos] - p[++prevPos]);
 293                 v[currentPos]   -= hScale * (p[++nextRow] - p[++prevRow]);
 294             }
 295         }
 296         set_bnd(1, u);
 297         set_bnd(2, v);
 298     }
 299
 300     function dens_step(x, x0, u, v, dt)
 301     {
 302         addFields(x, x0, dt);
 303         diffuse(0, x0, x, dt );
 304         advect(0, x, x0, u, v, dt );
 305     }
 306
 307     function vel_step(u, v, u0, v0, dt)
 308     {
 309         addFields(u, u0, dt );
 310         addFields(v, v0, dt );
 311         var temp = u0; u0 = u; u = temp;
 312         var temp = v0; v0 = v; v = temp;
 313         diffuse2(u,u0,v,v0, dt);
 314         project(u, v, u0, v0);
 315         var temp = u0; u0 = u; u = temp;
 316         var temp = v0; v0 = v; v = temp;
 317         advect(1, u, u0, u0, v0, dt);
 318         advect(2, v, v0, u0, v0, dt);
 319         project(u, v, u0, v0 );
 320     }
 321     var uiCallback = function(d,u,v) {};
 322
 323     function Field(dens, u, v) {
 324         // Just exposing the fields here rather than using accessors is a measurable win during display (maybe 5%)
 325         // but makes the code ugly.
 326         this.setDensity = function(x, y, d) {
 327              dens[(x + 1) + (y + 1) * rowSize] = d;
 328         }
 329         this.getDensity = function(x, y) {
 330              return dens[(x + 1) + (y + 1) * rowSize];
 331         }
 332         this.setVelocity = function(x, y, xv, yv) {
 333              u[(x + 1) + (y + 1) * rowSize] = xv;
 334              v[(x + 1) + (y + 1) * rowSize] = yv;
 335         }
 336         this.getXVelocity = function(x, y) {
 337              return u[(x + 1) + (y + 1) * rowSize];
 338         }
 339         this.getYVelocity = function(x, y) {
 340              return v[(x + 1) + (y + 1) * rowSize];
 341         }
 342         this.width = function() { return width; }
 343         this.height = function() { return height; }
 344     }
 345     function queryUI(d, u, v)
 346     {
 347         for (var i = 0; i < size; i++)
 348             u[i] = v[i] = d[i] = 0.0;
 349         uiCallback(new Field(d, u, v));
 350     }
 351
 352     this.update = function () {
 353         queryUI(dens_prev, u_prev, v_prev);
 354         vel_step(u, v, u_prev, v_prev, dt);
 355         dens_step(dens, dens_prev, u, v, dt);
 356         displayFunc(new Field(dens, u, v));
 357     }
 358     this.setDisplayFunction = function(func) {
 359         displayFunc = func;
 360     }
 361
 362     this.iterations = function() { return iterations; }
 363     this.setIterations = function(iters) {
 364         if (iters > 0 && iters <= 100)
 365            iterations = iters;
 366     }
 367     this.setUICallback = function(callback) {
 368         uiCallback = callback;
 369     }
 370     var iterations = 10;
 371     var visc = 0.5;
 372     var dt = 0.1;
 373     var dens;
 374     var dens_prev;
 375     var u;
 376     var u_prev;
 377     var v;
 378     var v_prev;
 379     var width;
 380     var height;
 381     var rowSize;
 382     var size;
 383     var displayFunc;
 384     function reset()
 385     {
 386         rowSize = width + 2;
 387         size = (width+2)*(height+2);
 388         dens = new Array(size);
 389         dens_prev = new Array(size);
 390         u = new Array(size);
 391         u_prev = new Array(size);
 392         v = new Array(size);
 393         v_prev = new Array(size);
 394         for (var i = 0; i < size; i++)
 395             dens_prev[i] = u_prev[i] = v_prev[i] = dens[i] = u[i] = v[i] = 0;
 396     }
 397     this.reset = reset;
 398     this.getDens = function()
 399     {
 400         return dens;
 401     }
 402     this.setResolution = function (hRes, wRes)
 403     {
 404         var res = wRes * hRes;
 405         if (res > 0 && res < 1000000 && (wRes != width || hRes != height)) {
 406             width = wRes;
 407             height = hRes;
 408             reset();
 409             return true;
 410         }
 411         return false;
 412     }
 413     this.setResolution(64, 64);
 414 }