No Such Blog or Diary

画像回転でOpenGLを使っていたのだが，どうやらビットマップよりテクスチャ貼り付けのほうが速いらしい．というわけで，描画を glDrawPixels からテクスチャに切り替え．

    glEnable( GL_TEXTURE_2D );
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D , 0 , GL_RGBA , ImageWidth , ImageHeight, 0 , GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE , rotatedPixels);
    glBegin(GL_POLYGON);
        glTexCoord2f(0 , 0); glVertex2f(whiteSpace ,whiteSpace);
        glTexCoord2f(0 , 1); glVertex2f(whiteSpace , ImageHeight+whiteSpace);
        glTexCoord2f(1 , 1); glVertex2f(ImageWidth + whiteSpace, ImageHeight+whiteSpace);
        glTexCoord2f(1 , 0); glVertex2f(ImageWidth + whiteSpace, whiteSpace);
    glEnd();
    glDisable( GL_TEXTURE_2D );

どうせ画像を回転させるなら png でも読み込ませようと考えて， libpng を使ってみることに．面倒なのでフルカラー png のみをひとつの大きな位置次元配列に展開する関数を作った．

// full color PNG を一列のバッファにして返す
int readPNG(const char *fname, unsigned char**buf, int *iHeight, int *iWidth, bool *bAlpha, int *iRowbytes)
{
    const int number = 8;
    unsigned char header[number];
    FILE *fp = fopen(fname, "rb");
    if (!fp) return -1;
    fread(header, 1, number, fp);
    bool is_png = !png_sig_cmp(header, 0, number);   // Signature check
    if (!is_png) return -1;
    png_structp png_ptr = png_create_read_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
    if (!png_ptr) return -1;
    png_infop info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
    if (!info_ptr){
        png_destroy_read_struct(&png_ptr,
           (png_infopp)NULL, (png_infopp)NULL);
        return -1;
    }
    png_infop end_info = png_create_info_struct(png_ptr);
    if (!end_info){
        png_destroy_read_struct(&png_ptr, &info_ptr,
          (png_infopp)NULL);
        return -1;
    }    
    png_init_io(png_ptr, fp);                 // init
    png_set_sig_bytes(png_ptr, number);       // inform libpng read-bytes
    png_read_info(png_ptr, info_ptr);         // get info    
    png_uint_32 width, height;
    int bit_depth, color_type, interlace_type;
    int compression_type, filter_method;
    png_get_IHDR(png_ptr, info_ptr, &width, &height, &bit_depth, &color_type, &interlace_type, &compression_type, &filter_method);
    int channels = png_get_channels(png_ptr, info_ptr);
    int rowbytes = png_get_rowbytes(png_ptr, info_ptr);
    switch(color_type){
    case PNG_COLOR_TYPE_RGB:             // RGB only
    case PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA:
        break;
    case PNG_COLOR_TYPE_GRAY:
    case PNG_COLOR_TYPE_PALETTE:
    case PNG_COLOR_MASK_PALETTE:
        //    case PNG_COLOR_MASK_COLOR:
    case PNG_COLOR_MASK_ALPHA:
        return -1;
    }
    if(bit_depth!=8) return -1;
    *buf = new unsigned char[rowbytes*height];
    unsigned char **rows = new unsigned char*[height];
    for(int i = 0; i < height; i++){
        rows[i] = &(*buf)[i*rowbytes];
    }
    png_read_image(png_ptr, rows);
    png_read_end(png_ptr, end_info);
    png_destroy_read_struct(&png_ptr, &info_ptr, &end_info);
    *iHeight = height;
    *iWidth = width;
    *bAlpha = color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA;
    *iRowbytes = rowbytes;
    delete rows;
    return 0;
}

コンパイルは png.h をインクルードしてから -lpng12 -lz -lm をつければいいはず．

ちなみに，Cygwin には mingw の libpng がないのでソースから作る必要があるっぽい．cygwin の libpng を使ったらプログラムが止まらなくなったりしたし．作るのは普通どおりにただ cygwin 使うなと指定してやれば良いみたい．

CFLAGS="-Wall -O3 -funroll-loops -mno-cygwin" ./configure --libdir=/lib/mingw/ --includedir=/usr/include/mingw/
make
make install

Javaではいささか遅すぎるので， SDL + OpenGL で書き直し．

とりあえず，SDL日本語ドキュメントを参照しつつてきとうに組んでみた．画像表示部分には OpenGL を使うので，そっちもてきとうに調べるべし．ちなみに，SDL を入れて C++ でコンパイルしようとしたら SDL_audio.h の 97 行目で文句を言われたので，

 <- void (SDLCALL *filters[10])(struct SDL_AudioCVT *cvt, Uint16 format);
 -> void (SDLCALL *filters)(struct SDL_AudioCVT *cvt, Uint16 format);

こんな書き換えをしてやった．audio 使わない限り大丈夫でしょう．

んで，プログラムの感じは以下のとおりで．まず main 関数は SDL の初期化(VIDEOのみ)をして GL の属性を指定して，Window を作ったら他の初期化をしてからループしてメッセージ処理と描画処理をする．

int main(int argc,char *argv[])
{
     /* SDL初期化 */ 
    if(SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO)<0){
        cerr << "SDL Initialization failed." << endl; 
        exit(-1);
    }
    SDL_GL_SetAttribute( SDL_GL_RED_SIZE, 8 );
    SDL_GL_SetAttribute( SDL_GL_GREEN_SIZE, 8 );
    SDL_GL_SetAttribute( SDL_GL_BLUE_SIZE, 8 );
    SDL_GL_SetAttribute( SDL_GL_DEPTH_SIZE, 1 );
    SDL_GL_SetAttribute( SDL_GL_DOUBLEBUFFER, 1 );
    /* 画面作成 */
    int flags = SDL_OPENGL;// | SDL_FULLSCREEN;
    screen = SDL_SetVideoMode(WindowSizeX,WindowSizeY,ColorDepth,flags);
    if(screen == NULL){    
        cerr << "Window Creation failed." << endl; 
        SDL_Quit();
        exit(-2);
    }
    init();
    /* メインループ */
    do{
        processEvent();
        updateScreen();
    } while(!done); 
    SDL_Quit();
    return 0;  
}

メッセージ処理はいつもの Windows のと変わるはずも無く．

int processEvent()
{
    SDL_Event e;
    if (SDL_PollEvent(&e) != 0){  // event がある？
        switch(e.type){
        case SDL_QUIT:
            done = true;
            break;
        case SDL_KEYDOWN:
            switch(e.key.keysym.sym){
            case SDLK_1:                 // アルゴリズム選択
                rotType = 1;
                break;
            case SDLK_2:
                rotType = 2;
                break;
            case SDLK_3:
                rotType = 3;
                break;
            case SDLK_4:
                rotType = 4;
                break;
            case SDLK_p:                 // 描画・非描画フリップ
                painting = !painting;
                break;
            case SDLK_u:                // 描画スキップ
                stepsPerDraw++;
                break;
            case SDLK_d:
                if(stepsPerDraw>1) stepsPerDraw--;
                break;
            case SDLK_f:                 // fps を描画
                fpsDrawFlag = true;
                break;
            case SDLK_q:
            case SDLK_ESCAPE:
                done = true;
                break;
            }
            break;
        }
    }
}

描画部分は fps を計算しつつ適当にと．ゲームなら fps の固定のための wait があるでしょう．

int updateScreen()
{
    static int steps = 0;
    static int time = SDL_GetTicks();
    if(steps%stepsPerDraw==0)
        drawImage();
    rotate();
    steps++;
    int t = SDL_GetTicks();
    if(t - time >= 1000 / freqFPSUpdate){
        totalSteps-=stepsHist[sp];
        totalMillis-=millisHist[sp];
        stepsHist[sp] = steps;
        millisHist[sp] = (int)(t - time);
        totalSteps+=stepsHist[sp];
        totalMillis+=millisHist[sp];
        sp = (sp + 1) % millisHistLength;
        steps = 0;
        fps = totalSteps * 100000 / totalMillis; // fps*100です
        time = t;
    }
}

OpenGL での描画はこんな感じで．glDrawPixels でフレームバッファをダイレクトに転送．その際，GL_LUMINANCE で輝度情報のみにしているが，GL_RGB とかにすると3byte / 1 ドット でカラーの転送とかできる．

画像転送後には文字列を描画している．

void drawImage()
{
    static char str[64]={0};
    static char *s1 = str;
    sprintf(s1, "%d.%d fps (skip %d) algo-%d", fps/100, fps%100, stepsPerDraw-1, rotType);
    if(painting){
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        //glDrawPixels(ImageWidth , ImageHeight, GL_BLUE, GL_UNSIGNED_BYTE , rotatedPixels);
        glDrawPixels(ImageWidth , ImageHeight, GL_LUMINANCE, GL_UNSIGNED_BYTE , rotatedPixels);
        //glFlush();
        drawString(s1);
        SDL_GL_SwapBuffers();
    } else {
        if(fpsDrawFlag){
            glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
            fpsDrawFlag = false;
            drawString(s1);
            SDL_GL_SwapBuffers();
        }
    }
}

んで，文字列の描画には ASCII だけでいいなら glut のビットマップフォントが使えるのでそれを使う．font_init で各キャラクタの書き方を指定しておいて，あとでglCallListsで使う．font_init のループでは文字のASCIIコードに対してその文字の描画コードを対応付けているので，glCallLists でASCIIコード列であるところの文字列を渡すとうまい具合に文字が表示できる(リスト生成時にスクランブルしとくと楽しいかも)．ちなみに，日本語も使えるようにするにはここら辺が参考になるかも．

void font_init()
{
    base = glGenLists(128);
    for(int i=0;i<128;i++){
        glNewList(base+i, GL_COMPILE);
        glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_HELVETICA_18, i);
        glEndList();
    }
    glListBase(base);
}
void drawString(const char *out, float r=1.0f, float g=1.0f, float b=1.0f)
{
     glPushAttrib(GL_ALL_ATTRIB_BITS);
     glColor3f(r, g, b);
     glRasterPos2i(whiteSpace/2, WindowSizeY-statusFieldY+5);
     glCallLists( strlen(out) , GL_BYTE, out);
     glPopAttrib();
}

あとはまあ，初期化部分ののこりをば．glOrtho のことろは 2D の描画の座標とスクリーン上の座標のスケールをあわせるためのもの．これをやっとかないと glRasterPos2i で予想以上に座標が動きすぎる．

void init()
{
     glViewport(0,0, WindowSizeX, WindowSizeY);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity(); 
    glOrtho(0.0, (GLdouble) WindowSizeX , 0.0, (GLdouble) WindowSizeY , -1.0, 1.0);
    glRasterPos2i(whiteSpace, whiteSpace);
    fps = 0;
    steps = 0;
    totalSteps = 0;
    totalMillis = 0;
    for(int i = 0; i < millisHistLength; i++){
        stepsHist[i] = 0;
        millisHist[i] = 0;
    }
    sp = 0;
    font_init();
    glDisable( GL_DEPTH_TEST );
    glDisable( GL_LIGHTING );
}

んで，最後にコンパイルはこんな感じで．オプションが長い．．．

g++ ImageRotator.cpp -o ImageRotator `sdl-config --cflags --libs` -lglut32 -lopengl32 -lglu32 -mno-cygwin -O3

とりあえず動くものをここにおいておこう．インクルードが <SDL/SDL.h> でなく <SDL.h> でないとだめかも．

なんとなく Linux でも Windows でも動くGUI プログラムを作りたかったので wxWidgets をインストール．Windows でも cygwin(MinGW) から使うので，展開後に ./configure; make; make install .　まあ，結果として問題なく動くのだが，configure の途中でWindows の find が呼ばれてこけたのは少々痛い．パスの順番を cygwin 優先にして解決したけど，find とか sort とか windows につけるなよと思う．

とりあえず，フレームを出すだけのプログラムとコンパイルコマンドを書いておこう．

// g++ hello.cpp -o hello `wx-config --cxxflags --libs` -mwindows
#include "wx/wxprec.h"
#ifndef WX_PRECOMP
    #include "wx/wx.h"
#endif
 
class MyApp : public wxApp
{
public:
    virtual bool OnInit();
};
  
IMPLEMENT_APP(MyApp)
  
bool MyApp::OnInit()
{
    // create the main application window
	wxFrame *frame = new wxFrame(NULL,
                                 -1,
                                 wxT("Hello"),
                                 wxPoint(100, 100),
                                 wxSize(600, 480));
    frame->Show(true);
    return true;
}

グリチャレのプログラムをさらに速くしようと，徹夜で研究室のドクターと一緒にプログラムを改良してみた．

ビット操作でちまちまやっていたのを一部バイト操作に置き換え高速化していたのだが，とりあえずそれを全体的にバイト操作にすることで倍以上のスピードアップを達成した．これに関しては誰もが思いつく単純な改良であり，これだけではつまらないと

少々壊れ気味の我々は続いてif 文を殲滅するという奇策に走った．よく知られていることだが，if 文とかでちまちまジャンプしまくるプログラムは遅くなる場合が多く，無駄な if を消すことは速度向上の上でとても好ましい（分岐したときにパイプラインで処理されてたものを破棄しなければならないし）．

というわけで我々も無駄な if を探してみたのだが，既にかなり最適化したつもりのコードなのでそんな無駄な if はもう既にない．でもまあ，必要そうに見える if はまだごろごろいるわけで，そいつをどうにかして殺したい衝動に駆られるのは自然な流れである．そして，我々はいくつかの必要そうな if を愉快な方法で抹殺することに成功した．

抹殺例の一つは以下のような感じである．この次の if で分岐する部分が，

     if(cnt < rem){
       *p = (*p << cnt) | (((1<<cnt) - 1) * bit);
       rem -= cnt;
    } else {
     *p++ = (*p << rem) | (((1<<rem) - 1) * bit);
     cnt -= rem;
     rem = 8-cnt & 0x7;
 }

次のようなわけのわからないコードに置き換わった．

    const int min = cnt - ( ( - 1 + ( ( unsigned ) ( cnt - rem ) >> 31 ) ) & ( cnt - rem ) );
    rem -= min;
    cnt -= min;
    const int isRem0 = ( -1 + ( ( unsigned ) ( -rem + 1 ) >> 31 ) ) & ( -rem + 1 );    
    *p = ( *p << min ) | ( ( ( 1 << min ) - 1 ) * bit ); p += isRem0;
    rem += isRem0 * ( 8 - ( cnt % 8 ) );

これにより if 文が抹殺され，実際に実行時間も少しばかり（このルーチンのクロック数で半分くらい）速くなった．

ここでの肝は， signed の x に対して， max(x, 0) = (-1 + ((unsigned)x>>31)) & x のようにif を用いずに max を表現できることだったりする．上の例ではこれを改良して， x>0 なら 1 を，そうでないなら 0 を返す演算を記述している．

このように，あほな努力でちょっとでも速くてとても読みにくいコードが出来上がるのはとても面白い．

C#を勉強するために何かアプリケーションを作ろうと思い第２回東方最萌トーナメント の集計ソフトの GUI 版を作成してたんだけど，ようやく納得の行く動作のものが出来上がった．

もう，リストアイテムのソートがアルファベット順しかできないだの，アイテムが選択されているのに選択されていないだの，エラーをはいて止まるところをエラーを吐かずに止まったり，コントロールの扱い方がちぐはぐだったりとむちゃくちゃ作成に時間がかかった．最大の原因は MSDN のドキュメントが読みにくいことだろうけど...　さらには簡単に使える汎用のレイアウトマネージャがないし...　まあ，GUIは GUIのデザイナで作るものなのだろうけど．

そんなこんなで結構な時間が過ぎてしまったのだけど（先週のゆゆ様の試合に間に合わなかった...）．デリゲートを使ったイベント処理やら各種プロパティの扱い方など，C#でのプログラミングというものを少しは理解できた．でもまあ，なんとなく Java ほどの完成度ではないなぁというのが素直な感想だろうか？もう少しコントロールを共通に扱えるようにしてほしいなぁ，とか．

とりあえず，ここに出来上がったものをおいとこう．いつの間にやら 3500 行とか行ってるし...　saimoe-csharp.zip