diff --git a/Graphics/Chalkboard.hs b/Graphics/Chalkboard.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard.hs @@ -0,0 +1,32 @@ +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- Public interface to the Chalkboard utilities. +-- + +module Graphics.Chalkboard + ( module Graphics.Chalkboard.Array + , module Graphics.Chalkboard.Ascii + , module Graphics.Chalkboard.Board + , module Graphics.Chalkboard.Color + , module Graphics.Chalkboard.Shapes + , module Graphics.Chalkboard.PPM + , module Graphics.Chalkboard.Utils + , module Graphics.Chalkboard.Types + ) where + +import Graphics.Chalkboard.Array +import Graphics.Chalkboard.Ascii +import Graphics.Chalkboard.Board hiding (scale) +import Graphics.Chalkboard.Color +import Graphics.Chalkboard.Shapes +import Graphics.Chalkboard.PPM +import Graphics.Chalkboard.Utils +import Graphics.Chalkboard.Types + diff --git a/Graphics/Chalkboard/Array.hs b/Graphics/Chalkboard/Array.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/Array.hs @@ -0,0 +1,126 @@ +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.Array +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- This module coverts 2D arrays into 'Board's, and back, and supplies basic dithering algorithms. + +module Graphics.Chalkboard.Array + ( -- * Converters + boardToArray, arrayToBoard, + -- * Dithering + threshold, floydSteinberg + ) + where + +import Data.Array + +import Graphics.Chalkboard.Board as Board +import Graphics.Chalkboard.Utils +import Graphics.Chalkboard.Types + +import Control.Applicative + +-- | 'boardToArray' turns a Board into a 2D Array (pixelization). + +boardToArray :: (Average a) + => (Int,Int) -- ^ the x,y size of the image to be captured. We assume the bottom left hand size is 0,0. + -> Int -- ^ the square root of the amount of super-sampling to be done. I recommend 3, which is 9 points. + -> Board a -- ^ the board to sample. + -> Array (Int,Int) a -- ^ the result array. +boardToArray (x_dim,y_dim) n board = array ((0,0),(x_dim,y_dim)) + [ ((x,y), average + [ fn (fromIntegral x + x',fromIntegral y + y') + | x' <- innerSteps n + , y' <- innerSteps n + ] + ) + | x <- [0..x_dim] + , y <- [0..y_dim] + ] + where + fn = Board.lookup board + +-- There are different ways of taking a 2d array into a Board. +-- * Do you pixelize the input, or make it continuous (using Bilinear interpolation)? +-- * Be careful at the edges! You want the samples to be inside the actual edge, not on it. +-- How do we handle the alpha at the edges! +{- + + 0 1 2 + +---X---+---Y---+ + + So, with pixels, what value does 1 have (X or Y), how about 0 and 2, do you biest to the left or right? + with continuous, what value does 0 or 2 have? + +-} + +-- | 'arrayToBoard' turns a 2D Array into a Board, using bi-linear inteprelation. + +arrayToBoard :: (Lerp a, Scale a) => Array (Int,Int) a -> Board (Maybe a) +arrayToBoard arr = arrayToBoard' arr (bounds arr) + +arrayToBoard' :: (Lerp a, Scale a) => Array (Int,Int) a -> ((Int,Int),(Int,Int)) -> Board (Maybe a) +arrayToBoard' arr ((0,0),(w,h)) = pure img <*> coord + where + (width,height) = (w-1,h-1) + outside x0 y0 = x0 < 0 + || x0 > fromIntegral width + || y0 < 0 + || y0 > fromIntegral height + img (x,y) | outside x y = Nothing + | otherwise = lerp p00_p10 p01_p11 y_gap + where + (x',x_gap) = close x + (y',y_gap) = close y + find x0 y0 | outside x0 y0 + = Nothing + | otherwise + = Just (arr ! (x0,y0)) + p00 = find x' y' + p10 = find (succ x') y' + p01 = find x' (succ y') + p11 = find (succ x') (succ y') + p00_p10 = lerp p00 p10 x_gap + p01_p11 = lerp p01 p11 x_gap +-- normalize the board to start at (0,0) +arrayToBoard' arr bnds@((low_w,low_h),_) = arrayToBoard (ixmap bnds (\ (w,h) -> (w - low_w,h - low_h)) arr) + + + +-- how close are you to one of our samples? +close :: R -> (Int,R) +close v0 = (v_floor,fracPart v0) + where + v_floor = floor v0 + + +------------------------------------------------------ +-- | 'threshold' quantized based on a simple, pointwise function. + +threshold :: (Floating a) => (a -> a) -> Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) a +threshold quantize = fmap quantize + +-- | 'floydSteinberg' quantized using the Floyd Steinberg algorithm. + +floydSteinberg :: (Floating a) => (a -> a) -> Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) a +floydSteinberg quantize orig = fmap fst values + where + bnds@((x_min,y_min),(x_max,y_max)) = bounds orig + errors (x,y) | inRange bnds (x,y) = snd (values ! (x,y)) + | otherwise = 0 + values = array bnds + [ let value = orig ! (x,y) + + (errors (x-1,y)) * 7 + + (errors (x+1,y-1)) * 3 + + (errors (x,y-1)) * 5 + + (errors (x-1,y-1)) * 1 + q_value = quantize value + in ((x,y),(q_value,(value - q_value) / 16)) + | x <- [x_min..x_max] + , y <- [y_min..y_max] + ] diff --git a/Graphics/Chalkboard/Ascii.hs b/Graphics/Chalkboard/Ascii.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/Ascii.hs @@ -0,0 +1,79 @@ +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.Array +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- This module supports basic ascii drawing of 'Board's. +-- + +module Graphics.Chalkboard.Ascii + ( toAscii, toCount ) + where + +import Data.Array + +import Graphics.Chalkboard.Board +import Graphics.Chalkboard.Array +import Graphics.Chalkboard.Types +import Graphics.Chalkboard.Color + +-- | 'toAscii' generates a board of ascii characters, where each char is two pixels, one wide and two high. + +toAscii :: (Int,Int) -> Board Gray -> [String] +toAscii = toAsciiWithPen $ \ v v' -> case (sampleInk v,sampleInk v') of + (NoInk,NoInk) -> ' ' + (NoInk,SomeInk) -> '.' + (NoInk,MostInk) -> '_' + (SomeInk,NoInk) -> head "'" + (SomeInk,SomeInk) -> ':' + (SomeInk,MostInk) -> ';' + (MostInk,NoInk) -> '"' + (MostInk,SomeInk) -> '?' + (MostInk,MostInk) -> '%' + + +-- | 'toCount' generates a board of ascii characters, where each char is two pixels, one wide and two high. +-- we uses digits 1 .. 9, then 0 (highest) to represent intensity, adding the two pixels for each char. + +toCount :: (Int,Int) -> Board Gray -> [String] +toCount = toAsciiWithPen $ \ v v' -> + case show (ceiling ((v + v') * 5) :: Int) of + "0" -> ' ' + [c] -> c + "10" -> '0' + _ -> '?' + +toAsciiWithPen :: (Gray -> Gray -> Char) -> (Int,Int) -> Board Gray -> [String] +toAsciiWithPen pen (x_dim,y_dim) board = [ + [ let v = arr' ! (x,y) + v' = arr' ! (x,y') + in pen v v' + | x <- [0..x_dim] + ] + | (y,y') <- join [y_dim', y_dim'-2 ..] + ] + where arr = boardToArray (x_dim,y_dim') 2 board + arr' = floydSteinberg sampleT arr + y_dim' = if even y_dim then succ y_dim else y_dim + join (x:xs) | x < 0 = [] + | otherwise = (x,x-1) : join xs + join _ = error "fatal error" + +data Ink = NoInk | SomeInk | MostInk + +sampleT :: UI -> UI +sampleT n + | n <= 0.33 = 0.15 + | n <= 0.67 = 0.60 + | otherwise = 1 + + +sampleInk :: UI -> Ink +sampleInk n + | n <= 0.33 = MostInk + | n <= 0.67 = SomeInk + | otherwise = NoInk diff --git a/Graphics/Chalkboard/Board.hs b/Graphics/Chalkboard/Board.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/Board.hs @@ -0,0 +1,108 @@ +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.Array +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- Boards are the principal type for our images. The are conceptually functions from +-- 2D coordinates to values, typically a color. +-- +-- Common Boards include +-- +-- * @Board Bool@ -- A masking @Board@, or region. +-- +-- * @Board RGB@ -- @Color Board@ +-- +-- * @Board (Alpha RGB)@ -- A @Color Board@ with alpha (transparency) values. +-- +-- * @Board (Maybe a)@ -- A @Board@ with binary transparency. +-- +-- * @Board (Maybe Color)@ -- A @Color Board@ with binary transparency. +-- +-- * @Board Point@ -- A @Board@ (or field) of @Point@ values. +-- + +module Graphics.Chalkboard.Board + ( -- * The Board datatype + Board + -- * looking up a point on the @Board@. + , lookup + -- * Creating @Board@s. + , coord + , maskFor + , circularMaskFor + -- * Translations on a @Board@. + , scale + , scaleXY + , move + , rotate + -- + , crop + , Applicative(..) + ) where + + +import Prelude hiding (lookup) + +import Graphics.Chalkboard.Utils +import Graphics.Chalkboard.Types + +import Control.Applicative + +-- | '''Board''' is our primary data type, an infinite flat surface (or R2 field) of values. +-- Conceptually, @Board a = Point -> a@. +data Board a = Board ((R,R) -> a) +-- TODO: consider have a ConstantBoard + +lookup :: Board a -> (R,R) -> a +lookup (Board f) = f + +-- Board functionals + +instance Scale (Board a) where + scale n (Board f) = Board $ \ (x,y) -> f (x / n,y / n) + +-- | move a Board by specified vector. +move :: (R,R) -> Board a -> Board a +move (xd,yd) (Board f) = Board $ \ (x,y) -> f (x - xd,y - yd) + +-- | A non-overloaded version of 'scale' which takes a independent x and y coordinate. +scaleXY :: (R,R) -> Board a -> Board a +scaleXY (xn,yn) (Board f) = Board $ \ (x,y) -> f (x / xn,y / yn) + +-- | rotate the Board. +rotate :: Radian -> Board a -> Board a +rotate theta (Board f) = Board $ \ (x,y) -> f (cos theta * x - sin theta * y, + sin theta * x + cos theta * y) + +-- | 'crop' crops a Board, based on a masking Board. +crop :: Board Bool -> Board a -> Board (Maybe a) +crop mask brd = liftA2 withMask brd mask + +-- board Generators + +-- | 'coord' field or 'Board', where each point is its own coordinate in R2. +coord :: Board Point +coord = Board id + +-- | build a rectangle mask or region. +maskFor :: (Point,Point) -> Board Bool +maskFor (p1,p2) = fmap (insideRegion (p1,p2)) coord + +-- | build a circular mask or region, with a circle of radius @R@, and center @Point@. +circularMaskFor :: Point -> R -> Board Bool +circularMaskFor p r = fmap (insideCircle p r) coord + +instance Functor Board where + fmap f (Board fn) = Board (f . fn) + +instance Applicative Board where + pure a = Board $ \ _ -> a + (Board f) <*> (Board a) = Board (\ (x,y) -> f (x,y) $ a (x,y)) + +instance (Over c) => Over (Board c) where + over = liftA2 over + diff --git a/Graphics/Chalkboard/Color.hs b/Graphics/Chalkboard/Color.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/Color.hs @@ -0,0 +1,76 @@ +{-# LANGUAGE TypeSynonymInstances #-} + +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.Color +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- Simple RGB colors. + +module Graphics.Chalkboard.Color + ( Gray, + RGB(..), + red, green, blue, white, black, cyan, purple, yellow + ) where + +import Graphics.Chalkboard.Types + +------------------------------------------------------------------------------ + +-- | 'Gray' is just a value between 0 and 1, inclusive. +type Gray = UI + + +instance Over Gray where + over r _ = r + +------------------------------------------------------------------------------ +-- Simple colors + +-- | 'RGB' is our color, with values between 0 and 1, inclusive. +data RGB = RGB !UI !UI !UI deriving Show + +instance Over RGB where + -- simple overwriting + over x _y = x + +instance Lerp RGB where + lerp (RGB r g b) (RGB r' g' b') s + = RGB (lerp r r' s) + (lerp g g' s) + (lerp b b' s) + +instance Scale RGB where + scale s (RGB r g b) + = RGB (scale s r) + (scale s g) + (scale s b) + +instance Average RGB where + average cs = RGB (average reds) (average greens) (average blues) + where + reds = [ r | RGB r _ _ <- cs ] + greens = [ g | RGB _ g _ <- cs ] + blues = [ b | RGB _ _ b <- cs ] + + +red :: RGB +red = RGB 1.0 0.0 0.0 +green :: RGB +green = RGB 0.0 1.0 0.0 +blue :: RGB +blue = RGB 0.0 0.0 1.0 +white :: RGB +white = RGB 1.0 1.0 1.0 +black :: RGB +black = RGB 0.0 0.0 0.0 +cyan :: RGB +cyan = RGB 0.0 1.0 1.0 +purple :: RGB +purple = RGB 1.0 0.0 1.0 +yellow :: RGB +yellow = RGB 1.0 1.0 0.0 diff --git a/Graphics/Chalkboard/PPM.hs b/Graphics/Chalkboard/PPM.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/PPM.hs @@ -0,0 +1,72 @@ +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.PPM +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- Reading and writing portable pix maps. For now, we only support color images (@P3@ and @P6@ formats). +-- + +module Graphics.Chalkboard.PPM where + +import System.IO +import Data.Array +import Data.Char + +import Graphics.Chalkboard.Types +import Graphics.Chalkboard.Color +import Graphics.Chalkboard.Board +import Graphics.Chalkboard.Array + + +-- | 'readPPM' reads a PPM file, and outputs a @Board@, and the @x@ and @y@ dimensions of the image. + +readPPM :: String -> IO (Board (Maybe RGB),(Int,Int)) +readPPM filename = do + h <- openFile filename ReadMode + ty <- hGetLine h + bin <- case ty of + "P3" -> return False + "P6" -> return True + _ -> error $ "bad PPM format: " ++ ty + szs <- hGetLine h + let [width,height] = (map read (words szs) :: [Int]) +-- print width +-- print height + mx <- hGetLine h + let [maxs] = (map read (words mx) :: [R]) +-- print mx + str <- hGetContents h + let num1 = if bin + then map (\ x -> fromIntegral (ord x) / maxs) str + else map (\ x -> read x / maxs) (words str) + let joinN _ [] = [] + joinN n xs = take n xs : joinN n (drop n xs) + let num3 = joinN 3 num1 + let num_rows = joinN width num3 + let arr = array ((0,0),(width-1,height-1)) + [ ((w,h'),RGB r g b) + | (row,h') <- zip num_rows [height-1,height-2..] + , ([r,g,b],w) <- zip row [0..] + ] + return $ (arrayToBoard arr,(width,height)) + +-- | 'writePPM' writes a PPM file, based on a color @Board@, where bottom left corner of the image is as @(0,0)@. + +writePPM :: String -> (Int,Int) -> Board RGB -> IO () +writePPM filename (x_dim,y_dim) img = writeFile filename $ + "P6\n" ++ show (x_dim) ++ " " ++ show (y_dim) ++ "\n255\n" ++ + concat + [ let (RGB r g b) = arr ! (x,y) + f x' = if v < 0 then chr 0 else + if v > 255 then chr 255 else chr v + where v = floor (x' * 255) + in [f r,f g,f b] + | y <- reverse [0..y_dim-1] + , x <- [0..x_dim-1] + ] + where arr = boardToArray (x_dim-1,y_dim-1) 3 img + diff --git a/Graphics/Chalkboard/Shapes.hs b/Graphics/Chalkboard/Shapes.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/Shapes.hs @@ -0,0 +1,70 @@ +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.Shapes +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- This module contains some basic shape generators, expressed as @Board Bool@. +-- + +module Graphics.Chalkboard.Shapes where + +import Graphics.Chalkboard.Board +import Graphics.Chalkboard.Utils +import Graphics.Chalkboard.Types + +import Control.Applicative + +-- | unit circle, radius 0.5, over origin. +circle :: Board Bool +circle = (\ (x,y) -> x*x + y*y <= 0.5 * 0.5) <$> coord + +-- | unit vertical bar, 1 wide over origin. +vbar :: Board Bool +vbar = (\ (_x,y) -> y <= 0.5 && y >= -0.5) <$> coord + +-- | unit horizontal bar, 1 high over origin. +hbar :: Board Bool +hbar = (\ (x,_y) -> x <= 0.5 && x >= -0.5) <$> coord + +-- | unit square, 1x1 over origin. +square :: Board Bool +square = liftA2 (&&) vbar hbar + +-- | cheacker board, with squares 1x1. +checker :: Board Bool +checker = (\ (x,y) -> even ((floor x + floor y) :: Int)) <$> coord + +-- | Given two @Point@s, and a thickness, draw a line between the points. +-- line :: Line -> Double -> Board Bool + +straightline :: (Point,Point) -> R -> Board Bool +straightline ((x1,y1),(x2,y2)) width = (\ (x,y) -> +--- distance (x1,y1) (x,y) <= width || +-- distance (x2,y2) (x,y) <= width || + ( let u = intervalOnLine ((x1,y1),(x2,y2)) (x,y) + in u >= 0 + && u <= 1 + && distance (lerp (x1,y1) (x2,y2) u) (x,y) <= width + )) <$> coord + +-- | A line generated by sampling a function from @R@ to @Point@s, +-- with a specific width. There needs to be at least 2 sample points. + +functionline :: (R -> Point) -> R -> Int -> Board Bool +functionline line width steps = stack + [ straightline (p1,p2) width + | (p1,p2) <- zip samples (tail samples) + ] `over` stack + [ dotAt p | p <- tail (init samples) ] + where + samples = map line (outerSteps steps) + dotAt p = move p $ scale (width * 2) circle + +-- | arrowhead is a triangle, pointing straight up, height 1, width 1, with the (0,0) at the center of the base. +arrowhead :: Point -> Radian -> R -> Board Bool +arrowhead p rad sz = move p $ rotate rad $ scale sz $ (\ (x,y) -> y >= 0 && y <= 1 && abs x * 2 <= 1 - y) <$> coord + diff --git a/Graphics/Chalkboard/Types.hs b/Graphics/Chalkboard/Types.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/Types.hs @@ -0,0 +1,153 @@ +{-# LANGUAGE TypeSynonymInstances #-} +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.Types +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- This module contains the types used by chalkboard, except Board itself. +-- + +module Graphics.Chalkboard.Types + ( -- * Basic types + UI, R, Point, Radian, + -- * Overlaying + Over(..), + stack, + -- * Scaling + Scale(..), + -- * Linear Interpolation + Lerp(..), + -- * Averaging + Average(..), + -- * Alpha Channel support + Alpha(..), + alpha, transparent, withAlpha, unAlpha, + -- * Z buffer support + Z(..), + -- * Constants + nearZero + ) where + +-- | A real number. +type R = Float + +-- | Unit Interval: value between 0 and 1, inclusive. +type UI = R + +-- | A point in R2. +type Point = (R,R) + +-- | Angle units +type Radian = Float + +-- | Close to zero; needed for @Over (Alpha c)@ instance. +nearZero :: R +nearZero = 0.0000001 + +------------------------------------------------------------------------------ + +-- | For placing a value literally /over/ another value. The 2nd value /might/ shine through. +-- The operation /must/ be assocative. +class Over c where + over :: c -> c -> c + +instance Over Bool where + over = (||) + +instance Over (Maybe a) where + (Just a) `over` _ = Just a + Nothing `over` other = other + +-- | 'stack' stacks a list of things over each other, where earlier elements are 'over' later elements. +-- Requires non empty lists, which can be satisfied by using an explicity +-- transparent @Board@ as one of the elements. + +stack :: (Over c) => [c] -> c +stack = foldr1 over + +------------------------------------------------------------------------------ + +-- | 'Scale' something by a value. scaling value can be bigger than 1. + +class Scale c where + scale :: R -> c -> c + +instance Scale R where + scale u v = u * v + +------------------------------------------------------------------------------ + +-- | Linear interpolation between two values. +class Lerp a where + lerp :: a -> a -> UI -> a + +instance Lerp R where + lerp v v' s = v + (s * (v' - v)) + +-- | 'Lerp' over pairs + +instance (Lerp a,Lerp b) => Lerp (a,b) where + lerp (a,b) (a',b') s = (lerp a a' s,lerp b b' s) + +instance (Lerp a) => Lerp (Maybe a) where + lerp Nothing Nothing _s = Nothing + lerp (Just a) Nothing _s = Just a + lerp Nothing (Just b) _s = Just b + lerp (Just a) (Just b) s = Just (lerp a b s) + +------------------------------------------------------------------------------ + +-- | 'Average' a set of values. weighting can be achived using multiple entries. + +class Average a where + -- | average is not defined for empty list + average :: [a] -> a + +instance Average R where + average xs = sum xs / fromIntegral (length xs) + +------------------------------------------------------------------------------ +-- | Channels with alpha component, the channel @is@ pre-scaled. + +data Alpha c = Alpha c !UI deriving Show + +-- | 'alpha' builds something that has an alpha channel, and is completely opaque. +alpha :: c -> Alpha c +alpha c = Alpha c 1.0 + +-- | 'transparent' builds something that has an alpha channel, and is completely transparent. +transparent :: c -> Alpha c +transparent c = Alpha c 0.0 + +-- | 'withAlpha' builds somethings that has a specific alpha value. +withAlpha :: (Scale c) => UI -> c -> Alpha c +withAlpha a c = Alpha (scale a c) a + +-- | 'unAlpha' removes the alpha component, and returns the channel inside. +unAlpha :: (Scale c) => Alpha c -> c +unAlpha (Alpha c _a) = c -- the channel is prescaled, hence we ignore the alpha value here. + +instance (Scale c,Lerp c) => Over (Alpha c) where + -- An associative algorithm for handling the alpha channel + over (Alpha c a) (Alpha c' a') + | a <= nearZero = Alpha c' a_new + | otherwise = Alpha (lerp c' (scale (1/a) c) a) a_new + where + -- can a_new be 0? only if a == 0 and a' == 0 + a_new = a + a' * (1 - a) + +------------------------------------------------------------------------------ + +-- | A Z buffer style Z value for a point, where lower numbers are nearer the viewer. +-- Assumes no transparency. + +data Z c = Z c R deriving Show + +instance Over (Z c) where + over (Z c1 z1) (Z c2 z2) + | z1 <= z2 = Z c1 z1 + | otherwise = Z c2 z2 diff --git a/Graphics/Chalkboard/Utils.hs b/Graphics/Chalkboard/Utils.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Graphics/Chalkboard/Utils.hs @@ -0,0 +1,145 @@ +-- | +-- Module: Graphics.Chalkboard.Utils +-- Copyright: (c) 2009 Andy Gill +-- License: BSD3 +-- +-- Maintainer: Andy Gill +-- Stability: unstable +-- Portability: ghc +-- +-- This module contains some general utilties. +-- + +module Graphics.Chalkboard.Utils + ( -- * Utilties for @R@. + innerSteps, outerSteps, fracPart + , fromPolar + , toPolar + , angleOfLine + -- * Pointwise operators. + , interpBool + , sampleUI + , withMask + , withDefault + , choose + -- * Point Utilties. + , insideRegion + , insideCircle + , distance + , intervalOnLine + , circleOfDots + ) where + +import Graphics.Chalkboard.Types + +------------------------------------------------------------------------------ + + +-- | innerSteps takes n even steps from 0 .. 1, by not actually touching 0 or 1. +-- The first and last step are 1/2 the size of the others, so that repeated innerSteps +-- can be tiled neatly. +innerSteps :: Int -> [R] +innerSteps n = map (/ fromIntegral (n * 2)) (map fromIntegral (take n [1::Int,3..])) + +-- | outerSteps takes n even steps from 0 .. 1, starting with 0, and ending with 1, +-- returning n+1 elements. + +outerSteps :: Int -> [R] +outerSteps n = map (/ fromIntegral n) (map fromIntegral (take (n + 1) [(0::Int)..])) + +-- | Extract the fractional part of an @R@. +fracPart :: R -> R +fracPart x = x - fromIntegral ((floor x) :: Integer) + +------------------------------------------------------------------------------ + +-- Pointwise operators + +-- | Covert a Bool (mask point) into a unit interval. +interpBool :: Bool -> UI +interpBool True = 1.0 +interpBool False = 0.0 + +-- | sample a UI, giving a point of a mask. +sampleUI :: UI -> Bool +sampleUI n = n >= 0.5 + +-- | Use a mask to create a Just value, or Nothing. +withMask :: a -> (Bool -> Maybe a) +withMask a True = Just a +withMask _ False = Nothing + +-- | With a default if you do not have a Just. +withDefault :: a -> (Maybe a -> a) +withDefault a Nothing = a +withDefault _ (Just b) = b + +-- | 'choose' between two values. +choose :: a -> a -> (Bool -> a) +choose t _f True = t +choose _t f False = f + +------------------------------------- + +-- Point operations + +-- | is a @Point@ inside a region? + +insideRegion :: (Point,Point) -> Point -> Bool +insideRegion ((x1,y1),(x2,y2)) (x,y) = x1 <= x && x <= x2 + && y1 <= y && y <= y2 + +-- | is a @Point@ inside a circle, where the first two arguments are the center of the circle, +-- and the radius. + + +insideCircle :: Point -> R -> Point -> Bool +insideCircle (x1,y1) r (x,y) = distance (x1,y1) (x,y) <= r + + +-- | What is the 'distance' between two points in R2? +-- This is optimised for the normal form @distance p1 p2 <= v@, which avoids using @sqrt@. + +distance :: Point -> Point -> R +distance (x,y) (x',y') = sqrt (xd * xd + yd * yd) + where + xd = x - x' + yd = y - y' + +{-# INLINE distance #-} +-- The obvious sqrt (x * x) ==> x does not fire. +{-# RULES "distance <= w" forall t u w . distance t u <= w = distanceLe t u w #-} +{-# INLINE distanceLe #-} +distanceLe :: Point -> Point -> R -> Bool +distanceLe (x,y) (x',y') w = (xd * xd + yd * yd) <= w * w + where + xd = x - x' + yd = y - y' + + +-- | 'intervalOnLine' find the place on a line (between 0 and 1) that is closest to the given point. +intervalOnLine :: (Point,Point) -> Point -> R +intervalOnLine ((x1,y1),(x2,y2)) (x0,y0) = + ((x0-x1)*(x2-x1)+(y0-y1)*(y2-y1))/(xd * xd + yd * yd) + where + xd = x2-x1 + yd = y2-y1 + +fromPolar :: (R,Radian) -> Point +fromPolar (p, phi) = (p * cos phi, p * sin phi) + +toPolar :: Point -> (R,Radian) +toPolar (x, y) = (x * x + y * y, atan2 x y) + +angleOfLine :: (Point,Point) -> Radian +angleOfLine ((x1,y1),(x2,y2)) = atan2 (x2 - x1) (y2 - y1) + + +-- | circleOfDots generates a set of points between (-1..1,-1..1), inside a circle. +circleOfDots :: Int -> [Point] +circleOfDots 0 = error "circleOfDots 0" +circleOfDots n = [ (x,y) + | x <- map (\ t -> t * 2 - 1) $ outerSteps n + , y <- map (\ t -> t * 2 - 1) $ outerSteps n + , (x * x + y * y) <= 1.0 + ] diff --git a/LICENSE b/LICENSE new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/LICENSE @@ -0,0 +1,25 @@ +Copyright (c) 2009 Andy Gill +All rights reserved. + +Redistribution and use in source and binary forms, with or without +modification, are permitted provided that the following conditions +are met: +1. Redistributions of source code must retain the above copyright + notice, this list of conditions and the following disclaimer. +2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright + notice, this list of conditions and the following disclaimer in the + documentation and/or other materials provided with the distribution. +3. The names of the authors may not be used to endorse or promote products + derived from this software without specific prior written permission. + +THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHORS ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR +IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES +OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. +IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, +INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT +NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, +DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY +THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT +(INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF +THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE. + diff --git a/Setup.hs b/Setup.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/Setup.hs @@ -0,0 +1,2 @@ +import Distribution.Simple +main = defaultMain diff --git a/chalkboard.cabal b/chalkboard.cabal new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/chalkboard.cabal @@ -0,0 +1,47 @@ +Name: chalkboard +Version: 0.1 +Synopsis: Combinators for building and processing 2D images. +Description: Chalkboard is a Haskell hosted Domain Specific Language (DSL) for image generation and processing. + The basic structure is a chalk board, a two-dimensional canvas of values, typically colors. + Chalkboard provides the usual image processing functions (masking, overlaying, function mapping, + cropping, warping, rotating) as well as a few more unusual ones. + Images can be imported into Chalkboard, as first-class color chalk boards. + Chalkboard also provides combinators for drawing shapes on directly on boards. + The system is based loosely on PAN, but the principal image type, a Board, is abstract. + +Category: Graphics +License: BSD3 +License-file: LICENSE +Author: Andy Gill +Maintainer: Andy Gill +Copyright: (c) 2009 Andy Gill +Homepage: http://ittc.ku.edu/~andygill/chalkboard.php +Stability: alpha +build-type: Simple +Cabal-Version: >= 1.6 +extra-source-files: test/liam.ppm, test/Makefile + +Library + Build-Depends: base, array + Exposed-modules: + Graphics.Chalkboard, + Graphics.Chalkboard.Array, + Graphics.Chalkboard.Ascii, + Graphics.Chalkboard.Board, + Graphics.Chalkboard.Color, + Graphics.Chalkboard.PPM, + Graphics.Chalkboard.Shapes, + Graphics.Chalkboard.Utils, + Graphics.Chalkboard.Types + + + Ghc-Options: -Wall + +Executable chalkboard-test + Build-Depends: base, array + Ghc-Options: -O2 + Main-Is: Test.hs + Hs-Source-Dirs: ., test + buildable: True + + diff --git a/test/Makefile b/test/Makefile new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/test/Makefile @@ -0,0 +1,31 @@ +cbtest=../dist/build/chalkboard-test/chalkboard-test + +test:: chess.png chessfilm.png liam2.png sinwaves.png pattern.png arrows.png blank.png + + +# I look at these using % open *.png on osx. + +%.png: %.ppm + pnmtopng < $< > $@ + +chess.ppm: + $(cbtest) chess +chessfilm.ppm: + $(cbtest) chessfilm +liam2.ppm: + $(cbtest) liam2 +sinwaves.ppm: + $(cbtest) sinwaves 50 +pattern.ppm: + $(cbtest) pattern +# takes a long time (for now!) +arrows.ppm: + $(cbtest) arrows 500 +blank.ppm: + $(cbtest) blank + +# not *.ppm because we have the initial liam.ppm file. +clean:: + rm -f chess.png chessfilm.png liam2.png sinwaves.png pattern.png arrows.png blank.png + rm -f chess.ppm chessfilm.ppm liam2.ppm sinwaves.ppm pattern.ppm arrows.ppm blank.ppm + diff --git a/test/Test.hs b/test/Test.hs new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/test/Test.hs @@ -0,0 +1,99 @@ +import Graphics.Chalkboard + +import Control.Applicative + +import System.Environment + +main = do + args <- getArgs + (brd,(x,y)) <- readPPM "liam.ppm" + let img = mainWithArgs args brd + let file = case args of + [] -> "blank" + (nm:_) -> nm + writePPM (file ++ ".ppm") (200,200) $ move (100,100) $ img + +cutandpaste :: (Over a) => (Point,Point) -> Board a -> Board a -> Board a +cutandpaste (p1,p2) b1 b2 = pure choose + <*> b1 + <*> b2 + <*> fmap (insideRegion (p1,p2)) coord + +--border :: ((x1,y1),(x2,y2)) b1 = pure (\ + + +foldOntoFilm :: (Over a) => (Point,Point) -> Board a -> [Board a] -> Board a +foldOntoFilm s@((x1,y1),(x2,y2)) back xs = foldr (\ b bk -> cutandpaste s b (move (x2-x1,0) bk)) back xs + + +mainWithArgs :: [String] -> Board (Maybe RGB) -> Board RGB +mainWithArgs ["chess"] bk = fmap (\ x -> if x then green else white) $ rotate 0.05 $ scale 50 $ checker +mainWithArgs ["chessfilm"] bk = + id + $ move (-70,0) + $ scale 5 + $ foldOntoFilm + ((-5,-5),(5,5)) + (pure white) + [ fmap (\ x -> if x then green else white) $ rotate n $ checker + | n <- take 10 [0.0,0.02..] + ] +mainWithArgs ["liam2"] bk = id + $ scale 2 + $ move (-50,-50) + $ fmap (withDefault white) bk +mainWithArgs ["pattern"] bk = fmap unAlpha (foldr over p2 + [ rotate (fromIntegral n / 5) p1 + | n <- [0..5] + ]) + where + p1, p2 :: Board (Alpha RGB) + p2 = pure (alpha white) + p1 = id + $ fmap (withAlpha 0.4) + $ scale 50 + $ pure (\ (x,y) -> lerp red green ((1 + ((fracPart x - fracPart y) :: R)) / 3)) <*> coord +mainWithArgs ["sinwaves",n] bk = id + $ move (-100,0) + $ fmap unAlpha + $ stack $ + [ fmap (choose (withAlpha 0.8 col) + (transparent white)) + $ functionline (\ x -> (x * 400,t + 80 * x * sin (x * t))) 3 count + | (col,t) <- zip [red,green,blue] [16,18,20] + ] ++ + [ fmap (choose (withAlpha 0.8 col) + (transparent white)) + $ functionline (\ x -> (400 - x * 400,t - 80 * x * sin (x * t))) 3 count + | (col,t) <- zip [cyan,purple,yellow] [15,17,20] + ] ++ + [ pure (alpha white) ] + where count = read n +mainWithArgs ["arrows",n] nk = + fmap (withDefault white) + $ stack + ([ stack + [fmap (choose (Just red) Nothing) + $ stack + [ straightline (p1,p2) 1 + , arrowhead p1 (angleOfLine (p2,p1)) 10 + , arrowhead p2 (angleOfLine (p1,p2)) 10 + ] + ] + | (p1,p2) <- [ ((10,10),(50,50)) + , ((-20,20),(53,80)) + , ((43,-85),(-25,-20)) + ] + ] ++ + [ fmap (choose (Just green) Nothing) + $ stack + [ functionline f 1 count + , arrowhead (f 0) (angleOfLine (f nearZero,f 0)) 10 + , arrowhead (f 1) (angleOfLine (f (1 - nearZero),f 1)) 10 + ] + | f <- [ \ x -> (x * x * 50 + 20,x * 50) + , \ x -> (80 * (0.1 + x) * sin (x * pi * 20),80 * (0.1 + x) * cos (x * pi * 20)) + ] + ]) + where count = read n +mainWithArgs _ bk = pure white diff --git a/test/liam.ppm b/test/liam.ppm new file mode 100644 --- /dev/null +++ b/test/liam.ppm @@ -0,0 +1,1287 @@ +P3 +89 107 +255 +96 154 200 97 153 200 97 154 199 98 154 199 98 154 199 97 154 200 97 154 199 98 153 200 +100 153 200 97 155 199 98 154 200 98 154 200 98 154 200 99 154 199 99 154 199 100 155 201 +99 155 200 99 154 198 98 152 197 76 111 137 113 155 187 100 154 199 101 154 199 100 155 199 +101 155 198 103 154 200 103 155 197 103 155 197 103 155 198 103 155 199 103 156 200 103 155 201 +102 155 199 103 155 200 102 155 198 102 155 199 102 156 198 103 156 199 102 156 200 103 156 199 +102 156 198 102 156 200 102 156 198 102 156 199 104 155 200 104 156 199 104 156 199 104 156 198 +104 157 199 103 156 199 103 156 200 105 156 200 106 156 198 105 157 199 105 157 198 104 156 200 +104 156 201 103 156 199 101 156 202 102 156 201 102 157 199 101 157 200 102 156 201 101 156 200 +101 156 201 102 157 201 103 156 201 102 156 201 102 156 200 102 156 200 101 156 201 102 157 202 +102 156 201 103 156 202 103 156 201 103 157 202 103 157 202 101 157 201 102 157 200 103 156 201 +102 156 201 102 156 201 102 156 201 103 156 202 102 156 201 104 156 202 103 157 201 104 156 202 +103 157 200 +98 155 200 99 155 199 98 154 200 100 154 200 100 155 199 98 155 200 99 154 199 100 155 199 +99 155 201 99 155 200 100 155 200 99 154 199 100 155 200 100 155 200 101 155 201 101 156 200 +101 154 201 103 155 199 100 154 199 73 109 136 116 155 186 101 155 199 102 155 198 101 156 198 +102 155 199 102 155 199 103 155 197 103 156 199 103 156 200 104 156 198 103 156 198 103 156 199 +103 157 198 104 156 199 104 156 199 103 157 199 102 157 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