- add sources.
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / cc / trees / layer_sorter.cc
1 // Copyright 2011 The Chromium Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
3 // found in the LICENSE file.
4
5 #include "cc/trees/layer_sorter.h"
6
7 #include <algorithm>
8 #include <deque>
9 #include <limits>
10 #include <vector>
11
12 #include "base/logging.h"
13 #include "cc/base/math_util.h"
14 #include "cc/layers/render_surface_impl.h"
15 #include "ui/gfx/transform.h"
16
17 namespace cc {
18
19 // This epsilon is used to determine if two layers are too close to each other
20 // to be able to tell which is in front of the other.  It's a relative epsilon
21 // so it is robust to changes in scene scale.  This value was chosen by picking
22 // a value near machine epsilon and then increasing it until the flickering on
23 // the test scene went away.
24 const float k_layer_epsilon = 1e-4f;
25
26 inline static float PerpProduct(gfx::Vector2dF u, gfx::Vector2dF v) {
27   return u.x() * v.y() - u.y() * v.x();
28 }
29
30 // Tests if two edges defined by their endpoints (a,b) and (c,d) intersect.
31 // Returns true and the point of intersection if they do and false otherwise.
32 static bool EdgeEdgeTest(gfx::PointF a,
33                          gfx::PointF b,
34                          gfx::PointF c,
35                          gfx::PointF d,
36                          gfx::PointF* r) {
37   gfx::Vector2dF u = b - a;
38   gfx::Vector2dF v = d - c;
39   gfx::Vector2dF w = a - c;
40
41   float denom = PerpProduct(u, v);
42
43   // If denom == 0 then the edges are parallel. While they could be overlapping
44   // we don't bother to check here as the we'll find their intersections from
45   // the corner to quad tests.
46   if (!denom)
47     return false;
48
49   float s = PerpProduct(v, w) / denom;
50   if (s < 0.f || s > 1.f)
51     return false;
52
53   float t = PerpProduct(u, w) / denom;
54   if (t < 0.f || t > 1.f)
55     return false;
56
57   u.Scale(s);
58   *r = a + u;
59   return true;
60 }
61
62 GraphNode::GraphNode(LayerImpl* layer_impl)
63     : layer(layer_impl),
64       incoming_edge_weight(0.f) {}
65
66 GraphNode::~GraphNode() {}
67
68 LayerSorter::LayerSorter()
69     : z_range_(0.f) {}
70
71 LayerSorter::~LayerSorter() {}
72
73 static float CheckFloatingPointNumericAccuracy(float a, float b) {
74   float abs_dif = std::abs(b - a);
75   float abs_max = std::max(std::abs(b), std::abs(a));
76   // Check to see if we've got a result with a reasonable amount of error.
77   return abs_dif / abs_max;
78 }
79
80 // Checks whether layer "a" draws on top of layer "b". The weight value returned
81 // is an indication of the maximum z-depth difference between the layers or zero
82 // if the layers are found to be intesecting (some features are in front and
83 // some are behind).
84 LayerSorter::ABCompareResult LayerSorter::CheckOverlap(LayerShape* a,
85                                                        LayerShape* b,
86                                                        float z_threshold,
87                                                        float* weight) {
88   *weight = 0.f;
89
90   // Early out if the projected bounds don't overlap.
91   if (!a->projected_bounds.Intersects(b->projected_bounds))
92     return None;
93
94   gfx::PointF aPoints[4] = { a->projected_quad.p1(),
95                              a->projected_quad.p2(),
96                              a->projected_quad.p3(),
97                              a->projected_quad.p4() };
98   gfx::PointF bPoints[4] = { b->projected_quad.p1(),
99                              b->projected_quad.p2(),
100                              b->projected_quad.p3(),
101                              b->projected_quad.p4() };
102
103   // Make a list of points that inside both layer quad projections.
104   std::vector<gfx::PointF> overlap_points;
105
106   // Check all four corners of one layer against the other layer's quad.
107   for (int i = 0; i < 4; ++i) {
108     if (a->projected_quad.Contains(bPoints[i]))
109       overlap_points.push_back(bPoints[i]);
110     if (b->projected_quad.Contains(aPoints[i]))
111       overlap_points.push_back(aPoints[i]);
112   }
113
114   // Check all the edges of one layer for intersection with the other layer's
115   // edges.
116   gfx::PointF r;
117   for (int ea = 0; ea < 4; ++ea)
118     for (int eb = 0; eb < 4; ++eb)
119       if (EdgeEdgeTest(aPoints[ea], aPoints[(ea + 1) % 4],
120                        bPoints[eb], bPoints[(eb + 1) % 4],
121                        &r))
122         overlap_points.push_back(r);
123
124   if (overlap_points.empty())
125     return None;
126
127   // Check the corresponding layer depth value for all overlap points to
128   // determine which layer is in front.
129   float max_positive = 0.f;
130   float max_negative = 0.f;
131
132   // This flag tracks the existance of a numerically accurate seperation
133   // between two layers.  If there is no accurate seperation, the layers
134   // cannot be effectively sorted.
135   bool accurate = false;
136
137   for (size_t o = 0; o < overlap_points.size(); o++) {
138     float za = a->LayerZFromProjectedPoint(overlap_points[o]);
139     float zb = b->LayerZFromProjectedPoint(overlap_points[o]);
140
141     // Here we attempt to avoid numeric issues with layers that are too
142     // close together.  If we have 2-sided quads that are very close
143     // together then we will draw them in document order to avoid
144     // flickering.  The correct solution is for the content maker to turn
145     // on back-face culling or move the quads apart (if they're not two
146     // sides of one object).
147     if (CheckFloatingPointNumericAccuracy(za, zb) > k_layer_epsilon)
148       accurate = true;
149
150     float diff = za - zb;
151     if (diff > max_positive)
152       max_positive = diff;
153     if (diff < max_negative)
154       max_negative = diff;
155   }
156
157   // If we can't tell which should come first, we use document order.
158   if (!accurate)
159     return ABeforeB;
160
161   float max_diff =
162       std::abs(max_positive) > std::abs(max_negative) ?
163           max_positive : max_negative;
164
165   // If the results are inconsistent (and the z difference substantial to rule
166   // out numerical errors) then the layers are intersecting. We will still
167   // return an order based on the maximum depth difference but with an edge
168   // weight of zero these layers will get priority if a graph cycle is present
169   // and needs to be broken.
170   if (max_positive > z_threshold && max_negative < -z_threshold)
171     *weight = 0.f;
172   else
173     *weight = std::abs(max_diff);
174
175   // Maintain relative order if the layers have the same depth at all
176   // intersection points.
177   if (max_diff <= 0.f)
178     return ABeforeB;
179
180   return BBeforeA;
181 }
182
183 LayerShape::LayerShape() {}
184
185 LayerShape::LayerShape(float width,
186                        float height,
187                        const gfx::Transform& draw_transform) {
188   gfx::QuadF layer_quad(gfx::RectF(0.f, 0.f, width, height));
189
190   // Compute the projection of the layer quad onto the z = 0 plane.
191
192   gfx::PointF clipped_quad[8];
193   int num_vertices_in_clipped_quad;
194   MathUtil::MapClippedQuad(draw_transform,
195                            layer_quad,
196                            clipped_quad,
197                            &num_vertices_in_clipped_quad);
198
199   if (num_vertices_in_clipped_quad < 3) {
200     projected_bounds = gfx::RectF();
201     return;
202   }
203
204   projected_bounds =
205       MathUtil::ComputeEnclosingRectOfVertices(clipped_quad,
206                                                num_vertices_in_clipped_quad);
207
208   // NOTE: it will require very significant refactoring and overhead to deal
209   // with generalized polygons or multiple quads per layer here. For the sake of
210   // layer sorting it is equally correct to take a subsection of the polygon
211   // that can be made into a quad. This will only be incorrect in the case of
212   // intersecting layers, which are not supported yet anyway.
213   projected_quad.set_p1(clipped_quad[0]);
214   projected_quad.set_p2(clipped_quad[1]);
215   projected_quad.set_p3(clipped_quad[2]);
216   if (num_vertices_in_clipped_quad >= 4) {
217     projected_quad.set_p4(clipped_quad[3]);
218   } else {
219     // This will be a degenerate quad that is actually a triangle.
220     projected_quad.set_p4(clipped_quad[2]);
221   }
222
223   // Compute the normal of the layer's plane.
224   bool clipped = false;
225   gfx::Point3F c1 =
226       MathUtil::MapPoint(draw_transform, gfx::Point3F(0.f, 0.f, 0.f), &clipped);
227   gfx::Point3F c2 =
228       MathUtil::MapPoint(draw_transform, gfx::Point3F(0.f, 1.f, 0.f), &clipped);
229   gfx::Point3F c3 =
230       MathUtil::MapPoint(draw_transform, gfx::Point3F(1.f, 0.f, 0.f), &clipped);
231   // TODO(shawnsingh): Deal with clipping.
232   gfx::Vector3dF c12 = c2 - c1;
233   gfx::Vector3dF c13 = c3 - c1;
234   layer_normal = gfx::CrossProduct(c13, c12);
235
236   transform_origin = c1;
237 }
238
239 LayerShape::~LayerShape() {}
240
241 // Returns the Z coordinate of a point on the layer that projects
242 // to point p which lies on the z = 0 plane. It does it by computing the
243 // intersection of a line starting from p along the Z axis and the plane
244 // of the layer.
245 float LayerShape::LayerZFromProjectedPoint(gfx::PointF p) const {
246   gfx::Vector3dF z_axis(0.f, 0.f, 1.f);
247   gfx::Vector3dF w = gfx::Point3F(p) - transform_origin;
248
249   float d = gfx::DotProduct(layer_normal, z_axis);
250   float n = -gfx::DotProduct(layer_normal, w);
251
252   // Check if layer is parallel to the z = 0 axis which will make it
253   // invisible and hence returning zero is fine.
254   if (!d)
255     return 0.f;
256
257   // The intersection point would be given by:
258   // p + (n / d) * u  but since we are only interested in the
259   // z coordinate and p's z coord is zero, all we need is the value of n/d.
260   return n / d;
261 }
262
263 void LayerSorter::CreateGraphNodes(LayerImplList::iterator first,
264                                    LayerImplList::iterator last) {
265   DVLOG(2) << "Creating graph nodes:";
266   float min_z = FLT_MAX;
267   float max_z = -FLT_MAX;
268   for (LayerImplList::const_iterator it = first; it < last; it++) {
269     nodes_.push_back(GraphNode(*it));
270     GraphNode& node = nodes_.at(nodes_.size() - 1);
271     RenderSurfaceImpl* render_surface = node.layer->render_surface();
272     if (!node.layer->DrawsContent() && !render_surface)
273       continue;
274
275     DVLOG(2) << "Layer " << node.layer->id() <<
276         " (" << node.layer->bounds().width() <<
277         " x " << node.layer->bounds().height() << ")";
278
279     gfx::Transform draw_transform;
280     float layer_width, layer_height;
281     if (render_surface) {
282       draw_transform = render_surface->draw_transform();
283       layer_width = render_surface->content_rect().width();
284       layer_height = render_surface->content_rect().height();
285     } else {
286       draw_transform = node.layer->draw_transform();
287       layer_width = node.layer->content_bounds().width();
288       layer_height = node.layer->content_bounds().height();
289     }
290
291     node.shape = LayerShape(layer_width, layer_height, draw_transform);
292
293     max_z = std::max(max_z, node.shape.transform_origin.z());
294     min_z = std::min(min_z, node.shape.transform_origin.z());
295   }
296
297   z_range_ = std::abs(max_z - min_z);
298 }
299
300 void LayerSorter::CreateGraphEdges() {
301   DVLOG(2) << "Edges:";
302   // Fraction of the total z_range below which z differences
303   // are not considered reliable.
304   const float z_threshold_factor = 0.01f;
305   float z_threshold = z_range_ * z_threshold_factor;
306
307   for (size_t na = 0; na < nodes_.size(); na++) {
308     GraphNode& node_a = nodes_[na];
309     if (!node_a.layer->DrawsContent() && !node_a.layer->render_surface())
310       continue;
311     for (size_t nb = na + 1; nb < nodes_.size(); nb++) {
312       GraphNode& node_b = nodes_[nb];
313       if (!node_b.layer->DrawsContent() && !node_b.layer->render_surface())
314         continue;
315       float weight = 0.f;
316       ABCompareResult overlap_result = CheckOverlap(&node_a.shape,
317                                                     &node_b.shape,
318                                                     z_threshold,
319                                                     &weight);
320       GraphNode* start_node = NULL;
321       GraphNode* end_node = NULL;
322       if (overlap_result == ABeforeB) {
323         start_node = &node_a;
324         end_node = &node_b;
325       } else if (overlap_result == BBeforeA) {
326         start_node = &node_b;
327         end_node = &node_a;
328       }
329
330       if (start_node) {
331         DVLOG(2) << start_node->layer->id() << " -> " << end_node->layer->id();
332         edges_.push_back(GraphEdge(start_node, end_node, weight));
333       }
334     }
335   }
336
337   for (size_t i = 0; i < edges_.size(); i++) {
338     GraphEdge& edge = edges_[i];
339     active_edges_[&edge] = &edge;
340     edge.from->outgoing.push_back(&edge);
341     edge.to->incoming.push_back(&edge);
342     edge.to->incoming_edge_weight += edge.weight;
343   }
344 }
345
346 // Finds and removes an edge from the list by doing a swap with the
347 // last element of the list.
348 void LayerSorter::RemoveEdgeFromList(GraphEdge* edge,
349                                      std::vector<GraphEdge*>* list) {
350   std::vector<GraphEdge*>::iterator iter =
351       std::find(list->begin(), list->end(), edge);
352   DCHECK(iter != list->end());
353   list->erase(iter);
354 }
355
356 // Sorts the given list of layers such that they can be painted in a
357 // back-to-front order. Sorting produces correct results for non-intersecting
358 // layers that don't have cyclical order dependencies. Cycles and intersections
359 // are broken (somewhat) aribtrarily. Sorting of layers is done via a
360 // topological sort of a directed graph whose nodes are the layers themselves.
361 // An edge from node A to node B signifies that layer A needs to be drawn before
362 // layer B. If A and B have no dependency between each other, then we preserve
363 // the ordering of those layers as they were in the original list.
364 //
365 // The draw order between two layers is determined by projecting the two
366 // triangles making up each layer quad to the Z = 0 plane, finding points of
367 // intersection between the triangles and backprojecting those points to the
368 // plane of the layer to determine the corresponding Z coordinate. The layer
369 // with the lower Z coordinate (farther from the eye) needs to be rendered
370 // first.
371 //
372 // If the layer projections don't intersect, then no edges (dependencies) are
373 // created between them in the graph. HOWEVER, in this case we still need to
374 // preserve the ordering of the original list of layers, since that list should
375 // already have proper z-index ordering of layers.
376 //
377 void LayerSorter::Sort(LayerImplList::iterator first,
378                        LayerImplList::iterator last) {
379   DVLOG(2) << "Sorting start ----";
380   CreateGraphNodes(first, last);
381
382   CreateGraphEdges();
383
384   std::vector<GraphNode*> sorted_list;
385   std::deque<GraphNode*> no_incoming_edge_node_list;
386
387   // Find all the nodes that don't have incoming edges.
388   for (NodeList::iterator la = nodes_.begin(); la < nodes_.end(); la++) {
389     if (!la->incoming.size())
390       no_incoming_edge_node_list.push_back(&(*la));
391   }
392
393   DVLOG(2) << "Sorted list: ";
394   while (active_edges_.size() || no_incoming_edge_node_list.size()) {
395     while (no_incoming_edge_node_list.size()) {
396       // It is necessary to preserve the existing ordering of layers, when there
397       // are no explicit dependencies (because this existing ordering has
398       // correct z-index/layout ordering). To preserve this ordering, we process
399       // Nodes in the same order that they were added to the list.
400       GraphNode* from_node = no_incoming_edge_node_list.front();
401       no_incoming_edge_node_list.pop_front();
402
403       // Add it to the final list.
404       sorted_list.push_back(from_node);
405
406       DVLOG(2) << from_node->layer->id() << ", ";
407
408       // Remove all its outgoing edges from the graph.
409       for (size_t i = 0; i < from_node->outgoing.size(); i++) {
410         GraphEdge* outgoing_edge = from_node->outgoing[i];
411
412         active_edges_.erase(outgoing_edge);
413         RemoveEdgeFromList(outgoing_edge, &outgoing_edge->to->incoming);
414         outgoing_edge->to->incoming_edge_weight -= outgoing_edge->weight;
415
416         if (!outgoing_edge->to->incoming.size())
417           no_incoming_edge_node_list.push_back(outgoing_edge->to);
418       }
419       from_node->outgoing.clear();
420     }
421
422     if (!active_edges_.size())
423       break;
424
425     // If there are still active edges but the list of nodes without incoming
426     // edges is empty then we have run into a cycle. Break the cycle by finding
427     // the node with the smallest overall incoming edge weight and use it. This
428     // will favor nodes that have zero-weight incoming edges i.e. layers that
429     // are being occluded by a layer that intersects them.
430     float min_incoming_edge_weight = FLT_MAX;
431     GraphNode* next_node = NULL;
432     for (size_t i = 0; i < nodes_.size(); i++) {
433       if (nodes_[i].incoming.size() &&
434           nodes_[i].incoming_edge_weight < min_incoming_edge_weight) {
435         min_incoming_edge_weight = nodes_[i].incoming_edge_weight;
436         next_node = &nodes_[i];
437       }
438     }
439     DCHECK(next_node);
440     // Remove all its incoming edges.
441     for (size_t e = 0; e < next_node->incoming.size(); e++) {
442       GraphEdge* incoming_edge = next_node->incoming[e];
443
444       active_edges_.erase(incoming_edge);
445       RemoveEdgeFromList(incoming_edge, &incoming_edge->from->outgoing);
446     }
447     next_node->incoming.clear();
448     next_node->incoming_edge_weight = 0.f;
449     no_incoming_edge_node_list.push_back(next_node);
450     DVLOG(2) << "Breaking cycle by cleaning up incoming edges from " <<
451         next_node->layer->id() <<
452         " (weight = " << min_incoming_edge_weight << ")";
453   }
454
455   // Note: The original elements of the list are in no danger of having their
456   // ref count go to zero here as they are all nodes of the layer hierarchy and
457   // are kept alive by their parent nodes.
458   int count = 0;
459   for (LayerImplList::iterator it = first; it < last; it++)
460     *it = sorted_list[count++]->layer;
461
462   DVLOG(2) << "Sorting end ----";
463
464   nodes_.clear();
465   edges_.clear();
466   active_edges_.clear();
467 }
468
469 }  // namespace cc