Added support for delaunay field estimator
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c7a5c9c193
88
src/dinterpolate.hpp
Normal file
88
src/dinterpolate.hpp
Normal file
@ -0,0 +1,88 @@
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#ifndef __COSMO_DINTERPOLATE_HPP
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#define __COSMO_DINTERPOLATE_HPP
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#include "config.hpp"
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#include "mykdtree.hpp"
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#include <gsl/gsl_eigen.h>
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namespace CosmoTool {
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template<typename PType, typename IType, int N>
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class DelaunayInterpolate {
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public:
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struct SimplexAccess {
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int32_t *simplex_list;
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};
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typedef KDTree<N, SimplexAccess, PType> QuickTree;
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typedef typename QuickTree::Cell QuickCell;
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typedef PType CoordType[N];
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QuickTree *quickAccess;
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QuickCell *cells;
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PType *all_preweight;
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int32_t *point_to_simplex_list_base;
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IType *values;
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CoordType *positions;
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uint32_t numPoints;
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uint32_t numSimplex;
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uint32_t *simplex_list;
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gsl_eigen_symmv_workspace *eigen_work;
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/**
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* This construct the interpolator. The construction is time consuming so
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* please do it the less possible number of times, especially if you have
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* a large number of points.
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*
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* @param positions list of the positions
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* @param values list of the values taken at each position
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* @param simplex_list list of points for each simplex. The packing
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* is the following:
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* [t(0,1),t(0,2),...,t(0,n+1),t(1,0),t(1,1),...,t(1,n+1),..],
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* with t(i,j) the i-th simplex and j-th point of the simplex. The indexes
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* refer to the previous list of points.
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* @param numPoints the number of points
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*/
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DelaunayInterpolate(CoordType *positions, IType *values, uint32_t *simplex_list,
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uint32_t numPoints, uint32_t numSimplex)
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{
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this->positions = positions;
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this->values = values;
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this->simplex_list = simplex_list;
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this->numPoints = numPoints;
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this->numSimplex = numSimplex;
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buildPreweight();
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buildQuickAccess();
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eigen_work = gsl_eigen_symmv_alloc(N);
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}
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~DelaunayInterpolate()
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{
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delete[] cells;
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delete quickAccess;
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delete[] point_to_simplex_list_base;
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||||||
|
delete[] all_preweight;
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gsl_eigen_symmv_free(eigen_work);
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}
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void buildPreweight();
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void buildQuickAccess();
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void buildHyperplane(const PType *v, CoordType& hyper);
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bool checkPointInSimplex(const CoordType& pos, uint32_t simplex);
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uint32_t findSimplex(const CoordType& pos)
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throw (InvalidArgumentException);
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IType computeValue(const CoordType& pos)
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throw (InvalidArgumentException);
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};
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|
};
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||||||
|
#include "dinterpolate.tcc"
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||||||
|
|
||||||
|
#endif
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291
src/dinterpolate.tcc
Normal file
291
src/dinterpolate.tcc
Normal file
@ -0,0 +1,291 @@
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#include <cstdlib>
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#include <cassert>
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#include <gsl/gsl_matrix.h>
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#include <gsl/gsl_linalg.h>
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namespace CosmoTool {
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template<typename PType, typename IType, int N>
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||||||
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void DelaunayInterpolate<PType,IType,N>::buildQuickAccess()
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{
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|
cells = new QuickCell[numPoints];
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uint32_t point_to_simplex_size = 0;
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|
uint32_t *numSimplex_by_point = new uint32_t[numPoints];
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||||||
|
uint32_t *index_by_point = new uint32_t[numPoints];
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||||||
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||||||
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// First count the number of simplex for each point
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for (uint32_t i = 0; i < numPoints; i++)
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index_by_point[i] = numSimplex_by_point[i] = 0;
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||||||
|
for (uint32_t i = 0; i < (N+1)*numSimplex; i++)
|
||||||
|
numSimplex_by_point[simplex_list[i]]++;
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||||||
|
// Compute the total number and the index for accessing lists.
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for (uint32_t i = 0; i < numPoints; i++)
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{
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||||||
|
index_by_point[i] = point_to_simplex_size;
|
||||||
|
point_to_simplex_size += numSimplex_by_point[i]+1;
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
// Now compute the real list.
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||||||
|
point_to_simplex_list_base = new int32_t[point_to_simplex_size];
|
||||||
|
for (uint32_t i = 0; i < numSimplex; i++)
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||||||
|
{
|
||||||
|
for (int j = 0; j <= N; j++)
|
||||||
|
{
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||||||
|
uint32_t p = simplex_list[(N+1)*i+j];
|
||||||
|
point_to_simplex_list_base[index_by_point[p]] = i;
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||||||
|
++index_by_point[p];
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||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Finish the lists
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||||||
|
for (uint32_t i = 0; i < numPoints; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// check assertion
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||||||
|
assert((i==0 && index_by_point[0]==numSimplex_by_point[0]) || ((index_by_point[i]-index_by_point[i-1]) == (numSimplex_by_point[i]+1)));
|
||||||
|
point_to_simplex_list_base[index_by_point[i]] = -1;
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||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
uint32_t idx = 0;
|
||||||
|
for (uint32_t i = 0; i < numPoints; i++)
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||||||
|
{
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||||||
|
cells[i].active = true;
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||||||
|
cells[i].val.simplex_list = &point_to_simplex_list_base[idx];
|
||||||
|
// We may have to cast here.
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||||||
|
for (int j = 0; j < N; j++)
|
||||||
|
cells[i].coord[j] = positions[i][j];
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||||||
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||||||
|
idx += numSimplex_by_point[i]+1;
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|
}
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|
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|
// Free the memory allocated for temporary arrays.
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delete[] numSimplex_by_point;
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|
delete[] index_by_point;
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// Build the kd tree now.
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|
quickAccess = new QuickTree(cells, numPoints);
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||||||
|
}
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template<typename PType, typename IType, int N>
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||||||
|
void DelaunayInterpolate<PType,IType,N>::buildPreweight()
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|
{
|
||||||
|
double preweight[N*N];
|
||||||
|
double preweight_inverse[N*N];
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||||||
|
gsl_permutation *p = gsl_permutation_alloc(N);
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||||||
|
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||||||
|
all_preweight = new PType[N*N*numSimplex];
|
||||||
|
|
||||||
|
for (uint32_t i = 0; i < numSimplex; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
uint32_t base = i*(N+1);
|
||||||
|
uint32_t pref = simplex_list[base];
|
||||||
|
// Compute the forward matrix first.
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||||||
|
for (int j = 0; j < N; j++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
PType xref = positions[pref][j];
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||||||
|
|
||||||
|
for (int k = 0; k < N; k++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
preweight[j*N + k] = positions[simplex_list[k+base+1]][j] - xref;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
gsl_matrix_view M = gsl_matrix_view_array(preweight, N, N);
|
||||||
|
gsl_matrix_view iM = gsl_matrix_view_array(preweight_inverse, N, N);
|
||||||
|
int signum;
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||||||
|
|
||||||
|
gsl_linalg_LU_decomp(&M.matrix, p, &signum);
|
||||||
|
gsl_linalg_LU_invert(&M.matrix, p, &iM.matrix);
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 0; j < N*N; j++)
|
||||||
|
all_preweight[N*N*i + j] = preweight_inverse[j];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
gsl_permutation_free(p);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename PType, typename IType, int N>
|
||||||
|
void DelaunayInterpolate<PType,IType,N>::buildHyperplane(const PType *v, CoordType& hyper)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double M[N][N], eVal[N], eVec[N][N];
|
||||||
|
gsl_matrix_view mM, evec;
|
||||||
|
gsl_vector_view eval;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Construct the symmetric matrix
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||||||
|
for (int k = 0; k < N; k++)
|
||||||
|
for (int l = k; l < N; l++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double val = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < (N-1); i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
val += v[i*N+l] * v[i*N+k];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
M[l][k] = M[k][l] = val;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
mM = gsl_matrix_view_array(&M[0][0], N, N);
|
||||||
|
evec = gsl_matrix_view_array(&eVec[0][0], N, N);
|
||||||
|
eval = gsl_vector_view_array(&eVal[0], N);
|
||||||
|
|
||||||
|
// Solve the eigensystem
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||||||
|
gsl_eigen_symmv (&mM.matrix, &eval.vector, &evec.matrix, eigen_work);
|
||||||
|
|
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double minLambda = INFINITY;
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||||||
|
uint32_t idx = N+1;
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||||||
|
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||||||
|
// Look for the smallest eigenvalue
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||||||
|
for (int k = 0; k < N; k++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (minLambda > eVal[k])
|
||||||
|
{
|
||||||
|
minLambda = eVal[k];
|
||||||
|
idx = k;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
assert(idx != (N+1));
|
||||||
|
|
||||||
|
// Copy the corresponding vector
|
||||||
|
for (int k = 0; k < N; k++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
hyper[k] = eVec[k][idx];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename PType, typename IType, int N>
|
||||||
|
bool DelaunayInterpolate<PType,IType,N>::checkPointInSimplex(const CoordType& pos, uint32_t simplex)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
uint32_t *desc_simplex = &simplex_list[simplex*(N+1)];
|
||||||
|
CoordType *p[N+1], v[N], hyper;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int k = 0; k <= N; k++)
|
||||||
|
p[k] = &positions[desc_simplex[k]];
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i <= N; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Build vectors
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||||||
|
for (int k = 1; k <= N; k++)
|
||||||
|
for (int l = 0; l < N; l++)
|
||||||
|
v[k-1][l] = (*p[k])[l] - (*p[0])[l];
|
||||||
|
|
||||||
|
// Build hyperplane.
|
||||||
|
buildHyperplane(&v[0][0], hyper);
|
||||||
|
|
||||||
|
// Compute the appropriate sign using the last point.
|
||||||
|
PType sign = 0;
|
||||||
|
for (int k = 0; k < N; k++)
|
||||||
|
sign += hyper[k] * v[N-1][k];
|
||||||
|
|
||||||
|
// Now check the point has the same sign;
|
||||||
|
PType pnt_sign = 0;
|
||||||
|
for (int k = 0; k < N; k++)
|
||||||
|
pnt_sign += hyper[k] * (pos[k] - (*p[0])[k]);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (pnt_sign*sign < 0)
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// Rotate the points.
|
||||||
|
for (int k = 1; k <= N; k++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
p[k-1] = p[k];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
p[N] = &positions[desc_simplex[i]];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// We checked all possibilities. Return now.
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename PType, typename IType, int N>
|
||||||
|
uint32_t DelaunayInterpolate<PType,IType,N>::findSimplex(const CoordType& c)
|
||||||
|
throw (InvalidArgumentException)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
uint32_t N_ngb = 1;
|
||||||
|
QuickCell **cell_Ngb = new QuickCell *[N_ngb];
|
||||||
|
typename QuickTree::coords kdc;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
kdc[i] = c[i];
|
||||||
|
|
||||||
|
// It may happen that we are unlucky and have to iterate to farther
|
||||||
|
// neighbors. It should happen, especially on the boundaries.
|
||||||
|
do
|
||||||
|
{
|
||||||
|
uint32_t i;
|
||||||
|
|
||||||
|
quickAccess->getNearestNeighbours(kdc, N_ngb, cell_Ngb);
|
||||||
|
|
||||||
|
for (i = 0; i < N_ngb && cell_Ngb[i] != 0; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int32_t *simplex_list = cell_Ngb[i]->val.simplex_list;
|
||||||
|
uint32_t j = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
while (simplex_list[j] >= 0)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (checkPointInSimplex(c, simplex_list[j]))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
delete[] cell_Ngb;
|
||||||
|
return simplex_list[j];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
++j;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
delete[] cell_Ngb;
|
||||||
|
|
||||||
|
// The point does not belong to any simplex.
|
||||||
|
if (i != N_ngb)
|
||||||
|
throw InvalidArgumentException();
|
||||||
|
|
||||||
|
N_ngb *= 2;
|
||||||
|
cell_Ngb = new QuickCell *[N_ngb];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
while (1);
|
||||||
|
|
||||||
|
// Point not reached.
|
||||||
|
abort();
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename PType, typename IType, int N>
|
||||||
|
IType DelaunayInterpolate<PType,IType,N>::computeValue(const CoordType& c)
|
||||||
|
throw (InvalidArgumentException)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
uint32_t simplex = findSimplex(c);
|
||||||
|
PType *preweight = &all_preweight[simplex*N*N];
|
||||||
|
PType weight[N+1];
|
||||||
|
PType p0[N];
|
||||||
|
PType sum_weight = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
p0[i] = positions[simplex_list[simplex*(N+1) + 0]][i];
|
||||||
|
|
||||||
|
// Now we use the preweight to compute the weight...
|
||||||
|
for (int i = 1; i <= N; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
weight[i] = 0;
|
||||||
|
for (int j = 0; j < N; j++)
|
||||||
|
weight[i] += preweight[(i-1)*N+j]*(c[j]-p0[j]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(weight[i] >= 0);
|
||||||
|
assert(weight[i] <= 1);
|
||||||
|
sum_weight += weight[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
weight[0] = 1-sum_weight;
|
||||||
|
assert(weight[0] >= 0);
|
||||||
|
assert(weight[0] <= 1);
|
||||||
|
|
||||||
|
// We compute the final value by weighing the value at the N+1
|
||||||
|
// points by the proper weight.
|
||||||
|
IType final = 0;
|
||||||
|
for (int i = 0; i <= N; i++)
|
||||||
|
final += weight[i] * values[ simplex_list[simplex*(N+1) + i] ];
|
||||||
|
|
||||||
|
return final;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
};
|
83
src/field.hpp
Normal file
83
src/field.hpp
Normal file
@ -0,0 +1,83 @@
|
|||||||
|
#ifndef __COSMOTOOL_FIELD
|
||||||
|
#define __COSMOTOOL_FIELD
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "config.hpp"
|
||||||
|
#include <iostream>
|
||||||
|
#include <cassert>
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace CosmoTool {
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename BaseType>
|
||||||
|
struct ScalarField
|
||||||
|
{
|
||||||
|
BaseType value;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename BaseType, int N>
|
||||||
|
struct VectorField
|
||||||
|
{
|
||||||
|
BaseType vec[N];
|
||||||
|
|
||||||
|
VectorField& operator=(const VectorField& a)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
vec[i] = a.vec[i];
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
VectorField()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
vec[i] = 0;
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||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
VectorField(double a)
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||||||
|
{
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||||||
|
assert(a == 0);
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||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
vec[i] = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename BaseType, int N>
|
||||||
|
VectorField<BaseType,N> operator*(BaseType s, const VectorField<BaseType,N>& a)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
VectorField<BaseType,N> v;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
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||||||
|
v.vec[i] = a.vec[i]*s;
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||||||
|
|
||||||
|
return v;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename BaseType, int N>
|
||||||
|
VectorField<BaseType,N> operator+(const VectorField<BaseType,N>& a, const VectorField<BaseType,N>& b)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
VectorField<BaseType,N> v;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
v.vec[i] = a.vec[i]+b.vec[i];
|
||||||
|
|
||||||
|
return v;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename BaseType, int N>
|
||||||
|
VectorField<BaseType,N>& operator+=(VectorField<BaseType,N>& a, const VectorField<BaseType,N>& b)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
a.vec[i]+=b.vec[i];
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||||||
|
|
||||||
|
return a;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename BaseType, int N>
|
||||||
|
std::ostream& operator<<(std::ostream& s, const CosmoTool::VectorField<BaseType,N>& a)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (int i = 0; i < N; i++)
|
||||||
|
s << a.vec[i] << " " ;
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||||||
|
return s;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif
|
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