src/phm2pj.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          phm2pj.cpp
   5 **   Purpose:       Take projections of a phantom object
   6 **   Programmer:    Kevin Rosenberg
   7 **   Date Started:  1984
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: phm2pj.cpp,v 1.2 2000/06/19 17:58:13 kevin Exp $
  13 **
  14 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  15 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  16 **  published by the Free Software Foundation.
  17 **
  18 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  21 **  GNU General Public License for more details.
  22 **
  23 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  24 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  25 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  26 ******************************************************************************/
  27
  28 #include "ct.h"
  29 #include "timer.h"
  30
  31
  32 enum { O_PHANTOM, O_DESC, O_NRAY, O_ROTANGLE, O_PHMFILE,
  33        O_TRACE, O_VERBOSE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION };
  34
  35 static struct option phm2pj_options[] =
  36 {
  37   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  38   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  39   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  40   {"nray", 1, 0, O_NRAY},
  41   {"rotangle", 1, 0, O_ROTANGLE},
  42   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  43   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  44   {"help", 0, 0, O_HELP},
  45   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  46   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  47   {0, 0, 0, 0}
  48 };
  49
  50
  51 void
  52 phm2pj_usage (const char *program)
  53 {
  54   cout << "usage: " << fileBasename(program) << " outfile ndet nview [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [OPTIONS]" << endl;
  55   cout << "Calculate (projections) through phantom object, either a predefined --phantom or a --phmfile" << endl;
  56   cout << "" << endl;
  57   cout << "     outfile      Name of output file for raysums" << endl;
  58   cout << "     ndet         Number of detectors" << endl;
  59   cout << "     nview        Number of rotated views" << endl;
  60   cout << "     --phantom    Phantom to use for projection" << endl;
  61   cout << "        herman    Herman head phantom" << endl;
  62   cout << "        rowland   Rowland head phantom" << endl;
  63   cout << "        browland  Bordered Rowland head phantom" << endl;
  64   cout << "        unitpulse Unit pulse phantom" << endl;
  65   cout << "     --phmfile    Get Phantom from phantom file" << endl;
  66   cout << "     --desc       Description of raysum" << endl;
  67   cout << "     --nray       Number of rays per detector (default = 1)" << endl;
  68   cout << "     --rotangle   Degrees to rotate view through, multiple of PI (default = 1)" << endl;
  69   cout << "     --trace      Trace level to use" << endl;
  70   cout << "        none      No tracing (default)" << endl;
  71   cout << "        text      Trace text level" << endl;
  72   cout << "        phm       Trace phantom image" << endl;
  73   cout << "        rays      Trace rays" << endl;
  74   cout << "        plot      Trace plot" << endl;
  75   cout << "        clipping  Trace clipping" << endl;
  76   cout << "     --verbose    Verbose mode" << endl;
  77   cout << "     --debug      Debug mode" << endl;
  78   cout << "     --version    Print version" << endl;
  79   cout << "     --help       Print this help message" << endl;
  80 }
  81
  82 #ifdef HAVE_MPI
  83 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug);
  84 #endif
  85
  86 int
  87 phm2pj_main (int argc, char* argv[])
  88 {
  89   Phantom phm;
  90   ScannerGeometry opt_geometry = DETECTOR_PARALLEL;
  91   char *opt_outfile = NULL;
  92   string opt_desc;
  93   string opt_phmfilename;
  94   int opt_ndet;
  95   int opt_nview;
  96   int opt_nray = 1;
  97   int opt_trace = 0;
  98   int optPhmNum = -1;
  99   int opt_verbose = 0;
 100   int opt_debug = 0;
 101   double opt_rotangle = 1;
 102   char* endptr = NULL;
 103   char* endstr;
 104
 105 #ifdef HAVE_MPI
 106   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 107 #endif
 108
 109   Timer timerProgram;
 110
 111 #ifdef HAVE_MPI
 112   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 113 #endif
 114     while (1) {
 115       int c = getopt_long(argc, argv, "", phm2pj_options, NULL);
 116
 117       if (c == -1)
 118         break;
 119
 120       switch (c) {
 121       case O_PHANTOM:
 122         if ((optPhmNum = opt_set_phantom (optarg)) < 0) {
 123           phm2pj_usage(argv[0]);
 124           return (1);
 125         }
 126         phm.create (optPhmNum);
 127         break;
 128       case O_PHMFILE:
 129 #ifdef HAVE_MPI
 130         if (mpiWorld.getRank() == 0)
 131           cerr << "Can not read phantom from file in MPI mode" << endl;
 132         return (1);
 133 #endif
 134         opt_phmfilename = optarg;
 135         phm.createFromFile (opt_phmfilename.c_str());
 136         break;
 137       case O_VERBOSE:
 138         opt_verbose = 1;
 139         break;
 140       case O_DEBUG:
 141         opt_debug = 1;
 142         break;
 143         break;
 144       case O_TRACE:
 145         if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 146           phm2pj_usage(argv[0]);
 147           return (1);
 148         }
 149         break;
 150       case O_DESC:
 151         opt_desc = optarg;
 152         break;
 153       case O_ROTANGLE:
 154         opt_rotangle = strtod(optarg, &endptr);
 155         endstr = optarg + strlen(optarg);
 156         if (endptr != endstr) {
 157           cerr << "Error setting --rotangle to " << optarg << endl;
 158           phm2pj_usage(argv[0]);
 159           return (1);
 160         }
 161         break;
 162       case O_NRAY:
 163         opt_nray = strtol(optarg, &endptr, 10);
 164         endstr = optarg + strlen(optarg);
 165         if (endptr != endstr) {
 166           cerr << "Error setting --nray to %s" << optarg << endl;
 167           phm2pj_usage(argv[0]);
 168           return (1);
 169         }
 170         break;
 171         case O_VERSION:
 172 #ifdef VERSION
 173           cout << "Version: " << VERSION << endl;
 174 #else
 175           cout << "Unknown version number" << endl;
 176 #endif
 177           return (0);
 178       case O_HELP:
 179       case '?':
 180         phm2pj_usage(argv[0]);
 181         return (0);
 182       default:
 183         phm2pj_usage(argv[0]);
 184         return (1);
 185       }
 186     }
 187
 188     if (phm.nPElem() == 0) {
 189       cerr << "No phantom defined" << endl;
 190       phm2pj_usage(argv[0]);
 191       return (1);
 192     }
 193     if (optind + 3 != argc) {
 194       phm2pj_usage(argv[0]);
 195       return (1);
 196     }
 197
 198     opt_outfile = argv[optind];
 199     opt_ndet = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 200     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 201     if (endptr != endstr) {
 202       cerr << "Error setting --ndet to " << argv[optind+1] << endl;
 203       phm2pj_usage(argv[0]);
 204       return (1);
 205     }
 206     opt_nview = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 207     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 208     if (endptr != endstr) {
 209       cerr << "Error setting --nview to " << argv[optind+2] << endl;
 210       phm2pj_usage(argv[0]);
 211       return (1);
 212     }
 213
 214     ostringstream desc;
 215     desc << "Raysum_Collect: NDet=" << opt_ndet << ", Nview=" << opt_nview << ", NRay=" << opt_nray << ", RotAngle=" << opt_rotangle << ", ";
 216     if (opt_phmfilename.length()) {
 217       desc << "PhantomFile=" << opt_phmfilename;
 218     } else if (optPhmNum != -1) {
 219       desc << "Phantom=" << name_of_phantom(optPhmNum);
 220     }
 221     if (opt_desc.length()) {
 222       desc << ": " << opt_desc;
 223     }
 224     opt_desc = desc.str();
 225 #ifdef HAVE_MPI
 226   }
 227 #endif
 228
 229 #ifdef HAVE_MPI
 230   TimerCollectiveMPI timerBcast(mpiWorld.getComm());
 231   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_rotangle, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 232   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nview, 1, MPI::INT, 0);
 233   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 234   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nray, 1, MPI::INT, 0);
 235   mpiWorld.getComm().Bcast (&optPhmNum, 1, MPI::INT, 0);
 236   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 237   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 238   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 239   timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 240
 241   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmNum >= 0)
 242     phm.create (optPhmNum);
 243 #endif
 244
 245   opt_rotangle *= PI;
 246   Scanner scanner (phm, opt_geometry, opt_ndet, opt_nview, opt_nray, opt_rotangle);
 247
 248 #ifdef HAVE_MPI
 249   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nview);
 250
 251   Projections pjGlobal;
 252   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 253     pjGlobal.initFromScanner (scanner);
 254
 255   if (opt_verbose)
 256     pjGlobal.printScanInfo();
 257
 258   Projections pjLocal (scanner);
 259   pjLocal.setNView (mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 260
 261   if (opt_debug)
 262     cout << "pjLocal->nview = " << pjLocal.nView() << " (process " << mpiWorld.getRank() << ")" << endl;;
 263
 264   TimerCollectiveMPI timerProject (mpiWorld.getComm());
 265   scanner.collectProjections (pjLocal, phm, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), opt_trace);
 266   if (opt_verbose)
 267     timerProject.timerEndAndReport ("Time to collect projections");
 268
 269   TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 270   GatherProjectionsMPI (mpiWorld, pjGlobal, pjLocal, opt_debug);
 271   if (opt_verbose)
 272      timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather projections");
 273
 274 #else
 275   Projections pjGlobal (scanner);
 276   scanner.collectProjections (pjGlobal, phm, 0, opt_trace);
 277 #endif
 278
 279 #ifdef HAVE_MPI
 280   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 281 #endif
 282     {
 283       pjGlobal.setCalcTime (timerProgram.timerEnd());
 284       pjGlobal.setRemark (opt_desc);
 285       pjGlobal.write (opt_outfile);
 286       if (opt_verbose) {
 287         phm.print();
 288         cout << endl;
 289         pjGlobal.printScanInfo();
 290         cout << endl;
 291         cout << "  Remark: " << pjGlobal.remark() << endl;
 292         cout << "Run time: " << pjGlobal.calcTime() << " seconds" << endl;
 293       }
 294     }
 295
 296   return (0);
 297 }
 298
 299
 300 /* FUNCTION
 301  *    GatherProjectionsMPI
 302  *
 303  * SYNOPSIS
 304  *    Gather's raysums from all processes in pjLocal in pjGlobal in process 0
 305  */
 306
 307 #ifdef HAVE_MPI
 308 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug)
 309 {
 310   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 311     DetectorArray& detArray = pjLocal.getDetectorArray(iw);
 312     double viewAngle = detArray.viewAngle();
 313     int nDet = detArray.nDet();
 314     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 315
 316     mpiWorld.getComm().Send(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0);
 317     mpiWorld.getComm().Send(&nDet, 1, MPI::INT, 0, 0);
 318     mpiWorld.getComm().Send(detval, nDet, MPI::FLOAT, 0, 0);
 319   }
 320
 321   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 322     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 323       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 324         MPI::Status status;
 325         double viewAngle;
 326         int nDet;
 327         DetectorArray& detArray = pjGlobal.getDetectorArray(iw);
 328         DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 329
 330         mpiWorld.getComm().Recv(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0, status);
 331         mpiWorld.getComm().Recv(&nDet, 1, MPI::INT, iProc, 0, status);
 332         mpiWorld.getComm().Recv(detval, nDet, MPI::FLOAT, iProc, 0, status);
 333         detArray.setViewAngle (viewAngle);
 334       }
 335     }
 336   }
 337 }
 338 #endif
 339
 340
 341 #ifndef NO_MAIN
 342 int
 343 main (int argc, char* argv[])
 344 {
 345   int retval = 1;
 346
 347   try {
 348     retval = phm2pj_main(argc, argv);
 349   } catch (exception e) {
 350     cerr << "Exception: " << e.what() << endl;
 351   } catch (...) {
 352     cerr << "Unknown exception" << endl;
 353   }
 354
 355   return (retval);
 356 }
 357 #endif
 358