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 1.3 2000/06/22 10:17:28 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 << "        bherman   Bordered herman head phantom" << endl;
  63   cout << "        rowland   Rowland head phantom" << endl;
  64   cout << "        browland  Bordered Rowland head phantom" << endl;
  65   cout << "        unitpulse Unit pulse phantom" << endl;
  66   cout << "     --phmfile    Get Phantom from phantom file" << endl;
  67   cout << "     --desc       Description of raysum" << endl;
  68   cout << "     --nray       Number of rays per detector (default = 1)" << endl;
  69   cout << "     --rotangle   Degrees to rotate view through, multiple of PI (default = 1)" << endl;
  70   cout << "     --trace      Trace level to use" << endl;
  71   cout << "        none      No tracing (default)" << endl;
  72   cout << "        text      Trace text level" << endl;
  73   cout << "        phm       Trace phantom image" << endl;
  74   cout << "        rays      Trace rays" << endl;
  75   cout << "        plot      Trace plot" << endl;
  76   cout << "        clipping  Trace clipping" << endl;
  77   cout << "     --verbose    Verbose mode" << endl;
  78   cout << "     --debug      Debug mode" << endl;
  79   cout << "     --version    Print version" << endl;
  80   cout << "     --help       Print this help message" << endl;
  81 }
  82
  83 #ifdef HAVE_MPI
  84 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug);
  85 #endif
  86
  87 int
  88 phm2pj_main (int argc, char* argv[])
  89 {
  90   Phantom phm;
  91   ScannerGeometry opt_geometry = DETECTOR_PARALLEL;
  92   char *opt_outfile = NULL;
  93   string opt_desc;
  94   string opt_phmfilename;
  95   int opt_ndet;
  96   int opt_nview;
  97   int opt_nray = 1;
  98   int opt_trace = 0;
  99   string optPhmName;
 100   int opt_verbose = 0;
 101   int opt_debug = 0;
 102   double opt_rotangle = 1;
 103   char* endptr = NULL;
 104   char* endstr;
 105
 106 #ifdef HAVE_MPI
 107   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 108 #endif
 109
 110   Timer timerProgram;
 111
 112 #ifdef HAVE_MPI
 113   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 114 #endif
 115     while (1) {
 116       int c = getopt_long(argc, argv, "", phm2pj_options, NULL);
 117
 118       if (c == -1)
 119         break;
 120
 121       switch (c) {
 122       case O_PHANTOM:
 123         optPhmName = optarg;
 124         if (! phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str())) {
 125           cout << "ERROR: Invalid phantom name " << optPhmName << endl << endl;
 126           phm2pj_usage(argv[0]);
 127           return (1);
 128         }
 129         break;
 130       case O_PHMFILE:
 131 #ifdef HAVE_MPI
 132         if (mpiWorld.getRank() == 0)
 133           cerr << "Can not read phantom from file in MPI mode" << endl;
 134         return (1);
 135 #endif
 136         opt_phmfilename = optarg;
 137         phm.createFromFile (opt_phmfilename.c_str());
 138         break;
 139       case O_VERBOSE:
 140         opt_verbose = 1;
 141         break;
 142       case O_DEBUG:
 143         opt_debug = 1;
 144         break;
 145         break;
 146       case O_TRACE:
 147         if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 148           phm2pj_usage(argv[0]);
 149           return (1);
 150         }
 151         break;
 152       case O_DESC:
 153         opt_desc = optarg;
 154         break;
 155       case O_ROTANGLE:
 156         opt_rotangle = strtod(optarg, &endptr);
 157         endstr = optarg + strlen(optarg);
 158         if (endptr != endstr) {
 159           cerr << "Error setting --rotangle to " << optarg << endl;
 160           phm2pj_usage(argv[0]);
 161           return (1);
 162         }
 163         break;
 164       case O_NRAY:
 165         opt_nray = strtol(optarg, &endptr, 10);
 166         endstr = optarg + strlen(optarg);
 167         if (endptr != endstr) {
 168           cerr << "Error setting --nray to %s" << optarg << endl;
 169           phm2pj_usage(argv[0]);
 170           return (1);
 171         }
 172         break;
 173         case O_VERSION:
 174 #ifdef VERSION
 175           cout << "Version: " << VERSION << endl;
 176 #else
 177           cout << "Unknown version number" << endl;
 178 #endif
 179           return (0);
 180       case O_HELP:
 181       case '?':
 182         phm2pj_usage(argv[0]);
 183         return (0);
 184       default:
 185         phm2pj_usage(argv[0]);
 186         return (1);
 187       }
 188     }
 189
 190     if (phm.nPElem() == 0) {
 191       cerr << "No phantom defined" << endl;
 192       phm2pj_usage(argv[0]);
 193       return (1);
 194     }
 195     if (optind + 3 != argc) {
 196       phm2pj_usage(argv[0]);
 197       return (1);
 198     }
 199
 200     opt_outfile = argv[optind];
 201     opt_ndet = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 202     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 203     if (endptr != endstr) {
 204       cerr << "Error setting --ndet to " << argv[optind+1] << endl;
 205       phm2pj_usage(argv[0]);
 206       return (1);
 207     }
 208     opt_nview = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 209     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 210     if (endptr != endstr) {
 211       cerr << "Error setting --nview to " << argv[optind+2] << endl;
 212       phm2pj_usage(argv[0]);
 213       return (1);
 214     }
 215
 216     ostringstream desc;
 217     desc << "Raysum_Collect: NDet=" << opt_ndet << ", Nview=" << opt_nview << ", NRay=" << opt_nray << ", RotAngle=" << opt_rotangle << ", ";
 218     if (opt_phmfilename.length()) {
 219       desc << "PhantomFile=" << opt_phmfilename;
 220     } else if (optPhmName != "") {
 221       desc << "Phantom=" << optPhmName;
 222     }
 223     if (opt_desc.length()) {
 224       desc << ": " << opt_desc;
 225     }
 226     opt_desc = desc.str();
 227 #ifdef HAVE_MPI
 228   }
 229 #endif
 230
 231 #ifdef HAVE_MPI
 232   TimerCollectiveMPI timerBcast(mpiWorld.getComm());
 233   mpiWorld.BcastString (optPhmName);
 234   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_rotangle, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 235   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nview, 1, MPI::INT, 0);
 236   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 237   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nray, 1, MPI::INT, 0);
 238   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 239   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 240   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 241   timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 242
 243   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmName != "")
 244     phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 245 #endif
 246
 247   opt_rotangle *= PI;
 248   Scanner scanner (phm, opt_geometry, opt_ndet, opt_nview, opt_nray, opt_rotangle);
 249
 250 #ifdef HAVE_MPI
 251   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nview);
 252
 253   Projections pjGlobal;
 254   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 255     pjGlobal.initFromScanner (scanner);
 256
 257   if (opt_verbose)
 258     pjGlobal.printScanInfo();
 259
 260   Projections pjLocal (scanner);
 261   pjLocal.setNView (mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 262
 263   if (opt_debug)
 264     cout << "pjLocal->nview = " << pjLocal.nView() << " (process " << mpiWorld.getRank() << ")" << endl;;
 265
 266   TimerCollectiveMPI timerProject (mpiWorld.getComm());
 267   scanner.collectProjections (pjLocal, phm, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), opt_trace);
 268   if (opt_verbose)
 269     timerProject.timerEndAndReport ("Time to collect projections");
 270
 271   TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 272   GatherProjectionsMPI (mpiWorld, pjGlobal, pjLocal, opt_debug);
 273   if (opt_verbose)
 274      timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather projections");
 275
 276 #else
 277   Projections pjGlobal (scanner);
 278   scanner.collectProjections (pjGlobal, phm, 0, opt_trace);
 279 #endif
 280
 281 #ifdef HAVE_MPI
 282   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 283 #endif
 284     {
 285       pjGlobal.setCalcTime (timerProgram.timerEnd());
 286       pjGlobal.setRemark (opt_desc);
 287       pjGlobal.write (opt_outfile);
 288       if (opt_verbose) {
 289         phm.print();
 290         cout << endl;
 291         pjGlobal.printScanInfo();
 292         cout << endl;
 293         cout << "  Remark: " << pjGlobal.remark() << endl;
 294         cout << "Run time: " << pjGlobal.calcTime() << " seconds" << endl;
 295       }
 296     }
 297
 298   return (0);
 299 }
 300
 301
 302 /* FUNCTION
 303  *    GatherProjectionsMPI
 304  *
 305  * SYNOPSIS
 306  *    Gather's raysums from all processes in pjLocal in pjGlobal in process 0
 307  */
 308
 309 #ifdef HAVE_MPI
 310 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug)
 311 {
 312   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 313     DetectorArray& detArray = pjLocal.getDetectorArray(iw);
 314     double viewAngle = detArray.viewAngle();
 315     int nDet = detArray.nDet();
 316     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 317
 318     mpiWorld.getComm().Send(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0);
 319     mpiWorld.getComm().Send(&nDet, 1, MPI::INT, 0, 0);
 320     mpiWorld.getComm().Send(detval, nDet, MPI::FLOAT, 0, 0);
 321   }
 322
 323   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 324     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 325       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 326         MPI::Status status;
 327         double viewAngle;
 328         int nDet;
 329         DetectorArray& detArray = pjGlobal.getDetectorArray(iw);
 330         DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 331
 332         mpiWorld.getComm().Recv(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0, status);
 333         mpiWorld.getComm().Recv(&nDet, 1, MPI::INT, iProc, 0, status);
 334         mpiWorld.getComm().Recv(detval, nDet, MPI::FLOAT, iProc, 0, status);
 335         detArray.setViewAngle (viewAngle);
 336       }
 337     }
 338   }
 339 }
 340 #endif
 341
 342
 343 #ifndef NO_MAIN
 344 int
 345 main (int argc, char* argv[])
 346 {
 347   int retval = 1;
 348
 349   try {
 350     retval = phm2pj_main(argc, argv);
 351   } catch (exception e) {
 352     cerr << "Exception: " << e.what() << endl;
 353   } catch (...) {
 354     cerr << "Unknown exception" << endl;
 355   }
 356
 357   return (retval);
 358 }
 359 #endif
 360