tools/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 1.6 2000/07/31 14:48:35 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   string optGeometryName = Scanner::convertGeometryIDToName(Scanner::GEOMETRY_PARALLEL);
  92   char *opt_outfile = NULL;
  93   string opt_desc;
  94   string optPhmFileName;
  95   int opt_ndet;
  96   int opt_nview;
  97   int opt_nray = 1;
  98   int opt_trace = 0;
  99   string optPhmName (Phantom::convertPhantomIDToName(Phantom::PHM_HERMAN));
 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         break;
 125       case O_PHMFILE:
 126         optPhmFileName = optarg;
 127         break;
 128       case O_VERBOSE:
 129         opt_verbose = 1;
 130         break;
 131       case O_DEBUG:
 132         opt_debug = 1;
 133         break;
 134         break;
 135       case O_TRACE:
 136         if ((opt_trace = TraceLevel::convertTraceNameToID(optarg)) == TRACE_INVALID) {
 137           phm2pj_usage(argv[0]);
 138           return (1);
 139         }
 140         break;
 141       case O_DESC:
 142         opt_desc = optarg;
 143         break;
 144       case O_ROTANGLE:
 145         opt_rotangle = strtod(optarg, &endptr);
 146         endstr = optarg + strlen(optarg);
 147         if (endptr != endstr) {
 148           cerr << "Error setting --rotangle to " << optarg << endl;
 149           phm2pj_usage(argv[0]);
 150           return (1);
 151         }
 152         break;
 153       case O_NRAY:
 154         opt_nray = strtol(optarg, &endptr, 10);
 155         endstr = optarg + strlen(optarg);
 156         if (endptr != endstr) {
 157           cerr << "Error setting --nray to %s" << optarg << endl;
 158           phm2pj_usage(argv[0]);
 159           return (1);
 160         }
 161         break;
 162         case O_VERSION:
 163 #ifdef VERSION
 164           cout << "Version: " << VERSION << endl;
 165 #else
 166           cout << "Unknown version number" << endl;
 167 #endif
 168           return (0);
 169       case O_HELP:
 170       case '?':
 171         phm2pj_usage(argv[0]);
 172         return (0);
 173       default:
 174         phm2pj_usage(argv[0]);
 175         return (1);
 176       }
 177     }
 178
 179     if (optPhmName == "" && optPhmFileName == "") {
 180       cerr << "No phantom defined" << endl << endl;
 181       phm2pj_usage(argv[0]);
 182       return (1);
 183     }
 184     if (optind + 3 != argc) {
 185       phm2pj_usage(argv[0]);
 186       return (1);
 187     }
 188
 189     opt_outfile = argv[optind];
 190     opt_ndet = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 191     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 192     if (endptr != endstr) {
 193       cerr << "Error setting --ndet to " << argv[optind+1] << endl;
 194       phm2pj_usage(argv[0]);
 195       return (1);
 196     }
 197     opt_nview = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 198     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 199     if (endptr != endstr) {
 200       cerr << "Error setting --nview to " << argv[optind+2] << endl;
 201       phm2pj_usage(argv[0]);
 202       return (1);
 203     }
 204
 205     ostringstream desc;
 206     desc << "phm2pj: NDet=" << opt_ndet << ", Nview=" << opt_nview << ", NRay=" << opt_nray << ", RotAngle=" << opt_rotangle << ", ";
 207     if (optPhmFileName.length()) {
 208       desc << "PhantomFile=" << optPhmFileName;
 209     } else if (optPhmName != "") {
 210       desc << "Phantom=" << optPhmName;
 211     }
 212     if (opt_desc.length()) {
 213       desc << ": " << opt_desc;
 214     }
 215     opt_desc = desc.str();
 216
 217     if (optPhmName != "") {
 218       phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 219       if (phm.fail()) {
 220         cout << phm.failMessage() << endl << endl;
 221         phm2pj_usage(argv[0]);
 222         return (1);
 223       }
 224     }
 225
 226     if (optPhmFileName != "") {
 227 #ifdef HAVE_MPI
 228       cerr << "Can not read phantom from file in MPI mode" << endl;
 229       return (1);
 230 #endif
 231       phm.createFromFile (optPhmFileName.c_str());
 232     }
 233
 234 #ifdef HAVE_MPI
 235   }
 236 #endif
 237
 238 #ifdef HAVE_MPI
 239   TimerCollectiveMPI timerBcast(mpiWorld.getComm());
 240   mpiWorld.BcastString (optPhmName);
 241   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_rotangle, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 242   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nview, 1, MPI::INT, 0);
 243   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 244   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nray, 1, MPI::INT, 0);
 245   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 246   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 247   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 248   timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 249
 250   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmName != "")
 251     phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 252 #endif
 253
 254   opt_rotangle *= PI;
 255   Scanner scanner (phm, optGeometryName.c_str(), opt_ndet, opt_nview, opt_nray, opt_rotangle);
 256   if (scanner.fail()) {
 257     cout << "Scanner Creation Error: " << scanner.failMessage() << endl;
 258     return (1);
 259   }
 260 #ifdef HAVE_MPI
 261   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nview);
 262
 263   Projections pjGlobal;
 264   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 265     pjGlobal.initFromScanner (scanner);
 266
 267   if (opt_verbose)
 268     pjGlobal.printScanInfo();
 269
 270   Projections pjLocal (scanner);
 271   pjLocal.setNView (mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 272
 273   if (opt_debug)
 274     cout << "pjLocal->nview = " << pjLocal.nView() << " (process " << mpiWorld.getRank() << ")" << endl;;
 275
 276   TimerCollectiveMPI timerProject (mpiWorld.getComm());
 277   scanner.collectProjections (pjLocal, phm, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), opt_trace);
 278   if (opt_verbose)
 279     timerProject.timerEndAndReport ("Time to collect projections");
 280
 281   TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 282   GatherProjectionsMPI (mpiWorld, pjGlobal, pjLocal, opt_debug);
 283   if (opt_verbose)
 284      timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather projections");
 285
 286 #else
 287   Projections pjGlobal (scanner);
 288
 289   SGPDriver* pSGPDriver = NULL;
 290   SGP* pSGP = NULL;
 291
 292   if (opt_trace >= TRACE_PHM) {
 293     pSGPDriver = new SGPDriver ("phm2pj", 600, 600);
 294     pSGP = new SGP (*pSGPDriver);
 295   }
 296
 297   scanner.collectProjections (pjGlobal, phm, 0, opt_trace, pSGP);
 298
 299   if (opt_trace >= TRACE_PHM) {
 300     cout << "Press enter to continue\n";
 301     cio_kb_getc();
 302     delete pSGP;  pSGP = NULL;
 303     delete pSGPDriver;  pSGPDriver = NULL;
 304   }
 305
 306 #endif
 307
 308 #ifdef HAVE_MPI
 309   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 310 #endif
 311     {
 312       pjGlobal.setCalcTime (timerProgram.timerEnd());
 313       pjGlobal.setRemark (opt_desc);
 314       pjGlobal.write (opt_outfile);
 315       if (opt_verbose) {
 316         phm.print();
 317         cout << endl;
 318         pjGlobal.printScanInfo();
 319         cout << endl;
 320         cout << "  Remark: " << pjGlobal.remark() << endl;
 321         cout << "Run time: " << pjGlobal.calcTime() << " seconds" << endl;
 322       }
 323     }
 324
 325   return (0);
 326 }
 327
 328
 329 /* FUNCTION
 330  *    GatherProjectionsMPI
 331  *
 332  * SYNOPSIS
 333  *    Gather's raysums from all processes in pjLocal in pjGlobal in process 0
 334  */
 335
 336 #ifdef HAVE_MPI
 337 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug)
 338 {
 339   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 340     DetectorArray& detArray = pjLocal.getDetectorArray(iw);
 341     double viewAngle = detArray.viewAngle();
 342     int nDet = detArray.nDet();
 343     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 344
 345     mpiWorld.getComm().Send(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0);
 346     mpiWorld.getComm().Send(&nDet, 1, MPI::INT, 0, 0);
 347     mpiWorld.getComm().Send(detval, nDet, MPI::FLOAT, 0, 0);
 348   }
 349
 350   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 351     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 352       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 353         MPI::Status status;
 354         double viewAngle;
 355         int nDet;
 356         DetectorArray& detArray = pjGlobal.getDetectorArray(iw);
 357         DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 358
 359         mpiWorld.getComm().Recv(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0, status);
 360         mpiWorld.getComm().Recv(&nDet, 1, MPI::INT, iProc, 0, status);
 361         mpiWorld.getComm().Recv(detval, nDet, MPI::FLOAT, iProc, 0, status);
 362         detArray.setViewAngle (viewAngle);
 363       }
 364     }
 365   }
 366 }
 367 #endif
 368
 369
 370 #ifndef NO_MAIN
 371 int
 372 main (int argc, char* argv[])
 373 {
 374   int retval = 1;
 375
 376   try {
 377     retval = phm2pj_main(argc, argv);
 378 #if HAVE_DMALLOC
 379     //    dmalloc_shutdown();
 380 #endif
 381   } catch (exception e) {
 382     cerr << "Exception: " << e.what() << endl;
 383   } catch (...) {
 384     cerr << "Unknown exception" << endl;
 385   }
 386
 387   return (retval);
 388 }
 389 #endif
 390