| 1 | /* | 
|---|
| 2 | *   ORXONOX - the hottest 3D action shooter ever to exist | 
|---|
| 3 | *                    > www.orxonox.net < | 
|---|
| 4 | * | 
|---|
| 5 | * | 
|---|
| 6 | *   License notice: | 
|---|
| 7 | * | 
|---|
| 8 | *   This program is free software; you can redistribute it and/or | 
|---|
| 9 | *   modify it under the terms of the GNU General Public License | 
|---|
| 10 | *   as published by the Free Software Foundation; either version 2 | 
|---|
| 11 | *   of the License, or (at your option) any later version. | 
|---|
| 12 | * | 
|---|
| 13 | *   This program is distributed in the hope that it will be useful, | 
|---|
| 14 | *   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of | 
|---|
| 15 | *   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the | 
|---|
| 16 | *   GNU General Public License for more details. | 
|---|
| 17 | * | 
|---|
| 18 | *   You should have received a copy of the GNU General Public License | 
|---|
| 19 | *   along with this program; if not, write to the Free Software | 
|---|
| 20 | *   Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA. | 
|---|
| 21 | * | 
|---|
| 22 | *   Author: | 
|---|
| 23 | *      Fabian 'x3n' Landau | 
|---|
| 24 | *   Co-authors: | 
|---|
| 25 | *      Wolfgang Roenninger | 
|---|
| 26 | * | 
|---|
| 27 | */ | 
|---|
| 28 |  | 
|---|
| 29 | /** | 
|---|
| 30 | @defgroup Math Mathematical functions | 
|---|
| 31 | @ingroup Util | 
|---|
| 32 | */ | 
|---|
| 33 |  | 
|---|
| 34 | /** | 
|---|
| 35 | @file | 
|---|
| 36 | @ingroup Math | 
|---|
| 37 | @brief Declaration and implementation of several math-functions, typedefs of some Ogre::Math classes to the orxonox namespace. | 
|---|
| 38 | */ | 
|---|
| 39 |  | 
|---|
| 40 | #ifndef _Util_Math_H__ | 
|---|
| 41 | #define _Util_Math_H__ | 
|---|
| 42 |  | 
|---|
| 43 | #include "UtilPrereqs.h" | 
|---|
| 44 |  | 
|---|
| 45 | #include <string> | 
|---|
| 46 | #include <cmath> | 
|---|
| 47 | #include <cstdlib> | 
|---|
| 48 | #include <random> | 
|---|
| 49 | #include <type_traits> | 
|---|
| 50 |  | 
|---|
| 51 | #include <OgreMath.h> | 
|---|
| 52 | #include <OgreVector2.h> | 
|---|
| 53 | #include <OgreVector3.h> | 
|---|
| 54 | #include <OgreVector4.h> | 
|---|
| 55 | #include <OgreQuaternion.h> | 
|---|
| 56 | #include <OgreColourValue.h> | 
|---|
| 57 |  | 
|---|
| 58 | // Certain headers might define unwanted macros... | 
|---|
| 59 | #undef max | 
|---|
| 60 | #undef min | 
|---|
| 61 | #undef sgn | 
|---|
| 62 | #undef clamp | 
|---|
| 63 | #undef sqrt | 
|---|
| 64 | #undef square | 
|---|
| 65 | #undef mod | 
|---|
| 66 | #undef rnd | 
|---|
| 67 |  | 
|---|
| 68 | namespace orxonox | 
|---|
| 69 | { | 
|---|
| 70 | /** Often used numerical constants because C++ doesn't define any. | 
|---|
| 71 | @note | 
|---|
| 72 | The values here are decimal representations of the approximate floating | 
|---|
| 73 | point value as it is stored according to the IEEE 754 standard. | 
|---|
| 74 | */ | 
|---|
| 75 | namespace math | 
|---|
| 76 | { | 
|---|
| 77 | constexpr float twoPi   = 6.283185482025146484375f;     ///< PI * 2 | 
|---|
| 78 | constexpr float pi      = 3.1415927410125732421875f;    ///< PI | 
|---|
| 79 | constexpr float pi_2    = 1.57079637050628662109375f;   ///< PI / 2 | 
|---|
| 80 | constexpr float pi_4    = 0.785398185253143310546875f;  ///< PI / 4 | 
|---|
| 81 | constexpr float e       = 2.718281269073486328125f;     ///< e | 
|---|
| 82 | constexpr float sqrt2   = 1.41421353816986083984375f;   ///< sqrt(2) | 
|---|
| 83 | constexpr float sqrt2_2 = 0.707106769084930419921875f;  ///< sqrt(2) / 2 | 
|---|
| 84 | } | 
|---|
| 85 |  | 
|---|
| 86 | #if OGRE_VERSION < 0x010603 | 
|---|
| 87 | _UtilExport std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const orxonox::Radian& radian); | 
|---|
| 88 | _UtilExport std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const orxonox::Degree& degree); | 
|---|
| 89 | #endif | 
|---|
| 90 | _UtilExport std::istream& operator>>(std::istream& in, orxonox::Radian& radian); | 
|---|
| 91 | _UtilExport std::istream& operator>>(std::istream& in, orxonox::Degree& degree); | 
|---|
| 92 |  | 
|---|
| 93 | _UtilExport float getAngle(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& otherposition); | 
|---|
| 94 | _UtilExport orxonox::Vector2 get2DViewdirection(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& otherposition); | 
|---|
| 95 | _UtilExport orxonox::Vector2 get2DViewCoordinates(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& otherposition); | 
|---|
| 96 | _UtilExport orxonox::Vector2 get3DProjection(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& otherposition, const float mapangle, const float detectionlimit); | 
|---|
| 97 | _UtilExport bool isObjectHigherThanShipOnMap(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& otherposition, const float mapangle); | 
|---|
| 98 | _UtilExport int determineMap3DZOrder(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& otherposition, const float detectionlimit); | 
|---|
| 99 | _UtilExport orxonox::Vector3 getTransformedVector(const orxonox::Vector3& distance, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& myside); | 
|---|
| 100 | _UtilExport orxonox::Vector3 getPredictedPosition(const orxonox::Vector3& myposition, float projectilespeed, const orxonox::Vector3& targetposition, const orxonox::Vector3& targetvelocity); | 
|---|
| 101 |  | 
|---|
| 102 | /** | 
|---|
| 103 | @brief Returns the sign of the given value. | 
|---|
| 104 | @param x The value | 
|---|
| 105 | @return 1 if the value is positive or zero, -1 if the value is negative | 
|---|
| 106 | */ | 
|---|
| 107 | template <typename T> | 
|---|
| 108 | constexpr inline T sgn(T x) | 
|---|
| 109 | { | 
|---|
| 110 | return (x >= 0) ? (T)1 : (T)-1; | 
|---|
| 111 | } | 
|---|
| 112 |  | 
|---|
| 113 | /** | 
|---|
| 114 | @brief Keeps a value between a lower and an upper limit. Values beyond these limits are limited to either @a min or @a max. | 
|---|
| 115 | @param x The value | 
|---|
| 116 | @param min The lower limit | 
|---|
| 117 | @param max The upper limit | 
|---|
| 118 | */ | 
|---|
| 119 | template <typename T> | 
|---|
| 120 | constexpr inline T clamp(T x, T min, T max) | 
|---|
| 121 | { | 
|---|
| 122 | return x < min ? min : (x > max ? max : x); | 
|---|
| 123 | } | 
|---|
| 124 |  | 
|---|
| 125 | /** | 
|---|
| 126 | @brief Returns the squared value (x^2). | 
|---|
| 127 | */ | 
|---|
| 128 | template <typename T> | 
|---|
| 129 | constexpr inline T square(T x) | 
|---|
| 130 | { | 
|---|
| 131 | return x*x; | 
|---|
| 132 | } | 
|---|
| 133 |  | 
|---|
| 134 | /** | 
|---|
| 135 | @brief Returns the cubed value (x^3). | 
|---|
| 136 | */ | 
|---|
| 137 | template <typename T> | 
|---|
| 138 | constexpr inline T cube(T x) | 
|---|
| 139 | { | 
|---|
| 140 | return x*x*x; | 
|---|
| 141 | } | 
|---|
| 142 |  | 
|---|
| 143 | /** | 
|---|
| 144 | @brief The modulo operation, enhanced to work properly with negative values. | 
|---|
| 145 | @param x The value | 
|---|
| 146 | @param max The operand | 
|---|
| 147 |  | 
|---|
| 148 | The built in modulo operator % yields a strange behavior with negative values. | 
|---|
| 149 | This function corrects this - the result is guaranteed to lie always between | 
|---|
| 150 | zero and (max-1). | 
|---|
| 151 |  | 
|---|
| 152 | Example: | 
|---|
| 153 | @code | 
|---|
| 154 | int var = 11 % 10;      //  1 | 
|---|
| 155 | int var = -1 % 10;      // -1 | 
|---|
| 156 |  | 
|---|
| 157 | int var = mod(11, 10);  //  1 | 
|---|
| 158 | int var = mod(-1, 10);  //  9 | 
|---|
| 159 | @endcode | 
|---|
| 160 | */ | 
|---|
| 161 | template <typename T> | 
|---|
| 162 | inline int mod(T x, int max) | 
|---|
| 163 | { | 
|---|
| 164 | if (x >= 0) | 
|---|
| 165 | return (x % max); | 
|---|
| 166 | else | 
|---|
| 167 | { | 
|---|
| 168 | T temp = x % max; | 
|---|
| 169 | return (temp < 0) ? (temp + max) : temp; | 
|---|
| 170 | } | 
|---|
| 171 | } | 
|---|
| 172 |  | 
|---|
| 173 | /** | 
|---|
| 174 | @brief Returns a "zero" value for the given type. | 
|---|
| 175 | @note This is the default template of the zeroise() function. The template is spezialized for each supported type. | 
|---|
| 176 |  | 
|---|
| 177 | The exact return value of the function depends on the type. For @c int this is 0, | 
|---|
| 178 | for @c float it's 0.0f. For a @c std::string the function returns "" and for | 
|---|
| 179 | @c Vector3 you get <tt>Vector3(0, 0, 0)</tt>. | 
|---|
| 180 | */ | 
|---|
| 181 | template <typename T> /* for normal classes */ typename std::enable_if<!std::is_enum<T>::value, T>::type | 
|---|
| 182 | inline /*T*/ zeroise() | 
|---|
| 183 | { | 
|---|
| 184 | // If you reach this code, you abused zeroise()! | 
|---|
| 185 | static_assert(sizeof(T) != sizeof(T), "No template specialization available for T"); | 
|---|
| 186 | } | 
|---|
| 187 | /// Implementation for enum classes: uses the underlying type to create a zero value. | 
|---|
| 188 | template <typename T> /* for enum classes */ typename std::enable_if<std::is_enum<T>::value, T>::type | 
|---|
| 189 | inline /*T*/ zeroise() | 
|---|
| 190 | { | 
|---|
| 191 | return static_cast<T>(zeroise<typename std::underlying_type<T>::type>()); | 
|---|
| 192 | } | 
|---|
| 193 |  | 
|---|
| 194 | template <> inline char                 zeroise<char>()                 { return 0; } | 
|---|
| 195 | template <> inline unsigned char        zeroise<unsigned char>()        { return 0; } | 
|---|
| 196 | template <> inline short                zeroise<short>()                { return 0; } | 
|---|
| 197 | template <> inline unsigned short       zeroise<unsigned short>()       { return 0; } | 
|---|
| 198 | template <> inline int                  zeroise<int>()                  { return 0; } | 
|---|
| 199 | template <> inline unsigned int         zeroise<unsigned int>()         { return 0; } | 
|---|
| 200 | template <> inline long                 zeroise<long>()                 { return 0; } | 
|---|
| 201 | template <> inline unsigned long        zeroise<unsigned long>()        { return 0; } | 
|---|
| 202 | template <> inline long long            zeroise<long long>()            { return 0; } | 
|---|
| 203 | template <> inline unsigned long long   zeroise<unsigned long long>()   { return 0; } | 
|---|
| 204 | template <> inline float                zeroise<float>()                { return 0; } | 
|---|
| 205 | template <> inline double               zeroise<double>()               { return 0; } | 
|---|
| 206 | template <> inline long double          zeroise<long double>()          { return 0; } | 
|---|
| 207 | template <> inline bool                 zeroise<bool>()                 { return 0; } | 
|---|
| 208 | template <> inline void*                zeroise<void*>()                { return nullptr; } | 
|---|
| 209 | template <> inline std::string          zeroise<std::string>()          { return std::string(); } | 
|---|
| 210 | template <> inline orxonox::Radian      zeroise<orxonox::Radian>()      { return orxonox::Radian(0.0f); } | 
|---|
| 211 | template <> inline orxonox::Degree      zeroise<orxonox::Degree>()      { return orxonox::Degree(0.0f); } | 
|---|
| 212 | template <> inline orxonox::Vector2     zeroise<orxonox::Vector2>()     { return orxonox::Vector2    (0, 0)      ; } | 
|---|
| 213 | template <> inline orxonox::Vector3     zeroise<orxonox::Vector3>()     { return orxonox::Vector3    (0, 0, 0)   ; } | 
|---|
| 214 | template <> inline orxonox::Vector4     zeroise<orxonox::Vector4>()     { return orxonox::Vector4    (0, 0, 0, 0); } | 
|---|
| 215 | template <> inline orxonox::ColourValue zeroise<orxonox::ColourValue>() { return orxonox::ColourValue(0, 0, 0, 0); } | 
|---|
| 216 | template <> inline orxonox::Quaternion  zeroise<orxonox::Quaternion>()  { return orxonox::Quaternion (0, 0, 0, 0); } | 
|---|
| 217 |  | 
|---|
| 218 | /** | 
|---|
| 219 | @brief Provides zero value symbols that can be returned as reference | 
|---|
| 220 | @see zeroise() | 
|---|
| 221 | */ | 
|---|
| 222 | template <typename T> | 
|---|
| 223 | struct NilValue | 
|---|
| 224 | { | 
|---|
| 225 | inline operator const T&() const | 
|---|
| 226 | { | 
|---|
| 227 | return value; | 
|---|
| 228 | } | 
|---|
| 229 | static T value; | 
|---|
| 230 | }; | 
|---|
| 231 | template <typename T> | 
|---|
| 232 | T NilValue<T>::value = zeroise<T>(); | 
|---|
| 233 |  | 
|---|
| 234 | /** | 
|---|
| 235 | @brief Interpolates between two values for a time between 0 and 1. | 
|---|
| 236 | @param time The time is a value between 0 and 1 - the function returns @a start if @a time is 0, @a end if @a time is 1, and interpolates if @a time is between 0 and 1. | 
|---|
| 237 | @param start The value at @a time = 0 | 
|---|
| 238 | @param end The value at @a time = 1 | 
|---|
| 239 | @return The interpolated value at a given time | 
|---|
| 240 | */ | 
|---|
| 241 | template <typename T> | 
|---|
| 242 | inline T interpolate(float time, const T& start, const T& end) | 
|---|
| 243 | { | 
|---|
| 244 | return static_cast<T>(time * (end - start) + start); | 
|---|
| 245 | } | 
|---|
| 246 |  | 
|---|
| 247 | /** | 
|---|
| 248 | @brief Interpolates smoothly between two values for a time between 0 and 1. The function starts slowly, increases faster and stops slowly again. | 
|---|
| 249 | @param time The time is a value between 0 and 1 - the function returns @a start if @a time is 0, @a end if @a time is 1, and interpolates if @a time is between 0 and 1. | 
|---|
| 250 | @param start The value at @a time = 0 | 
|---|
| 251 | @param end The value at @a time = 1 | 
|---|
| 252 | @return The interpolated value at a given time | 
|---|
| 253 | */ | 
|---|
| 254 | template <typename T> | 
|---|
| 255 | inline T interpolateSmooth(float time, const T& start, const T& end) | 
|---|
| 256 | { | 
|---|
| 257 | return static_cast<T>((-2 * (end - start) * cube(time)) + (3 * (end - start) * square(time)) + start); | 
|---|
| 258 | } | 
|---|
| 259 |  | 
|---|
| 260 | namespace detail | 
|---|
| 261 | { | 
|---|
| 262 | /** | 
|---|
| 263 | Random number generator used for the functions below. Marked extern to only have one global instance. | 
|---|
| 264 | */ | 
|---|
| 265 | _UtilExport extern std::mt19937 rngen; | 
|---|
| 266 | } | 
|---|
| 267 |  | 
|---|
| 268 | /** | 
|---|
| 269 | @brief Seeds the random number generator used for the functions below. | 
|---|
| 270 | */ | 
|---|
| 271 | inline void rndseed(unsigned int seed) | 
|---|
| 272 | { | 
|---|
| 273 | detail::rngen.seed(seed); | 
|---|
| 274 | } | 
|---|
| 275 |  | 
|---|
| 276 | /** | 
|---|
| 277 | @brief Returns a random number between @a min and almost @a max: <tt>min <= rnd < max</tt>. | 
|---|
| 278 | @param min The minimum | 
|---|
| 279 | @param max The maximum | 
|---|
| 280 | */ | 
|---|
| 281 | inline float rnd(float min, float max) | 
|---|
| 282 | { | 
|---|
| 283 | std::uniform_real_distribution<float> dist(min, max); | 
|---|
| 284 | return dist(detail::rngen); | 
|---|
| 285 | } | 
|---|
| 286 |  | 
|---|
| 287 | /** | 
|---|
| 288 | @brief Returns a random number between 0 and almost 1: <tt>0 <= rnd < 1</tt>. | 
|---|
| 289 | */ | 
|---|
| 290 | inline float rnd() | 
|---|
| 291 | { | 
|---|
| 292 | return rnd(0, 1); | 
|---|
| 293 | } | 
|---|
| 294 |  | 
|---|
| 295 | /** | 
|---|
| 296 | @brief Returns a random number between 0 and almost @a max: <tt>0 <= rnd < max</tt>. | 
|---|
| 297 | @param max The maximum | 
|---|
| 298 | */ | 
|---|
| 299 | inline float rnd(float max) | 
|---|
| 300 | { | 
|---|
| 301 | return rnd(0, max); | 
|---|
| 302 | } | 
|---|
| 303 |  | 
|---|
| 304 | /** | 
|---|
| 305 | @brief Returns randomly 1 or -1 with equal probability. | 
|---|
| 306 | */ | 
|---|
| 307 | inline float rndsgn() | 
|---|
| 308 | { | 
|---|
| 309 | std::uniform_int_distribution<> dist; | 
|---|
| 310 | return static_cast<float>((dist(detail::rngen) & 0x2) - 1); // dist(...) & 0x2 is either 2 or 0 | 
|---|
| 311 | } | 
|---|
| 312 |  | 
|---|
| 313 | _UtilExport unsigned long getUniqueNumber(); | 
|---|
| 314 | } | 
|---|
| 315 |  | 
|---|
| 316 | #endif /* _Util_Math_H__ */ | 
|---|