| 1 | /* | 
|---|
| 2 |  *   ORXONOX - the hottest 3D action shooter ever to exist | 
|---|
| 3 |  *                    > www.orxonox.net < | 
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| 4 |  * | 
|---|
| 5 |  * | 
|---|
| 6 |  *   License notice: | 
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| 7 |  * | 
|---|
| 8 |  *   This program is free software; you can redistribute it and/or | 
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| 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. | 
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| 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 | 
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| 24 |  *   Co-authors: | 
|---|
| 25 |  *      ... | 
|---|
| 26 |  * | 
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| 27 |  */ | 
|---|
| 28 |  | 
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| 29 | /** | 
|---|
| 30 |     @file | 
|---|
| 31 |     @brief Implementation of several math-functions. | 
|---|
| 32 | */ | 
|---|
| 33 |  | 
|---|
| 34 | #include "Math.h" | 
|---|
| 35 |  | 
|---|
| 36 | #include <OgrePlane.h> | 
|---|
| 37 |  | 
|---|
| 38 | #include "MathConvert.h" | 
|---|
| 39 | #include "SubString.h" | 
|---|
| 40 | // Do not remove this include, it avoids linker errors. | 
|---|
| 41 | #include "mbool.h" | 
|---|
| 42 |  | 
|---|
| 43 | namespace orxonox | 
|---|
| 44 | { | 
|---|
| 45 |     /** | 
|---|
| 46 |         @brief Function for writing a Radian to a stream. | 
|---|
| 47 |     */ | 
|---|
| 48 |     std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const orxonox::Radian& radian) | 
|---|
| 49 |     { | 
|---|
| 50 |         out << radian.valueRadians(); | 
|---|
| 51 |         return out; | 
|---|
| 52 |     } | 
|---|
| 53 |  | 
|---|
| 54 |     /** | 
|---|
| 55 |         @brief Function for reading a Radian from a stream. | 
|---|
| 56 |     */ | 
|---|
| 57 |     std::istream& operator>>(std::istream& in, orxonox::Radian& radian) | 
|---|
| 58 |     { | 
|---|
| 59 |         float temp; | 
|---|
| 60 |         in >> temp; | 
|---|
| 61 |         radian = temp; | 
|---|
| 62 |         return in; | 
|---|
| 63 |     } | 
|---|
| 64 |  | 
|---|
| 65 |     /** | 
|---|
| 66 |         @brief Function for writing a Degree to a stream. | 
|---|
| 67 |     */ | 
|---|
| 68 |     std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const orxonox::Degree& degree) | 
|---|
| 69 |     { | 
|---|
| 70 |         out << degree.valueDegrees(); | 
|---|
| 71 |         return out; | 
|---|
| 72 |     } | 
|---|
| 73 |  | 
|---|
| 74 |     /** | 
|---|
| 75 |         @brief Function for reading a Degree from a stream. | 
|---|
| 76 |     */ | 
|---|
| 77 |     std::istream& operator>>(std::istream& in, orxonox::Degree& degree) | 
|---|
| 78 |     { | 
|---|
| 79 |         float temp; | 
|---|
| 80 |         in >> temp; | 
|---|
| 81 |         degree = temp; | 
|---|
| 82 |         return in; | 
|---|
| 83 |     } | 
|---|
| 84 |  | 
|---|
| 85 |  | 
|---|
| 86 |     /** | 
|---|
| 87 |         @brief Gets the angle between my viewing direction and the direction to the position of the other object. | 
|---|
| 88 |         @param myposition My position | 
|---|
| 89 |         @param mydirection My viewing direction | 
|---|
| 90 |         @param otherposition The position of the other object | 
|---|
| 91 |         @return The angle | 
|---|
| 92 |  | 
|---|
| 93 |         @example | 
|---|
| 94 |         If the other object is exactly in front of me, the function returns 0. | 
|---|
| 95 |         If the other object is exactly behind me, the function returns pi. | 
|---|
| 96 |         If the other object is exactly right/left to me (or above/below), the function returns pi/2. | 
|---|
| 97 |     */ | 
|---|
| 98 |     float getAngle(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& otherposition) | 
|---|
| 99 |     { | 
|---|
| 100 |         orxonox::Vector3 distance = otherposition - myposition; | 
|---|
| 101 |         float distancelength = distance.length(); | 
|---|
| 102 |         if (distancelength == 0) | 
|---|
| 103 |             return 0; | 
|---|
| 104 |         else | 
|---|
| 105 |             return acos(clamp<float>(mydirection.dotProduct(distance) / distancelength, -1, 1)); | 
|---|
| 106 |     } | 
|---|
| 107 |  | 
|---|
| 108 |     /** | 
|---|
| 109 |         @brief Gets the 2D viewing direction (up/down, left/right) to the position of the other object. | 
|---|
| 110 |         @param myposition My position | 
|---|
| 111 |         @param mydirection My viewing direction | 
|---|
| 112 |         @param myorthonormal My orthonormalvector (pointing upwards through my head) | 
|---|
| 113 |         @param otherposition The position of the other object | 
|---|
| 114 |         @return The viewing direction | 
|---|
| 115 |  | 
|---|
| 116 |         @example | 
|---|
| 117 |         If the other object is exactly in front of me, the function returns Vector2(0, 0). | 
|---|
| 118 |         If the other object is exactly at my left, the function returns Vector2(-1, 0). | 
|---|
| 119 |         If the other object is exactly at my right, the function returns Vector2(1, 0). | 
|---|
| 120 |         If the other object is only a bit at my right, the function still returns Vector2(1, 0). | 
|---|
| 121 |         If the other object is exactly above me, the function returns Vector2(0, 1). | 
|---|
| 122 |     */ | 
|---|
| 123 |     orxonox::Vector2 get2DViewdirection(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& otherposition) | 
|---|
| 124 |     { | 
|---|
| 125 |         orxonox::Vector3 distance = otherposition - myposition; | 
|---|
| 126 |  | 
|---|
| 127 |         // project difference vector on our plane | 
|---|
| 128 |         orxonox::Vector3 projection = Ogre::Plane(mydirection, myposition).projectVector(distance); | 
|---|
| 129 |  | 
|---|
| 130 |         float projectionlength = projection.length(); | 
|---|
| 131 |         if (projectionlength == 0) | 
|---|
| 132 |         { | 
|---|
| 133 |             if (myposition.dotProduct(otherposition) >= 0) | 
|---|
| 134 |                 return orxonox::Vector2(0, 0); | 
|---|
| 135 |             else | 
|---|
| 136 |                 return orxonox::Vector2(0, 1); | 
|---|
| 137 |         } | 
|---|
| 138 |          | 
|---|
| 139 |         float cos_value = clamp<float>(myorthonormal.dotProduct(projection) / projectionlength, -1, 1); | 
|---|
| 140 |         float sin_value = sqrt( 1 - cos_value*cos_value ); | 
|---|
| 141 |          | 
|---|
| 142 |         if ((mydirection.crossProduct(myorthonormal)).dotProduct(distance) > 0) | 
|---|
| 143 |             return orxonox::Vector2( sin_value, cos_value ); | 
|---|
| 144 |         else | 
|---|
| 145 |             return orxonox::Vector2( -sin_value, cos_value ); | 
|---|
| 146 |     } | 
|---|
| 147 |  | 
|---|
| 148 |     /** | 
|---|
| 149 |         @brief Gets the 2D viewing direction (up/down, left/right) to the position of the other object, multiplied with the viewing distance to the object (0° = 0, 180° = 1). | 
|---|
| 150 |         @param myposition My position | 
|---|
| 151 |         @param mydirection My viewing direction | 
|---|
| 152 |         @param myorthonormal My orthonormalvector (pointing upwards through my head) | 
|---|
| 153 |         @param otherposition The position of the other object | 
|---|
| 154 |         @return The viewing direction | 
|---|
| 155 |  | 
|---|
| 156 |         @example | 
|---|
| 157 |         If the other object is exactly in front of me, the function returns Vector2(0, 0). | 
|---|
| 158 |         If the other object is exactly at my left, the function returns Vector2(-0.5, 0). | 
|---|
| 159 |         If the other object is exactly at my right, the function returns Vector2(0.5, 0). | 
|---|
| 160 |         If the other object is only a bit at my right, the function still returns Vector2(0.01, 0). | 
|---|
| 161 |         If the other object is exactly above me, the function returns Vector2(0, 0.5). | 
|---|
| 162 |     */ | 
|---|
| 163 |     orxonox::Vector2 get2DViewcoordinates(const orxonox::Vector3& myposition, const orxonox::Vector3& mydirection, const orxonox::Vector3& myorthonormal, const orxonox::Vector3& otherposition) | 
|---|
| 164 |     { | 
|---|
| 165 |         orxonox::Vector3 distance = otherposition - myposition; | 
|---|
| 166 |  | 
|---|
| 167 |         // project difference vector on our plane | 
|---|
| 168 |         orxonox::Vector3 projection = Ogre::Plane(mydirection, myposition).projectVector(distance); | 
|---|
| 169 |  | 
|---|
| 170 |         float projectionlength = projection.length(); | 
|---|
| 171 |         if (projectionlength == 0) | 
|---|
| 172 |         { | 
|---|
| 173 |             if (myposition.dotProduct(otherposition) >= 0) | 
|---|
| 174 |                 return orxonox::Vector2(0, 0); | 
|---|
| 175 |             else | 
|---|
| 176 |                 return orxonox::Vector2(0, 1); | 
|---|
| 177 |         } | 
|---|
| 178 |         //float angle = acos(clamp<float>(myorthonormal.dotProduct(projection) / projectionlength, -1, 1)); | 
|---|
| 179 |          | 
|---|
| 180 |         float cos_value = clamp<float>(myorthonormal.dotProduct(projection) / projectionlength, -1, 1); | 
|---|
| 181 |         float sin_value = sqrt( 1 - cos_value*cos_value ); | 
|---|
| 182 |  | 
|---|
| 183 |         float distancelength = distance.length(); | 
|---|
| 184 |         if (distancelength == 0) return orxonox::Vector2(0, 0); | 
|---|
| 185 |         float radius = acos(clamp<float>(mydirection.dotProduct(distance) / distancelength, -1, 1)) / Ogre::Math::PI; | 
|---|
| 186 |  | 
|---|
| 187 |         if ((mydirection.crossProduct(myorthonormal)).dotProduct(distance) > 0) | 
|---|
| 188 |             return orxonox::Vector2( sin_value * radius, cos_value * radius); | 
|---|
| 189 |         else | 
|---|
| 190 |             return orxonox::Vector2( -sin_value * radius, cos_value * radius); | 
|---|
| 191 |     } | 
|---|
| 192 |  | 
|---|
| 193 |     /** | 
|---|
| 194 |         @brief Returns the predicted position I have to aim at, if I want to hit a moving target with a moving projectile. | 
|---|
| 195 |         @param myposition My position | 
|---|
| 196 |         @param projectilespeed The speed of my projectile | 
|---|
| 197 |         @param targetposition The position of my target | 
|---|
| 198 |         @param targetvelocity The velocity of my target | 
|---|
| 199 |         @return The predicted position | 
|---|
| 200 |  | 
|---|
| 201 |         The function predicts the position based on a linear velocity of the target. If the target changes speed or direction, the projectile will miss. | 
|---|
| 202 |     */ | 
|---|
| 203 |     orxonox::Vector3 getPredictedPosition(const orxonox::Vector3& myposition, float projectilespeed, const orxonox::Vector3& targetposition, const orxonox::Vector3& targetvelocity) | 
|---|
| 204 |     { | 
|---|
| 205 |         float squaredProjectilespeed = projectilespeed * projectilespeed; | 
|---|
| 206 |         orxonox::Vector3 distance = targetposition - myposition; | 
|---|
| 207 |         float a = distance.squaredLength(); | 
|---|
| 208 |         float b = 2 * (distance.x + distance.y + distance.z) * (targetvelocity.x + targetvelocity.y + targetvelocity.z); | 
|---|
| 209 |         float c = targetvelocity.squaredLength(); | 
|---|
| 210 |  | 
|---|
| 211 |         float temp = 4*squaredProjectilespeed*c + a*a - 4*b*c; | 
|---|
| 212 |         if (temp < 0) | 
|---|
| 213 |             return orxonox::Vector3::ZERO; | 
|---|
| 214 |  | 
|---|
| 215 |         temp = sqrt(temp); | 
|---|
| 216 |         float time = (temp + a) / (2 * (squaredProjectilespeed - b)); | 
|---|
| 217 |         return (targetposition + targetvelocity * time); | 
|---|
| 218 |     } | 
|---|
| 219 |  | 
|---|
| 220 |     unsigned long getUniqueNumber() | 
|---|
| 221 |     { | 
|---|
| 222 |         static unsigned long aNumber = 135; | 
|---|
| 223 |         return aNumber++; | 
|---|
| 224 |     } | 
|---|
| 225 |  | 
|---|
| 226 |  | 
|---|
| 227 |     ////////////////////////// | 
|---|
| 228 |     // Conversion functions // | 
|---|
| 229 |     ////////////////////////// | 
|---|
| 230 |  | 
|---|
| 231 |     // std::string to Vector2 | 
|---|
| 232 |     bool ConverterFallback<std::string, orxonox::Vector2>::convert(orxonox::Vector2* output, const std::string& input) | 
|---|
| 233 |     { | 
|---|
| 234 |         size_t opening_parenthesis, closing_parenthesis = input.find(')'); | 
|---|
| 235 |         if ((opening_parenthesis = input.find('(')) == std::string::npos) | 
|---|
| 236 |             opening_parenthesis = 0; | 
|---|
| 237 |         else | 
|---|
| 238 |             opening_parenthesis++; | 
|---|
| 239 |  | 
|---|
| 240 |         SubString tokens(input.substr(opening_parenthesis, closing_parenthesis - opening_parenthesis), | 
|---|
| 241 |                          ",", SubString::WhiteSpaces, false, '\\', true, '"', true, '\0', '\0', true, '\0'); | 
|---|
| 242 |         if (tokens.size() >= 2) | 
|---|
| 243 |         { | 
|---|
| 244 |             if (!convertValue(&(output->x), tokens[0])) | 
|---|
| 245 |                 return false; | 
|---|
| 246 |             if (!convertValue(&(output->y), tokens[1])) | 
|---|
| 247 |                 return false; | 
|---|
| 248 |  | 
|---|
| 249 |             return true; | 
|---|
| 250 |         } | 
|---|
| 251 |         return false; | 
|---|
| 252 |     } | 
|---|
| 253 |  | 
|---|
| 254 |     // std::string to Vector3 | 
|---|
| 255 |     bool ConverterFallback<std::string, orxonox::Vector3>::convert(orxonox::Vector3* output, const std::string& input) | 
|---|
| 256 |     { | 
|---|
| 257 |         size_t opening_parenthesis, closing_parenthesis = input.find(')'); | 
|---|
| 258 |         if ((opening_parenthesis = input.find('(')) == std::string::npos) | 
|---|
| 259 |             opening_parenthesis = 0; | 
|---|
| 260 |         else | 
|---|
| 261 |             opening_parenthesis++; | 
|---|
| 262 |  | 
|---|
| 263 |         SubString tokens(input.substr(opening_parenthesis, closing_parenthesis - opening_parenthesis), | 
|---|
| 264 |                          ",", SubString::WhiteSpaces, false, '\\', true, '"', true, '\0', '\0', true, '\0'); | 
|---|
| 265 |         if (tokens.size() >= 3) | 
|---|
| 266 |         { | 
|---|
| 267 |             if (!convertValue(&(output->x), tokens[0])) | 
|---|
| 268 |                 return false; | 
|---|
| 269 |             if (!convertValue(&(output->y), tokens[1])) | 
|---|
| 270 |                 return false; | 
|---|
| 271 |             if (!convertValue(&(output->z), tokens[2])) | 
|---|
| 272 |                 return false; | 
|---|
| 273 |  | 
|---|
| 274 |             return true; | 
|---|
| 275 |         } | 
|---|
| 276 |         return false; | 
|---|
| 277 |     } | 
|---|
| 278 |  | 
|---|
| 279 |     // std::string to Vector4 | 
|---|
| 280 |     bool ConverterFallback<std::string, orxonox::Vector4>::convert(orxonox::Vector4* output, const std::string& input) | 
|---|
| 281 |     { | 
|---|
| 282 |         size_t opening_parenthesis, closing_parenthesis = input.find(')'); | 
|---|
| 283 |         if ((opening_parenthesis = input.find('(')) == std::string::npos) | 
|---|
| 284 |             opening_parenthesis = 0; | 
|---|
| 285 |         else | 
|---|
| 286 |             opening_parenthesis++; | 
|---|
| 287 |  | 
|---|
| 288 |         SubString tokens(input.substr(opening_parenthesis, closing_parenthesis - opening_parenthesis), | 
|---|
| 289 |                          ",", SubString::WhiteSpaces, false, '\\', true, '"', true, '\0', '\0', true, '\0'); | 
|---|
| 290 |         if (tokens.size() >= 4) | 
|---|
| 291 |         { | 
|---|
| 292 |             if (!convertValue(&(output->x), tokens[0])) | 
|---|
| 293 |                 return false; | 
|---|
| 294 |             if (!convertValue(&(output->y), tokens[1])) | 
|---|
| 295 |                 return false; | 
|---|
| 296 |             if (!convertValue(&(output->z), tokens[2])) | 
|---|
| 297 |                 return false; | 
|---|
| 298 |             if (!convertValue(&(output->w), tokens[3])) | 
|---|
| 299 |                 return false; | 
|---|
| 300 |  | 
|---|
| 301 |             return true; | 
|---|
| 302 |         } | 
|---|
| 303 |         return false; | 
|---|
| 304 |     } | 
|---|
| 305 |  | 
|---|
| 306 |     // std::string to Quaternion | 
|---|
| 307 |     bool ConverterFallback<std::string, orxonox::Quaternion>::convert(orxonox::Quaternion* output, const std::string& input) | 
|---|
| 308 |     { | 
|---|
| 309 |         size_t opening_parenthesis, closing_parenthesis = input.find(')'); | 
|---|
| 310 |         if ((opening_parenthesis = input.find('(')) == std::string::npos) { opening_parenthesis = 0; } else { opening_parenthesis++; } | 
|---|
| 311 |  | 
|---|
| 312 |         SubString tokens(input.substr(opening_parenthesis, closing_parenthesis - opening_parenthesis), ",", SubString::WhiteSpaces, false, '\\', true, '"', true, '\0', '\0', true, '\0'); | 
|---|
| 313 |         if (tokens.size() >= 4) | 
|---|
| 314 |         { | 
|---|
| 315 |             if (!convertValue(&(output->w), tokens[0])) | 
|---|
| 316 |                 return false; | 
|---|
| 317 |             if (!convertValue(&(output->x), tokens[1])) | 
|---|
| 318 |                 return false; | 
|---|
| 319 |             if (!convertValue(&(output->y), tokens[2])) | 
|---|
| 320 |                 return false; | 
|---|
| 321 |             if (!convertValue(&(output->z), tokens[3])) | 
|---|
| 322 |                 return false; | 
|---|
| 323 |  | 
|---|
| 324 |             return true; | 
|---|
| 325 |         } | 
|---|
| 326 |         return false; | 
|---|
| 327 |     } | 
|---|
| 328 |  | 
|---|
| 329 |     // std::string to ColourValue | 
|---|
| 330 |     bool ConverterFallback<std::string, orxonox::ColourValue>::convert(orxonox::ColourValue* output, const std::string& input) | 
|---|
| 331 |     { | 
|---|
| 332 |         size_t opening_parenthesis, closing_parenthesis = input.find(')'); | 
|---|
| 333 |         if ((opening_parenthesis = input.find('(')) == std::string::npos) { opening_parenthesis = 0; } else { opening_parenthesis++; } | 
|---|
| 334 |  | 
|---|
| 335 |         SubString tokens(input.substr(opening_parenthesis, closing_parenthesis - opening_parenthesis), ",", SubString::WhiteSpaces, false, '\\', true, '"', true, '\0', '\0', true, '\0'); | 
|---|
| 336 |         if (tokens.size() >= 3) | 
|---|
| 337 |         { | 
|---|
| 338 |             if (!convertValue(&(output->r), tokens[0])) | 
|---|
| 339 |                 return false; | 
|---|
| 340 |             if (!convertValue(&(output->g), tokens[1])) | 
|---|
| 341 |                 return false; | 
|---|
| 342 |             if (!convertValue(&(output->b), tokens[2])) | 
|---|
| 343 |                 return false; | 
|---|
| 344 |             if (tokens.size() >= 4) | 
|---|
| 345 |             { | 
|---|
| 346 |                 if (!convertValue(&(output->a), tokens[3])) | 
|---|
| 347 |                     return false; | 
|---|
| 348 |             } | 
|---|
| 349 |             else | 
|---|
| 350 |                 output->a = 1.0; | 
|---|
| 351 |  | 
|---|
| 352 |             return true; | 
|---|
| 353 |         } | 
|---|
| 354 |         return false; | 
|---|
| 355 |     } | 
|---|
| 356 | } | 
|---|