| 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 | *      ... | 
|---|
| 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 |  | 
|---|
| 49 | #include <OgreMath.h> | 
|---|
| 50 | #include <OgreVector2.h> | 
|---|
| 51 | #include <OgreVector3.h> | 
|---|
| 52 | #include <OgreVector4.h> | 
|---|
| 53 | #include <OgreQuaternion.h> | 
|---|
| 54 | #include <OgreColourValue.h> | 
|---|
| 55 |  | 
|---|
| 56 | // Certain headers might define unwanted macros... | 
|---|
| 57 | #undef max | 
|---|
| 58 | #undef min | 
|---|
| 59 | #undef sgn | 
|---|
| 60 | #undef clamp | 
|---|
| 61 | #undef sqrt | 
|---|
| 62 | #undef square | 
|---|
| 63 | #undef mod | 
|---|
| 64 | #undef rnd | 
|---|
| 65 |  | 
|---|
| 66 | namespace orxonox | 
|---|
| 67 | { | 
|---|
| 68 | // C++ doesn't define any constants for pi, e, etc. | 
|---|
| 69 | namespace math | 
|---|
| 70 | { | 
|---|
| 71 | const float pi      = 3.14159265f;      ///< PI | 
|---|
| 72 | const float pi_2    = 1.57079633f;      ///< PI / 2 | 
|---|
| 73 | const float pi_4    = 7.85398163e-1f;   ///< PI / 4 | 
|---|
| 74 | const float e       = 2.71828183f;      ///< e | 
|---|
| 75 | const float sqrt2   = 1.41421356f;      ///< sqrt(2) | 
|---|
| 76 | const float sqrt2_2 = 7.07106781e-1f;   ///< sqrt(2) / 2 | 
|---|
| 77 |  | 
|---|
| 78 | const double pi_d      = 3.14159265358979324;       ///< PI (double) | 
|---|
| 79 | const double pi_2_d    = 1.57079632679489662;       ///< PI / 2 (double) | 
|---|
| 80 | const double pi_4_d    = 7.85398163397448310e-1;    ///< PI / 4 (double) | 
|---|
| 81 | const double e_d       = 2.71828182845904524;       ///< e (double) | 
|---|
| 82 | const double sqrt2_d   = 1.41421356237309505;       ///< sqrt(2) (double) | 
|---|
| 83 | const double sqrt2_2_d = 7.07106781186547524e-1;    ///< sqrt(2) / 2 (double) | 
|---|
| 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::Vector3 getPredictedPosition(const orxonox::Vector3& myposition, float projectilespeed, const orxonox::Vector3& targetposition, const orxonox::Vector3& targetvelocity); | 
|---|
| 97 |  | 
|---|
| 98 | /** | 
|---|
| 99 | @brief Returns the sign of the given value. | 
|---|
| 100 | @param x The value | 
|---|
| 101 | @return 1 if the value is positive or zero, -1 if the value is negative | 
|---|
| 102 | */ | 
|---|
| 103 | template <typename T> | 
|---|
| 104 | inline T sgn(T x) | 
|---|
| 105 | { | 
|---|
| 106 | return (x >= 0) ? (T)1 : (T)-1; | 
|---|
| 107 | } | 
|---|
| 108 |  | 
|---|
| 109 | /** | 
|---|
| 110 | @brief Keeps a value between a lower and an upper limit. Values beyond these limits are limited to either @a min or @a max. | 
|---|
| 111 | @param x The value | 
|---|
| 112 | @param min The lower limit | 
|---|
| 113 | @param max The upper limit | 
|---|
| 114 | */ | 
|---|
| 115 | template <typename T> | 
|---|
| 116 | inline T clamp(T x, T min, T max) | 
|---|
| 117 | { | 
|---|
| 118 | if (x < min) | 
|---|
| 119 | return min; | 
|---|
| 120 |  | 
|---|
| 121 | if (x > max) | 
|---|
| 122 | return max; | 
|---|
| 123 |  | 
|---|
| 124 | return x; | 
|---|
| 125 | } | 
|---|
| 126 |  | 
|---|
| 127 | /** | 
|---|
| 128 | @brief Returns the squared value (x^2). | 
|---|
| 129 | */ | 
|---|
| 130 | template <typename T> | 
|---|
| 131 | inline T square(T x) | 
|---|
| 132 | { | 
|---|
| 133 | return x*x; | 
|---|
| 134 | } | 
|---|
| 135 |  | 
|---|
| 136 | /** | 
|---|
| 137 | @brief Returns the cubed value (x^3). | 
|---|
| 138 | */ | 
|---|
| 139 | template <typename T> | 
|---|
| 140 | inline T cube(T x) | 
|---|
| 141 | { | 
|---|
| 142 | return x*x*x; | 
|---|
| 143 | } | 
|---|
| 144 |  | 
|---|
| 145 | /** | 
|---|
| 146 | @brief Rounds the value to the nearest integer. | 
|---|
| 147 | */ | 
|---|
| 148 | template <typename T> | 
|---|
| 149 | inline int round(T x) | 
|---|
| 150 | { | 
|---|
| 151 | return static_cast<int>(x + 0.5); | 
|---|
| 152 | } | 
|---|
| 153 |  | 
|---|
| 154 | /** | 
|---|
| 155 | @brief The modulo operation, enhanced to work properly with negative values. | 
|---|
| 156 | @param x The value | 
|---|
| 157 | @param max The operand | 
|---|
| 158 |  | 
|---|
| 159 | The built in modulo operator % yields a strange behavior with negative values. | 
|---|
| 160 | This function corrects this - the result is guaranteed to lie always between | 
|---|
| 161 | zero and (max-1). | 
|---|
| 162 |  | 
|---|
| 163 | Example: | 
|---|
| 164 | @code | 
|---|
| 165 | int var = 11 % 10;      //  1 | 
|---|
| 166 | int var = -1 % 10;      // -1 | 
|---|
| 167 |  | 
|---|
| 168 | int var = mod(11, 10);  //  1 | 
|---|
| 169 | int var = mod(-1, 10);  //  9 | 
|---|
| 170 | @endcode | 
|---|
| 171 | */ | 
|---|
| 172 | template <typename T> | 
|---|
| 173 | inline int mod(T x, int max) | 
|---|
| 174 | { | 
|---|
| 175 | if (x >= 0) | 
|---|
| 176 | return (x % max); | 
|---|
| 177 | else | 
|---|
| 178 | return ((x % max) + max); | 
|---|
| 179 | } | 
|---|
| 180 |  | 
|---|
| 181 | /** | 
|---|
| 182 | @brief Returns a "zero" value for the given type. | 
|---|
| 183 | @note This is the default template of the zeroise() function. The template is spezialized for each supported type. | 
|---|
| 184 |  | 
|---|
| 185 | The exact return value of the function depends on the type. For @c int this is 0, | 
|---|
| 186 | for @c float it's 0.0f. For a @c std::string the function returns "" and for | 
|---|
| 187 | @c Vector3 you get <tt>Vector3(0, 0, 0)</tt>. | 
|---|
| 188 | */ | 
|---|
| 189 | template <typename T> | 
|---|
| 190 | inline T zeroise() | 
|---|
| 191 | { | 
|---|
| 192 | // Default, raise a compiler error without including large boost header cascade. | 
|---|
| 193 | T temp(); | 
|---|
| 194 | *********temp; // If you reach this code, you abused zeroise()! | 
|---|
| 195 | return temp; | 
|---|
| 196 | } | 
|---|
| 197 |  | 
|---|
| 198 | template <> inline char                 zeroise<char>()                 { return 0; } | 
|---|
| 199 | template <> inline unsigned char        zeroise<unsigned char>()        { return 0; } | 
|---|
| 200 | template <> inline short                zeroise<short>()                { return 0; } | 
|---|
| 201 | template <> inline unsigned short       zeroise<unsigned short>()       { return 0; } | 
|---|
| 202 | template <> inline int                  zeroise<int>()                  { return 0; } | 
|---|
| 203 | template <> inline unsigned int         zeroise<unsigned int>()         { return 0; } | 
|---|
| 204 | template <> inline long                 zeroise<long>()                 { return 0; } | 
|---|
| 205 | template <> inline unsigned long        zeroise<unsigned long>()        { return 0; } | 
|---|
| 206 | template <> inline long long            zeroise<long long>()            { return 0; } | 
|---|
| 207 | template <> inline unsigned long long   zeroise<unsigned long long>()   { return 0; } | 
|---|
| 208 | template <> inline float                zeroise<float>()                { return 0; } | 
|---|
| 209 | template <> inline double               zeroise<double>()               { return 0; } | 
|---|
| 210 | template <> inline long double          zeroise<long double>()          { return 0; } | 
|---|
| 211 | template <> inline bool                 zeroise<bool>()                 { return 0; } | 
|---|
| 212 | template <> inline void*                zeroise<void*>()                { return 0; } | 
|---|
| 213 | template <> inline std::string          zeroise<std::string>()          { return std::string(); } | 
|---|
| 214 | template <> inline orxonox::Radian      zeroise<orxonox::Radian>()      { return orxonox::Radian(0.0f); } | 
|---|
| 215 | template <> inline orxonox::Degree      zeroise<orxonox::Degree>()      { return orxonox::Degree(0.0f); } | 
|---|
| 216 | template <> inline orxonox::Vector2     zeroise<orxonox::Vector2>()     { return orxonox::Vector2    (0, 0)      ; } | 
|---|
| 217 | template <> inline orxonox::Vector3     zeroise<orxonox::Vector3>()     { return orxonox::Vector3    (0, 0, 0)   ; } | 
|---|
| 218 | template <> inline orxonox::Vector4     zeroise<orxonox::Vector4>()     { return orxonox::Vector4    (0, 0, 0, 0); } | 
|---|
| 219 | template <> inline orxonox::ColourValue zeroise<orxonox::ColourValue>() { return orxonox::ColourValue(0, 0, 0, 0); } | 
|---|
| 220 | template <> inline orxonox::Quaternion  zeroise<orxonox::Quaternion>()  { return orxonox::Quaternion (0, 0, 0, 0); } | 
|---|
| 221 |  | 
|---|
| 222 | /** | 
|---|
| 223 | @brief Provides zero value symbols that can be returned as reference | 
|---|
| 224 | @see zeroise() | 
|---|
| 225 | */ | 
|---|
| 226 | template <typename T> | 
|---|
| 227 | struct NilValue | 
|---|
| 228 | { | 
|---|
| 229 | inline operator const T&() const | 
|---|
| 230 | { | 
|---|
| 231 | return value; | 
|---|
| 232 | } | 
|---|
| 233 | static T value; | 
|---|
| 234 | }; | 
|---|
| 235 | template <typename T> | 
|---|
| 236 | T NilValue<T>::value = zeroise<T>(); | 
|---|
| 237 |  | 
|---|
| 238 | /** | 
|---|
| 239 | @brief Interpolates between two values for a time between 0 and 1. | 
|---|
| 240 | @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. | 
|---|
| 241 | @param start The value at @a time = 0 | 
|---|
| 242 | @param end The value at @a time = 1 | 
|---|
| 243 | @return The interpolated value at a given time | 
|---|
| 244 | */ | 
|---|
| 245 | template <typename T> | 
|---|
| 246 | inline T interpolate(float time, const T& start, const T& end) | 
|---|
| 247 | { | 
|---|
| 248 | return time * (end - start) + start; | 
|---|
| 249 | } | 
|---|
| 250 |  | 
|---|
| 251 | /** | 
|---|
| 252 | @brief Interpolates smoothly between two values for a time between 0 and 1. The function starts slowly, increases faster and stops slowly again. | 
|---|
| 253 | @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. | 
|---|
| 254 | @param start The value at @a time = 0 | 
|---|
| 255 | @param end The value at @a time = 1 | 
|---|
| 256 | @return The interpolated value at a given time | 
|---|
| 257 | */ | 
|---|
| 258 | template <typename T> | 
|---|
| 259 | inline T interpolateSmooth(float time, const T& start, const T& end) | 
|---|
| 260 | { | 
|---|
| 261 | return (-2 * (end - start) * cube(time)) + (3 * (end - start) * square(time)) + start; | 
|---|
| 262 | } | 
|---|
| 263 |  | 
|---|
| 264 | /** | 
|---|
| 265 | @brief Returns a random number between 0 and almost 1: <tt>0 <= rnd < 1</tt>. | 
|---|
| 266 | */ | 
|---|
| 267 | inline float rnd() | 
|---|
| 268 | { | 
|---|
| 269 | return rand() / (RAND_MAX + 1.0f); | 
|---|
| 270 | } | 
|---|
| 271 |  | 
|---|
| 272 | /** | 
|---|
| 273 | @brief Returns a random number between 0 and almost @a max: <tt>0 <= rnd < max</tt>. | 
|---|
| 274 | @param max The maximum | 
|---|
| 275 | */ | 
|---|
| 276 | inline float rnd(float max) | 
|---|
| 277 | { | 
|---|
| 278 | return rnd() * max; | 
|---|
| 279 | } | 
|---|
| 280 |  | 
|---|
| 281 | /** | 
|---|
| 282 | @brief Returns a random number between @a min and almost @a max: <tt>min <= rnd < max</tt>. | 
|---|
| 283 | @param min The minimum | 
|---|
| 284 | @param max The maximum | 
|---|
| 285 | */ | 
|---|
| 286 | inline float rnd(float min, float max) | 
|---|
| 287 | { | 
|---|
| 288 | return rnd(max - min) + min; | 
|---|
| 289 | } | 
|---|
| 290 |  | 
|---|
| 291 | /** | 
|---|
| 292 | @brief Returns randomly 1 or -1 with equal probability. | 
|---|
| 293 | */ | 
|---|
| 294 | inline float rndsgn() | 
|---|
| 295 | { | 
|---|
| 296 | return static_cast<float>((rand() & 0x2) - 1); // rand() & 0x2 is either 2 or 0 | 
|---|
| 297 | } | 
|---|
| 298 |  | 
|---|
| 299 | _UtilExport unsigned long getUniqueNumber(); | 
|---|
| 300 |  | 
|---|
| 301 | /** | 
|---|
| 302 | @brief A Vector class containing two integers @a x and @a y. | 
|---|
| 303 | */ | 
|---|
| 304 | class IntVector2 | 
|---|
| 305 | { | 
|---|
| 306 | public: | 
|---|
| 307 | IntVector2() : x(0), y(0) { } | 
|---|
| 308 | IntVector2(int _x, int _y) : x(_x), y(_y) { } | 
|---|
| 309 | int x; | 
|---|
| 310 | int y; | 
|---|
| 311 | }; | 
|---|
| 312 |  | 
|---|
| 313 | /** | 
|---|
| 314 | @brief A Vector class containing three integers @a x, @a y, and @a z. | 
|---|
| 315 | */ | 
|---|
| 316 | class IntVector3 | 
|---|
| 317 | { | 
|---|
| 318 | public: | 
|---|
| 319 | IntVector3() : x(0), y(0), z(0) { } | 
|---|
| 320 | IntVector3(int _x, int _y, int _z) : x(_x), y(_y), z(_z) { } | 
|---|
| 321 | int x; | 
|---|
| 322 | int y; | 
|---|
| 323 | int z; | 
|---|
| 324 | }; | 
|---|
| 325 | } | 
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