| 1 | /* | 
|---|
| 2 | ----------------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 3 | This source file is part of OGRE | 
|---|
| 4 |     (Object-oriented Graphics Rendering Engine) | 
|---|
| 5 | For the latest info, see http://www.ogre3d.org/ | 
|---|
| 6 |  | 
|---|
| 7 | Copyright (c) 2000-2013 Torus Knot Software Ltd | 
|---|
| 8 |  | 
|---|
| 9 | Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy | 
|---|
| 10 | of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal | 
|---|
| 11 | in the Software without restriction, including without limitation the rights | 
|---|
| 12 | to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell | 
|---|
| 13 | copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is | 
|---|
| 14 | furnished to do so, subject to the following conditions: | 
|---|
| 15 |  | 
|---|
| 16 | The above copyright notice and this permission notice shall be included in | 
|---|
| 17 | all copies or substantial portions of the Software. | 
|---|
| 18 |  | 
|---|
| 19 | THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR | 
|---|
| 20 | IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, | 
|---|
| 21 | FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE | 
|---|
| 22 | AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER | 
|---|
| 23 | LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, | 
|---|
| 24 | OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN | 
|---|
| 25 | THE SOFTWARE. | 
|---|
| 26 | ----------------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 27 | */ | 
|---|
| 28 | #ifndef __Matrix3_H__ | 
|---|
| 29 | #define __Matrix3_H__ | 
|---|
| 30 |  | 
|---|
| 31 | #include "OgrePrerequisites.h" | 
|---|
| 32 |  | 
|---|
| 33 | #include "OgreVector3.h" | 
|---|
| 34 |  | 
|---|
| 35 | // NB All code adapted from Wild Magic 0.2 Matrix math (free source code) | 
|---|
| 36 | // http://www.geometrictools.com/ | 
|---|
| 37 |  | 
|---|
| 38 | // NOTE.  The (x,y,z) coordinate system is assumed to be right-handed. | 
|---|
| 39 | // Coordinate axis rotation matrices are of the form | 
|---|
| 40 | //   RX =    1       0       0 | 
|---|
| 41 | //           0     cos(t) -sin(t) | 
|---|
| 42 | //           0     sin(t)  cos(t) | 
|---|
| 43 | // where t > 0 indicates a counterclockwise rotation in the yz-plane | 
|---|
| 44 | //   RY =  cos(t)    0     sin(t) | 
|---|
| 45 | //           0       1       0 | 
|---|
| 46 | //        -sin(t)    0     cos(t) | 
|---|
| 47 | // where t > 0 indicates a counterclockwise rotation in the zx-plane | 
|---|
| 48 | //   RZ =  cos(t) -sin(t)    0 | 
|---|
| 49 | //         sin(t)  cos(t)    0 | 
|---|
| 50 | //           0       0       1 | 
|---|
| 51 | // where t > 0 indicates a counterclockwise rotation in the xy-plane. | 
|---|
| 52 |  | 
|---|
| 53 | namespace Ogre | 
|---|
| 54 | { | 
|---|
| 55 |         /** \addtogroup Core | 
|---|
| 56 |         *  @{ | 
|---|
| 57 |         */ | 
|---|
| 58 |         /** \addtogroup Math | 
|---|
| 59 |         *  @{ | 
|---|
| 60 |         */ | 
|---|
| 61 |         /** A 3x3 matrix which can represent rotations around axes. | 
|---|
| 62 |         @note | 
|---|
| 63 |             <b>All the code is adapted from the Wild Magic 0.2 Matrix | 
|---|
| 64 |             library (http://www.geometrictools.com/).</b> | 
|---|
| 65 |         @par | 
|---|
| 66 |             The coordinate system is assumed to be <b>right-handed</b>. | 
|---|
| 67 |     */ | 
|---|
| 68 |     class _OgreExport Matrix3 | 
|---|
| 69 |     { | 
|---|
| 70 |     public: | 
|---|
| 71 |         /** Default constructor. | 
|---|
| 72 |             @note | 
|---|
| 73 |                 It does <b>NOT</b> initialize the matrix for efficiency. | 
|---|
| 74 |         */ | 
|---|
| 75 |                 inline Matrix3 () {} | 
|---|
| 76 |         inline explicit Matrix3 (const Real arr[3][3]) | 
|---|
| 77 |                 { | 
|---|
| 78 |                         memcpy(m,arr,9*sizeof(Real)); | 
|---|
| 79 |                 } | 
|---|
| 80 |         inline Matrix3 (const Matrix3& rkMatrix) | 
|---|
| 81 |                 { | 
|---|
| 82 |                         memcpy(m,rkMatrix.m,9*sizeof(Real)); | 
|---|
| 83 |                 } | 
|---|
| 84 |         Matrix3 (Real fEntry00, Real fEntry01, Real fEntry02, | 
|---|
| 85 |                     Real fEntry10, Real fEntry11, Real fEntry12, | 
|---|
| 86 |                     Real fEntry20, Real fEntry21, Real fEntry22) | 
|---|
| 87 |                 { | 
|---|
| 88 |                         m[0][0] = fEntry00; | 
|---|
| 89 |                         m[0][1] = fEntry01; | 
|---|
| 90 |                         m[0][2] = fEntry02; | 
|---|
| 91 |                         m[1][0] = fEntry10; | 
|---|
| 92 |                         m[1][1] = fEntry11; | 
|---|
| 93 |                         m[1][2] = fEntry12; | 
|---|
| 94 |                         m[2][0] = fEntry20; | 
|---|
| 95 |                         m[2][1] = fEntry21; | 
|---|
| 96 |                         m[2][2] = fEntry22; | 
|---|
| 97 |                 } | 
|---|
| 98 |  | 
|---|
| 99 |                 /** Exchange the contents of this matrix with another.  | 
|---|
| 100 |                 */ | 
|---|
| 101 |                 inline void swap(Matrix3& other) | 
|---|
| 102 |                 { | 
|---|
| 103 |                         std::swap(m[0][0], other.m[0][0]); | 
|---|
| 104 |                         std::swap(m[0][1], other.m[0][1]); | 
|---|
| 105 |                         std::swap(m[0][2], other.m[0][2]); | 
|---|
| 106 |                         std::swap(m[1][0], other.m[1][0]); | 
|---|
| 107 |                         std::swap(m[1][1], other.m[1][1]); | 
|---|
| 108 |                         std::swap(m[1][2], other.m[1][2]); | 
|---|
| 109 |                         std::swap(m[2][0], other.m[2][0]); | 
|---|
| 110 |                         std::swap(m[2][1], other.m[2][1]); | 
|---|
| 111 |                         std::swap(m[2][2], other.m[2][2]); | 
|---|
| 112 |                 } | 
|---|
| 113 |  | 
|---|
| 114 |         /// Member access, allows use of construct mat[r][c] | 
|---|
| 115 |         inline const Real* operator[] (size_t iRow) const | 
|---|
| 116 |         { | 
|---|
| 117 |             return m[iRow]; | 
|---|
| 118 |         } | 
|---|
| 119 |  | 
|---|
| 120 |         inline Real* operator[] (size_t iRow) | 
|---|
| 121 |         { | 
|---|
| 122 |             return m[iRow]; | 
|---|
| 123 |         } | 
|---|
| 124 |  | 
|---|
| 125 |  | 
|---|
| 126 |  | 
|---|
| 127 |         /*inline operator Real* () | 
|---|
| 128 |                 { | 
|---|
| 129 |                         return (Real*)m[0]; | 
|---|
| 130 |                 }*/ | 
|---|
| 131 |         Vector3 GetColumn (size_t iCol) const; | 
|---|
| 132 |         void SetColumn(size_t iCol, const Vector3& vec); | 
|---|
| 133 |         void FromAxes(const Vector3& xAxis, const Vector3& yAxis, const Vector3& zAxis); | 
|---|
| 134 |  | 
|---|
| 135 |         /// Assignment and comparison | 
|---|
| 136 |         inline Matrix3& operator= (const Matrix3& rkMatrix) | 
|---|
| 137 |                 { | 
|---|
| 138 |                         memcpy(m,rkMatrix.m,9*sizeof(Real)); | 
|---|
| 139 |                         return *this; | 
|---|
| 140 |                 } | 
|---|
| 141 |  | 
|---|
| 142 |         /** Tests 2 matrices for equality. | 
|---|
| 143 |          */ | 
|---|
| 144 |         bool operator== (const Matrix3& rkMatrix) const; | 
|---|
| 145 |  | 
|---|
| 146 |         /** Tests 2 matrices for inequality. | 
|---|
| 147 |          */ | 
|---|
| 148 |         inline bool operator!= (const Matrix3& rkMatrix) const | 
|---|
| 149 |                 { | 
|---|
| 150 |                         return !operator==(rkMatrix); | 
|---|
| 151 |                 } | 
|---|
| 152 |  | 
|---|
| 153 |         // arithmetic operations | 
|---|
| 154 |         /** Matrix addition. | 
|---|
| 155 |          */ | 
|---|
| 156 |         Matrix3 operator+ (const Matrix3& rkMatrix) const; | 
|---|
| 157 |  | 
|---|
| 158 |         /** Matrix subtraction. | 
|---|
| 159 |          */ | 
|---|
| 160 |         Matrix3 operator- (const Matrix3& rkMatrix) const; | 
|---|
| 161 |  | 
|---|
| 162 |         /** Matrix concatenation using '*'. | 
|---|
| 163 |          */ | 
|---|
| 164 |         Matrix3 operator* (const Matrix3& rkMatrix) const; | 
|---|
| 165 |         Matrix3 operator- () const; | 
|---|
| 166 |  | 
|---|
| 167 |         /// Matrix * vector [3x3 * 3x1 = 3x1] | 
|---|
| 168 |         Vector3 operator* (const Vector3& rkVector) const; | 
|---|
| 169 |  | 
|---|
| 170 |         /// Vector * matrix [1x3 * 3x3 = 1x3] | 
|---|
| 171 |         _OgreExport friend Vector3 operator* (const Vector3& rkVector, | 
|---|
| 172 |             const Matrix3& rkMatrix); | 
|---|
| 173 |  | 
|---|
| 174 |         /// Matrix * scalar | 
|---|
| 175 |         Matrix3 operator* (Real fScalar) const; | 
|---|
| 176 |  | 
|---|
| 177 |         /// Scalar * matrix | 
|---|
| 178 |         _OgreExport friend Matrix3 operator* (Real fScalar, const Matrix3& rkMatrix); | 
|---|
| 179 |  | 
|---|
| 180 |         // utilities | 
|---|
| 181 |         Matrix3 Transpose () const; | 
|---|
| 182 |         bool Inverse (Matrix3& rkInverse, Real fTolerance = 1e-06) const; | 
|---|
| 183 |         Matrix3 Inverse (Real fTolerance = 1e-06) const; | 
|---|
| 184 |         Real Determinant () const; | 
|---|
| 185 |  | 
|---|
| 186 |         /// Singular value decomposition | 
|---|
| 187 |         void SingularValueDecomposition (Matrix3& rkL, Vector3& rkS, | 
|---|
| 188 |             Matrix3& rkR) const; | 
|---|
| 189 |         void SingularValueComposition (const Matrix3& rkL, | 
|---|
| 190 |             const Vector3& rkS, const Matrix3& rkR); | 
|---|
| 191 |  | 
|---|
| 192 |         /// Gram-Schmidt orthonormalization (applied to columns of rotation matrix) | 
|---|
| 193 |         void Orthonormalize (); | 
|---|
| 194 |  | 
|---|
| 195 |         /// Orthogonal Q, diagonal D, upper triangular U stored as (u01,u02,u12) | 
|---|
| 196 |         void QDUDecomposition (Matrix3& rkQ, Vector3& rkD, | 
|---|
| 197 |             Vector3& rkU) const; | 
|---|
| 198 |  | 
|---|
| 199 |         Real SpectralNorm () const; | 
|---|
| 200 |  | 
|---|
| 201 |         /// Note: Matrix must be orthonormal | 
|---|
| 202 |         void ToAngleAxis (Vector3& rkAxis, Radian& rfAngle) const; | 
|---|
| 203 |                 inline void ToAngleAxis (Vector3& rkAxis, Degree& rfAngle) const { | 
|---|
| 204 |                         Radian r; | 
|---|
| 205 |                         ToAngleAxis ( rkAxis, r ); | 
|---|
| 206 |                         rfAngle = r; | 
|---|
| 207 |                 } | 
|---|
| 208 |         void FromAngleAxis (const Vector3& rkAxis, const Radian& fRadians); | 
|---|
| 209 |  | 
|---|
| 210 |         /** The matrix must be orthonormal.  The decomposition is yaw*pitch*roll | 
|---|
| 211 |             where yaw is rotation about the Up vector, pitch is rotation about the | 
|---|
| 212 |             Right axis, and roll is rotation about the Direction axis. */ | 
|---|
| 213 |         bool ToEulerAnglesXYZ (Radian& rfYAngle, Radian& rfPAngle, | 
|---|
| 214 |             Radian& rfRAngle) const; | 
|---|
| 215 |         bool ToEulerAnglesXZY (Radian& rfYAngle, Radian& rfPAngle, | 
|---|
| 216 |             Radian& rfRAngle) const; | 
|---|
| 217 |         bool ToEulerAnglesYXZ (Radian& rfYAngle, Radian& rfPAngle, | 
|---|
| 218 |             Radian& rfRAngle) const; | 
|---|
| 219 |         bool ToEulerAnglesYZX (Radian& rfYAngle, Radian& rfPAngle, | 
|---|
| 220 |             Radian& rfRAngle) const; | 
|---|
| 221 |         bool ToEulerAnglesZXY (Radian& rfYAngle, Radian& rfPAngle, | 
|---|
| 222 |             Radian& rfRAngle) const; | 
|---|
| 223 |         bool ToEulerAnglesZYX (Radian& rfYAngle, Radian& rfPAngle, | 
|---|
| 224 |             Radian& rfRAngle) const; | 
|---|
| 225 |         void FromEulerAnglesXYZ (const Radian& fYAngle, const Radian& fPAngle, const Radian& fRAngle); | 
|---|
| 226 |         void FromEulerAnglesXZY (const Radian& fYAngle, const Radian& fPAngle, const Radian& fRAngle); | 
|---|
| 227 |         void FromEulerAnglesYXZ (const Radian& fYAngle, const Radian& fPAngle, const Radian& fRAngle); | 
|---|
| 228 |         void FromEulerAnglesYZX (const Radian& fYAngle, const Radian& fPAngle, const Radian& fRAngle); | 
|---|
| 229 |         void FromEulerAnglesZXY (const Radian& fYAngle, const Radian& fPAngle, const Radian& fRAngle); | 
|---|
| 230 |         void FromEulerAnglesZYX (const Radian& fYAngle, const Radian& fPAngle, const Radian& fRAngle); | 
|---|
| 231 |         /// Eigensolver, matrix must be symmetric | 
|---|
| 232 |         void EigenSolveSymmetric (Real afEigenvalue[3], | 
|---|
| 233 |             Vector3 akEigenvector[3]) const; | 
|---|
| 234 |  | 
|---|
| 235 |         static void TensorProduct (const Vector3& rkU, const Vector3& rkV, | 
|---|
| 236 |             Matrix3& rkProduct); | 
|---|
| 237 |  | 
|---|
| 238 |                 /** Determines if this matrix involves a scaling. */ | 
|---|
| 239 |                 inline bool hasScale() const | 
|---|
| 240 |                 { | 
|---|
| 241 |                         // check magnitude of column vectors (==local axes) | 
|---|
| 242 |                         Real t = m[0][0] * m[0][0] + m[1][0] * m[1][0] + m[2][0] * m[2][0]; | 
|---|
| 243 |                         if (!Math::RealEqual(t, 1.0, (Real)1e-04)) | 
|---|
| 244 |                                 return true; | 
|---|
| 245 |                         t = m[0][1] * m[0][1] + m[1][1] * m[1][1] + m[2][1] * m[2][1]; | 
|---|
| 246 |                         if (!Math::RealEqual(t, 1.0, (Real)1e-04)) | 
|---|
| 247 |                                 return true; | 
|---|
| 248 |                         t = m[0][2] * m[0][2] + m[1][2] * m[1][2] + m[2][2] * m[2][2]; | 
|---|
| 249 |                         if (!Math::RealEqual(t, 1.0, (Real)1e-04)) | 
|---|
| 250 |                                 return true; | 
|---|
| 251 |  | 
|---|
| 252 |                         return false; | 
|---|
| 253 |                 } | 
|---|
| 254 |  | 
|---|
| 255 |                 /** Function for writing to a stream. | 
|---|
| 256 |                 */ | 
|---|
| 257 |                 inline _OgreExport friend std::ostream& operator << | 
|---|
| 258 |                         ( std::ostream& o, const Matrix3& mat ) | 
|---|
| 259 |                 { | 
|---|
| 260 |                         o << "Matrix3(" << mat[0][0] << ", " << mat[0][1] << ", " << mat[0][2] << ", "  | 
|---|
| 261 |                             << mat[1][0] << ", " << mat[1][1] << ", " << mat[1][2] << ", "  | 
|---|
| 262 |                             << mat[2][0] << ", " << mat[2][1] << ", " << mat[2][2] << ")"; | 
|---|
| 263 |                         return o; | 
|---|
| 264 |                 } | 
|---|
| 265 |  | 
|---|
| 266 |         static const Real EPSILON; | 
|---|
| 267 |         static const Matrix3 ZERO; | 
|---|
| 268 |         static const Matrix3 IDENTITY; | 
|---|
| 269 |  | 
|---|
| 270 |     protected: | 
|---|
| 271 |         // support for eigensolver | 
|---|
| 272 |         void Tridiagonal (Real afDiag[3], Real afSubDiag[3]); | 
|---|
| 273 |         bool QLAlgorithm (Real afDiag[3], Real afSubDiag[3]); | 
|---|
| 274 |  | 
|---|
| 275 |         // support for singular value decomposition | 
|---|
| 276 |         static const Real msSvdEpsilon; | 
|---|
| 277 |         static const unsigned int msSvdMaxIterations; | 
|---|
| 278 |         static void Bidiagonalize (Matrix3& kA, Matrix3& kL, | 
|---|
| 279 |             Matrix3& kR); | 
|---|
| 280 |         static void GolubKahanStep (Matrix3& kA, Matrix3& kL, | 
|---|
| 281 |             Matrix3& kR); | 
|---|
| 282 |  | 
|---|
| 283 |         // support for spectral norm | 
|---|
| 284 |         static Real MaxCubicRoot (Real afCoeff[3]); | 
|---|
| 285 |  | 
|---|
| 286 |         Real m[3][3]; | 
|---|
| 287 |  | 
|---|
| 288 |         // for faster access | 
|---|
| 289 |         friend class Matrix4; | 
|---|
| 290 |     }; | 
|---|
| 291 |         /** @} */ | 
|---|
| 292 |         /** @} */ | 
|---|
| 293 | } | 
|---|
| 294 | #endif | 
|---|