| 1 | /*!  | 
|---|
| 2 |     \file vector.h | 
|---|
| 3 |     \brief A basic 3D math framework | 
|---|
| 4 |      | 
|---|
| 5 |     Contains classes to handle vectors, lines, rotations and planes | 
|---|
| 6 | */  | 
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| 7 |  | 
|---|
| 8 | #ifndef _VECTOR_H | 
|---|
| 9 | #define _VECTOR_H | 
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| 10 |  | 
|---|
| 11 | #include <math.h> | 
|---|
| 12 | #include "compiler.h" | 
|---|
| 13 | //! PI the circle-constant | 
|---|
| 14 | #define PI 3.14159265359f | 
|---|
| 15 |  | 
|---|
| 16 | //! 3D Vector | 
|---|
| 17 | /** | 
|---|
| 18 |         Class to handle 3D Vectors | 
|---|
| 19 | */ | 
|---|
| 20 | class Vector { | 
|---|
| 21 |  | 
|---|
| 22 |   public: | 
|---|
| 23 |   | 
|---|
| 24 |   float x; //!< The x Coordinate of the Vector. | 
|---|
| 25 |   float y; //!< The y Coordinate of the Vector. | 
|---|
| 26 |   float z; //!< The z Coordinate of the Vector. | 
|---|
| 27 |  | 
|---|
| 28 |   Vector (float x, float y, float z) : x(x), y(y), z(z) {}  //!< assignment constructor | 
|---|
| 29 |   Vector () : x(0), y(0), z(0) {} | 
|---|
| 30 |   ~Vector () {} | 
|---|
| 31 |  | 
|---|
| 32 |   inline Vector operator+ (const Vector& v) const { return Vector(x + v.x, y + v.y, z + v.z); } | 
|---|
| 33 |   inline const Vector& operator+= (const Vector& v) {this->x += v.x; this->y += v.y; this->z += v.z; return *this;} | 
|---|
| 34 |   inline Vector operator- (const Vector& v) const { return Vector(x - v.x, y - v.y, z - v.z); } | 
|---|
| 35 |   inline const Vector& operator-= (const Vector& v) {this->x -= v.x; this->y -= v.y; this->z -= v.z; return *this;} | 
|---|
| 36 |   inline float operator* (const Vector& v) const { return x * v.x + y * v.y + z * v.z; } | 
|---|
| 37 |   inline const Vector& operator*= (const Vector& v) {this->x *= v.x; this->y *= v.y; this->z *= v.z; return *this;} | 
|---|
| 38 |   inline Vector operator* (float f) const { return Vector(x * f, y * f, z * f); } | 
|---|
| 39 |   inline const Vector& operator*= (float f) {this->x *= f; this->y *= f; this->z *= f; return *this;} | 
|---|
| 40 |   Vector operator/ (float f) const; | 
|---|
| 41 |   inline const Vector& operator/= (float f) {this->x /= f; this->y /= f; this->z /= f; return *this;} | 
|---|
| 42 |   inline const Vector& operator= (const Vector& v) {this->x = v.x; this->y = v.y; this->z = v.z; return *this;} | 
|---|
| 43 |   float dot (const Vector& v) const; | 
|---|
| 44 |   inline Vector cross (const Vector& v) const { return Vector(y * v.z - z * v.y, z * v.x - x * v.z, x * v.y - y * v.x ); } | 
|---|
| 45 |   void scale(const Vector& v); | 
|---|
| 46 |   inline float len() const { return sqrt (x*x+y*y+z*z); } | 
|---|
| 47 |   inline void normalize() {  | 
|---|
| 48 |                       float l = len();  | 
|---|
| 49 |                       if( unlikely(l == 0.0))  | 
|---|
| 50 |                         {  | 
|---|
| 51 |                           // Prevent divide by zero | 
|---|
| 52 |                           return; | 
|---|
| 53 |                         } | 
|---|
| 54 |                       x = x / l; | 
|---|
| 55 |                       y = y / l; | 
|---|
| 56 |                       z = z / l;  | 
|---|
| 57 |                     } | 
|---|
| 58 |   Vector getNormalized(); | 
|---|
| 59 |   Vector abs(); | 
|---|
| 60 |  | 
|---|
| 61 |   void debug() const; | 
|---|
| 62 | }; | 
|---|
| 63 |  | 
|---|
| 64 | float angleDeg (const Vector& v1, const Vector& v2); | 
|---|
| 65 | float angleRad (const Vector& v1, const Vector& v2); | 
|---|
| 66 |  | 
|---|
| 67 | //! Quaternion | 
|---|
| 68 | /** | 
|---|
| 69 |         Class to handle 3-dimensional rotation efficiently | 
|---|
| 70 | */ | 
|---|
| 71 | class Quaternion | 
|---|
| 72 | { | 
|---|
| 73 |  public: | 
|---|
| 74 |   Vector v;     //!< Imaginary Vector | 
|---|
| 75 |   float w;        //!< Real part of the number | 
|---|
| 76 |    | 
|---|
| 77 |   inline Quaternion () { w = 1; v = Vector(0,0,0); } | 
|---|
| 78 |   inline Quaternion (const Vector& v, float f) { this->w = f; this->v = v; } | 
|---|
| 79 |   Quaternion (float m[4][4]); | 
|---|
| 80 |   inline Quaternion (float angle, const Vector& axis) { w = cos(angle/2); v = axis * sin(angle/2); } | 
|---|
| 81 |   Quaternion (const Vector& dir, const Vector& up); | 
|---|
| 82 |   Quaternion (float roll, float pitch, float yaw); | 
|---|
| 83 |   Quaternion operator/ (const float& f) const; | 
|---|
| 84 |   inline const Quaternion operator/= (const float& f) {*this = *this / f; return *this;} | 
|---|
| 85 |   Quaternion operator* (const float& f) const; | 
|---|
| 86 |   inline const Quaternion operator*= (const float& f) {*this = *this * f; return *this;} | 
|---|
| 87 |   Quaternion operator* (const Quaternion& q) const; | 
|---|
| 88 |   inline const Quaternion operator*= (const Quaternion& q) {*this = *this * q; return *this;} | 
|---|
| 89 |   inline Quaternion operator+ (const Quaternion& q) const { return Quaternion(q.v + v, q.w + w); } | 
|---|
| 90 |   inline const Quaternion& operator+= (const Quaternion& q) {this->v += q.v; this->w += q.w; return *this;} | 
|---|
| 91 |   inline Quaternion operator- (const Quaternion& q) const { return Quaternion(q.v - v, q.w - w); } | 
|---|
| 92 |   inline const Quaternion& operator-= (const Quaternion& q) {this->v -= q.v; this->w -= q.w; return *this;} | 
|---|
| 93 |   inline Quaternion operator= (const Quaternion& q) {this->v = q.v; this->w = q.w; return *this;} | 
|---|
| 94 |   Quaternion conjugate () const {  Quaternion r(*this); | 
|---|
| 95 |   r.v = Vector() - r.v; | 
|---|
| 96 |   return r;} | 
|---|
| 97 |   Quaternion inverse () const; | 
|---|
| 98 |   Vector apply (Vector& f) const; | 
|---|
| 99 |   float norm () const; | 
|---|
| 100 |   void matrix (float m[4][4]) const; | 
|---|
| 101 |    | 
|---|
| 102 |   void debug(); | 
|---|
| 103 | }; | 
|---|
| 104 |  | 
|---|
| 105 | Quaternion quatSlerp(const Quaternion& from, const Quaternion& to, float t); | 
|---|
| 106 |  | 
|---|
| 107 |  | 
|---|
| 108 |  | 
|---|
| 109 | //! 3D rotation (OBSOLETE) | 
|---|
| 110 | /** | 
|---|
| 111 |   Class to handle 3-dimensional rotations. | 
|---|
| 112 |   Can create a rotation from several inputs, currently stores rotation using a 3x3 Matrix | 
|---|
| 113 | */ | 
|---|
| 114 | class Rotation { | 
|---|
| 115 |   public: | 
|---|
| 116 |    | 
|---|
| 117 |   float m[9]; //!< 3x3 Rotation Matrix | 
|---|
| 118 |    | 
|---|
| 119 |   Rotation ( const Vector& v); | 
|---|
| 120 |   Rotation ( const Vector& axis, float angle); | 
|---|
| 121 |   Rotation ( float pitch, float yaw, float roll); | 
|---|
| 122 |   Rotation (); | 
|---|
| 123 |   ~Rotation () {} | 
|---|
| 124 |    | 
|---|
| 125 |   Rotation operator* (const Rotation& r); | 
|---|
| 126 |    | 
|---|
| 127 |   void glmatrix (float* buffer); | 
|---|
| 128 | }; | 
|---|
| 129 |  | 
|---|
| 130 | //!< Apply a rotation to a vector | 
|---|
| 131 | Vector rotateVector( const Vector& v, const Rotation& r); | 
|---|
| 132 |  | 
|---|
| 133 | //! 3D line | 
|---|
| 134 | /** | 
|---|
| 135 |   Class to store Lines in 3-dimensional space | 
|---|
| 136 |  | 
|---|
| 137 |   Supports line-to-line distance measurements and rotation | 
|---|
| 138 | */ | 
|---|
| 139 | class Line | 
|---|
| 140 | { | 
|---|
| 141 |   public: | 
|---|
| 142 |    | 
|---|
| 143 |   Vector r;   //!< Offset | 
|---|
| 144 |   Vector a;   //!< Direction | 
|---|
| 145 |    | 
|---|
| 146 |   Line ( Vector r, Vector a) : r(r), a(a) {}  //!< assignment constructor | 
|---|
| 147 |   Line () : r(Vector(0,0,0)), a(Vector (1,1,1)) {} | 
|---|
| 148 |   ~Line () {} | 
|---|
| 149 |    | 
|---|
| 150 |   float distance (const Line& l) const; | 
|---|
| 151 |   float distancePoint (const Vector& v) const; | 
|---|
| 152 |   Vector* footpoints (const Line& l) const; | 
|---|
| 153 |   float len () const; | 
|---|
| 154 |    | 
|---|
| 155 |   void rotate(const Rotation& rot); | 
|---|
| 156 | }; | 
|---|
| 157 |  | 
|---|
| 158 | //! 3D plane | 
|---|
| 159 | /** | 
|---|
| 160 |   Class to handle planes in 3-dimensional space | 
|---|
| 161 |    | 
|---|
| 162 |   Critical for polygon-based collision detection | 
|---|
| 163 | */ | 
|---|
| 164 | class Plane | 
|---|
| 165 | { | 
|---|
| 166 |   public: | 
|---|
| 167 |    | 
|---|
| 168 |   Vector n;   //!< Normal vector | 
|---|
| 169 |   float k;    //!< Offset constant | 
|---|
| 170 |    | 
|---|
| 171 |   Plane (Vector a, Vector b, Vector c); | 
|---|
| 172 |   Plane (Vector norm, Vector p); | 
|---|
| 173 |   Plane (Vector n, float k) : n(n), k(k) {} //!< assignment constructor | 
|---|
| 174 |   Plane () : n(Vector(1,1,1)), k(0) {} | 
|---|
| 175 |   ~Plane () {} | 
|---|
| 176 |    | 
|---|
| 177 |   Vector intersectLine (const Line& l) const; | 
|---|
| 178 |   float distancePoint (const Vector& p) const; | 
|---|
| 179 |   float locatePoint (const Vector& p) const; | 
|---|
| 180 | }; | 
|---|
| 181 |  | 
|---|
| 182 | #endif /* _VECTOR_H */ | 
|---|