| [4578] | 1 | /* | 
|---|
| [2043] | 2 |    orxonox - the future of 3D-vertical-scrollers | 
|---|
 | 3 |  | 
|---|
 | 4 |    Copyright (C) 2004 orx | 
|---|
 | 5 |  | 
|---|
 | 6 |    This program is free software; you can redistribute it and/or modify | 
|---|
 | 7 |    it under the terms of the GNU General Public License as published by | 
|---|
 | 8 |    the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option) | 
|---|
 | 9 |    any later version. | 
|---|
 | 10 |  | 
|---|
 | 11 |    ### File Specific: | 
|---|
| [4578] | 12 |    main-programmer: Christian Meyer | 
|---|
| [6617] | 13 |    co-programmer: Patrick Boenzli | 
|---|
| [2043] | 14 | */ | 
|---|
 | 15 |  | 
|---|
| [3590] | 16 | #define DEBUG_SPECIAL_MODULE DEBUG_MODULE_MATH | 
|---|
| [2043] | 17 |  | 
|---|
| [6617] | 18 | #include "plane.h" | 
|---|
| [5662] | 19 | #ifdef DEBUG | 
|---|
| [5672] | 20 |   #include "debug.h" | 
|---|
| [5662] | 21 | #else | 
|---|
| [5672] | 22 |   #include <stdio.h> | 
|---|
 | 23 |   #define PRINT(x) printf | 
|---|
| [5662] | 24 | #endif | 
|---|
| [2043] | 25 |  | 
|---|
 | 26 | using namespace std; | 
|---|
 | 27 |  | 
|---|
 | 28 | /** | 
|---|
| [4836] | 29 |  *  create a rotation from a vector | 
|---|
 | 30 |  * @param v: a vector | 
|---|
| [2043] | 31 | */ | 
|---|
 | 32 | Rotation::Rotation (const Vector& v) | 
|---|
 | 33 | { | 
|---|
 | 34 |   Vector x = Vector( 1, 0, 0); | 
|---|
 | 35 |   Vector axis = x.cross( v); | 
|---|
 | 36 |   axis.normalize(); | 
|---|
| [3234] | 37 |   float angle = angleRad( x, v); | 
|---|
| [2043] | 38 |   float ca = cos(angle); | 
|---|
 | 39 |   float sa = sin(angle); | 
|---|
 | 40 |   m[0] = 1.0f+(1.0f-ca)*(axis.x*axis.x-1.0f); | 
|---|
 | 41 |   m[1] = -axis.z*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.y; | 
|---|
 | 42 |   m[2] = axis.y*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.z; | 
|---|
 | 43 |   m[3] = axis.z*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.y; | 
|---|
 | 44 |   m[4] = 1.0f+(1.0f-ca)*(axis.y*axis.y-1.0f); | 
|---|
 | 45 |   m[5] = -axis.x*sa+(1.0f-ca)*axis.y*axis.z; | 
|---|
 | 46 |   m[6] = -axis.y*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.z; | 
|---|
 | 47 |   m[7] = axis.x*sa+(1.0f-ca)*axis.y*axis.z; | 
|---|
 | 48 |   m[8] = 1.0f+(1.0f-ca)*(axis.z*axis.z-1.0f); | 
|---|
 | 49 | } | 
|---|
 | 50 |  | 
|---|
 | 51 | /** | 
|---|
| [4836] | 52 |  *  creates a rotation from an axis and an angle (radians!) | 
|---|
 | 53 |  * @param axis: the rotational axis | 
|---|
 | 54 |  * @param angle: the angle in radians | 
|---|
| [2043] | 55 | */ | 
|---|
 | 56 | Rotation::Rotation (const Vector& axis, float angle) | 
|---|
 | 57 | { | 
|---|
 | 58 |   float ca, sa; | 
|---|
 | 59 |   ca = cos(angle); | 
|---|
 | 60 |   sa = sin(angle); | 
|---|
 | 61 |   m[0] = 1.0f+(1.0f-ca)*(axis.x*axis.x-1.0f); | 
|---|
 | 62 |   m[1] = -axis.z*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.y; | 
|---|
 | 63 |   m[2] = axis.y*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.z; | 
|---|
 | 64 |   m[3] = axis.z*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.y; | 
|---|
 | 65 |   m[4] = 1.0f+(1.0f-ca)*(axis.y*axis.y-1.0f); | 
|---|
 | 66 |   m[5] = -axis.x*sa+(1.0f-ca)*axis.y*axis.z; | 
|---|
 | 67 |   m[6] = -axis.y*sa+(1.0f-ca)*axis.x*axis.z; | 
|---|
 | 68 |   m[7] = axis.x*sa+(1.0f-ca)*axis.y*axis.z; | 
|---|
 | 69 |   m[8] = 1.0f+(1.0f-ca)*(axis.z*axis.z-1.0f); | 
|---|
 | 70 | } | 
|---|
 | 71 |  | 
|---|
 | 72 | /** | 
|---|
| [4836] | 73 |  *  creates a rotation from euler angles (pitch/yaw/roll) | 
|---|
 | 74 |  * @param pitch: rotation around z (in radians) | 
|---|
 | 75 |  * @param yaw: rotation around y (in radians) | 
|---|
 | 76 |  * @param roll: rotation around x (in radians) | 
|---|
| [2043] | 77 | */ | 
|---|
 | 78 | Rotation::Rotation ( float pitch, float yaw, float roll) | 
|---|
 | 79 | { | 
|---|
 | 80 |   float cy, sy, cr, sr, cp, sp; | 
|---|
 | 81 |   cy = cos(yaw); | 
|---|
 | 82 |   sy = sin(yaw); | 
|---|
 | 83 |   cr = cos(roll); | 
|---|
 | 84 |   sr = sin(roll); | 
|---|
 | 85 |   cp = cos(pitch); | 
|---|
 | 86 |   sp = sin(pitch); | 
|---|
 | 87 |   m[0] = cy*cr; | 
|---|
 | 88 |   m[1] = -cy*sr; | 
|---|
 | 89 |   m[2] = sy; | 
|---|
 | 90 |   m[3] = cp*sr+sp*sy*cr; | 
|---|
 | 91 |   m[4] = cp*cr-sp*sr*sy; | 
|---|
 | 92 |   m[5] = -sp*cy; | 
|---|
 | 93 |   m[6] = sp*sr-cp*sy*cr; | 
|---|
 | 94 |   m[7] = sp*cr+cp*sy*sr; | 
|---|
 | 95 |   m[8] = cp*cy; | 
|---|
 | 96 | } | 
|---|
 | 97 |  | 
|---|
 | 98 | /** | 
|---|
| [4836] | 99 |  *  creates a nullrotation (an identity rotation) | 
|---|
| [2043] | 100 | */ | 
|---|
 | 101 | Rotation::Rotation () | 
|---|
 | 102 | { | 
|---|
 | 103 |   m[0] = 1.0f; | 
|---|
 | 104 |   m[1] = 0.0f; | 
|---|
 | 105 |   m[2] = 0.0f; | 
|---|
 | 106 |   m[3] = 0.0f; | 
|---|
 | 107 |   m[4] = 1.0f; | 
|---|
 | 108 |   m[5] = 0.0f; | 
|---|
 | 109 |   m[6] = 0.0f; | 
|---|
 | 110 |   m[7] = 0.0f; | 
|---|
 | 111 |   m[8] = 1.0f; | 
|---|
 | 112 | } | 
|---|
 | 113 |  | 
|---|
 | 114 | /** | 
|---|
| [4836] | 115 |  *  fills the specified buffer with a 4x4 glmatrix | 
|---|
 | 116 |  * @param buffer: Pointer to an array of 16 floats | 
|---|
| [4578] | 117 |  | 
|---|
| [2190] | 118 |    Use this to get the rotation in a gl-compatible format | 
|---|
 | 119 | */ | 
|---|
 | 120 | void Rotation::glmatrix (float* buffer) | 
|---|
 | 121 | { | 
|---|
| [4578] | 122 |         buffer[0] = m[0]; | 
|---|
 | 123 |         buffer[1] = m[3]; | 
|---|
 | 124 |         buffer[2] = m[6]; | 
|---|
 | 125 |         buffer[3] = m[0]; | 
|---|
 | 126 |         buffer[4] = m[1]; | 
|---|
 | 127 |         buffer[5] = m[4]; | 
|---|
 | 128 |         buffer[6] = m[7]; | 
|---|
 | 129 |         buffer[7] = m[0]; | 
|---|
 | 130 |         buffer[8] = m[2]; | 
|---|
 | 131 |         buffer[9] = m[5]; | 
|---|
 | 132 |         buffer[10] = m[8]; | 
|---|
 | 133 |         buffer[11] = m[0]; | 
|---|
 | 134 |         buffer[12] = m[0]; | 
|---|
 | 135 |         buffer[13] = m[0]; | 
|---|
 | 136 |         buffer[14] = m[0]; | 
|---|
 | 137 |         buffer[15] = m[1]; | 
|---|
| [2190] | 138 | } | 
|---|
 | 139 |  | 
|---|
 | 140 | /** | 
|---|
| [4836] | 141 |  *  multiplies two rotational matrices | 
|---|
 | 142 |  * @param r: another Rotation | 
|---|
 | 143 |  * @return the matrix product of the Rotations | 
|---|
| [4578] | 144 |  | 
|---|
| [2190] | 145 |    Use this to rotate one rotation by another | 
|---|
 | 146 | */ | 
|---|
 | 147 | Rotation Rotation::operator* (const Rotation& r) | 
|---|
 | 148 | { | 
|---|
| [4578] | 149 |         Rotation p; | 
|---|
| [2190] | 150 |  | 
|---|
| [4578] | 151 |         p.m[0] = m[0]*r.m[0] + m[1]*r.m[3] + m[2]*r.m[6]; | 
|---|
 | 152 |         p.m[1] = m[0]*r.m[1] + m[1]*r.m[4] + m[2]*r.m[7]; | 
|---|
 | 153 |         p.m[2] = m[0]*r.m[2] + m[1]*r.m[5] + m[2]*r.m[8]; | 
|---|
 | 154 |  | 
|---|
 | 155 |         p.m[3] = m[3]*r.m[0] + m[4]*r.m[3] + m[5]*r.m[6]; | 
|---|
 | 156 |         p.m[4] = m[3]*r.m[1] + m[4]*r.m[4] + m[5]*r.m[7]; | 
|---|
 | 157 |         p.m[5] = m[3]*r.m[2] + m[4]*r.m[5] + m[5]*r.m[8]; | 
|---|
 | 158 |  | 
|---|
 | 159 |         p.m[6] = m[6]*r.m[0] + m[7]*r.m[3] + m[8]*r.m[6]; | 
|---|
 | 160 |         p.m[7] = m[6]*r.m[1] + m[7]*r.m[4] + m[8]*r.m[7]; | 
|---|
 | 161 |         p.m[8] = m[6]*r.m[2] + m[7]*r.m[5] + m[8]*r.m[8]; | 
|---|
 | 162 |  | 
|---|
 | 163 |         return p; | 
|---|
| [2190] | 164 | } | 
|---|
 | 165 |  | 
|---|
 | 166 |  | 
|---|
 | 167 | /** | 
|---|
| [4836] | 168 |  *  rotates the vector by the given rotation | 
|---|
 | 169 |  * @param v: a vector | 
|---|
 | 170 |  * @param r: a rotation | 
|---|
 | 171 |  * @return the rotated vector | 
|---|
| [2043] | 172 | */ | 
|---|
| [3228] | 173 | Vector rotateVector( const Vector& v, const Rotation& r) | 
|---|
| [2043] | 174 | { | 
|---|
 | 175 |   Vector t; | 
|---|
| [4578] | 176 |  | 
|---|
| [2043] | 177 |   t.x = v.x * r.m[0] + v.y * r.m[1] + v.z * r.m[2]; | 
|---|
 | 178 |   t.y = v.x * r.m[3] + v.y * r.m[4] + v.z * r.m[5]; | 
|---|
 | 179 |   t.z = v.x * r.m[6] + v.y * r.m[7] + v.z * r.m[8]; | 
|---|
 | 180 |  | 
|---|
 | 181 |   return t; | 
|---|
 | 182 | } | 
|---|
 | 183 |  | 
|---|
 | 184 | /** | 
|---|
| [4836] | 185 |  *  calculate the distance between two lines | 
|---|
 | 186 |  * @param l: the other line | 
|---|
 | 187 |  * @return the distance between the lines | 
|---|
| [2043] | 188 | */ | 
|---|
 | 189 | float Line::distance (const Line& l) const | 
|---|
 | 190 | { | 
|---|
 | 191 |   float q, d; | 
|---|
 | 192 |   Vector n = a.cross(l.a); | 
|---|
 | 193 |   q = n.dot(r-l.r); | 
|---|
 | 194 |   d = n.len(); | 
|---|
 | 195 |   if( d == 0.0) return 0.0; | 
|---|
 | 196 |   return q/d; | 
|---|
 | 197 | } | 
|---|
 | 198 |  | 
|---|
 | 199 | /** | 
|---|
| [4836] | 200 |  *  calculate the distance between a line and a point | 
|---|
 | 201 |  * @param v: the point | 
|---|
 | 202 |  * @return the distance between the Line and the point | 
|---|
| [2043] | 203 | */ | 
|---|
| [3228] | 204 | float Line::distancePoint (const Vector& v) const | 
|---|
| [2043] | 205 | { | 
|---|
 | 206 |   Vector d = v-r; | 
|---|
 | 207 |   Vector u = a * d.dot( a); | 
|---|
 | 208 |   return (d - u).len(); | 
|---|
 | 209 | } | 
|---|
 | 210 |  | 
|---|
 | 211 | /** | 
|---|
| [4836] | 212 |  *  calculate the distance between a line and a point | 
|---|
 | 213 |  * @param v: the point | 
|---|
 | 214 |  * @return the distance between the Line and the point | 
|---|
| [4578] | 215 |  */ | 
|---|
 | 216 | float Line::distancePoint (const sVec3D& v) const | 
|---|
 | 217 | { | 
|---|
 | 218 |   Vector s(v[0], v[1], v[2]); | 
|---|
 | 219 |   Vector d = s - r; | 
|---|
 | 220 |   Vector u = a * d.dot( a); | 
|---|
 | 221 |   return (d - u).len(); | 
|---|
 | 222 | } | 
|---|
 | 223 |  | 
|---|
| [7711] | 224 |  | 
|---|
| [4578] | 225 | /** | 
|---|
| [4836] | 226 |  *  calculate the two points of minimal distance of two lines | 
|---|
 | 227 |  * @param l: the other line | 
|---|
 | 228 |  * @return a Vector[2] (!has to be deleted after use!) containing the two points of minimal distance | 
|---|
| [2043] | 229 | */ | 
|---|
 | 230 | Vector* Line::footpoints (const Line& l) const | 
|---|
 | 231 | { | 
|---|
 | 232 |   Vector* fp = new Vector[2]; | 
|---|
 | 233 |   Plane p = Plane (r + a.cross(l.a), r, r + a); | 
|---|
| [3234] | 234 |   fp[1] = p.intersectLine (l); | 
|---|
| [2043] | 235 |   p = Plane (fp[1], l.a); | 
|---|
| [3234] | 236 |   fp[0] = p.intersectLine (*this); | 
|---|
| [2043] | 237 |   return fp; | 
|---|
 | 238 | } | 
|---|
 | 239 |  | 
|---|
 | 240 | /** | 
|---|
 | 241 |   \brief calculate the length of a line | 
|---|
| [4578] | 242 |   \return the lenght of the line | 
|---|
| [2043] | 243 | */ | 
|---|
 | 244 | float Line::len() const | 
|---|
 | 245 | { | 
|---|
 | 246 |   return a.len(); | 
|---|
 | 247 | } | 
|---|
 | 248 |  | 
|---|
 | 249 | /** | 
|---|
| [4836] | 250 |  *  rotate the line by given rotation | 
|---|
 | 251 |  * @param rot: a rotation | 
|---|
| [2043] | 252 | */ | 
|---|
 | 253 | void Line::rotate (const Rotation& rot) | 
|---|
 | 254 | { | 
|---|
 | 255 |   Vector t = a + r; | 
|---|
| [3234] | 256 |   t = rotateVector( t, rot); | 
|---|
 | 257 |   r = rotateVector( r, rot), | 
|---|
| [2043] | 258 |   a = t - r; | 
|---|
 | 259 | } | 
|---|
 | 260 |  | 
|---|
 | 261 | /** | 
|---|
| [4836] | 262 |  *  create a plane from three points | 
|---|
 | 263 |  * @param a: first point | 
|---|
 | 264 |  * @param b: second point | 
|---|
 | 265 |  * @param c: third point | 
|---|
| [2043] | 266 | */ | 
|---|
| [5688] | 267 | Plane::Plane (const Vector& a, const Vector& b, const Vector& c) | 
|---|
| [2043] | 268 | { | 
|---|
 | 269 |   n = (a-b).cross(c-b); | 
|---|
| [7711] | 270 |   k = n.dot(a) / n.len(); | 
|---|
| [2043] | 271 | } | 
|---|
 | 272 |  | 
|---|
 | 273 | /** | 
|---|
| [4836] | 274 |  *  create a plane from anchor point and normal | 
|---|
 | 275 |  * @param norm: normal vector | 
|---|
 | 276 |  * @param p: anchor point | 
|---|
| [2043] | 277 | */ | 
|---|
| [5688] | 278 | Plane::Plane (const Vector& norm, const Vector& p) | 
|---|
| [2043] | 279 | { | 
|---|
 | 280 |   n = norm; | 
|---|
| [7711] | 281 |   k = n.dot(p) / n.len(); | 
|---|
| [2043] | 282 | } | 
|---|
 | 283 |  | 
|---|
| [4611] | 284 |  | 
|---|
| [2043] | 285 | /** | 
|---|
| [4836] | 286 |   *  create a plane from anchor point and normal | 
|---|
 | 287 |   * @param norm: normal vector | 
|---|
 | 288 |   * @param p: anchor point | 
|---|
| [4611] | 289 | */ | 
|---|
| [5688] | 290 | Plane::Plane (const Vector& norm, const sVec3D& g) | 
|---|
| [4611] | 291 | { | 
|---|
 | 292 |   Vector p(g[0], g[1], g[2]); | 
|---|
 | 293 |   n = norm; | 
|---|
| [7711] | 294 |   k = n.dot(p) / n.len(); | 
|---|
| [4611] | 295 | } | 
|---|
 | 296 |  | 
|---|
 | 297 |  | 
|---|
 | 298 | /** | 
|---|
| [4836] | 299 |  *  returns the intersection point between the plane and a line | 
|---|
 | 300 |  * @param l: a line | 
|---|
| [2043] | 301 | */ | 
|---|
| [3228] | 302 | Vector Plane::intersectLine (const Line& l) const | 
|---|
| [2043] | 303 | { | 
|---|
 | 304 |   if (n.x*l.a.x+n.y*l.a.y+n.z*l.a.z == 0.0) return Vector(0,0,0); | 
|---|
 | 305 |   float t = (n.x*l.r.x+n.y*l.r.y+n.z*l.r.z+k) / (n.x*l.a.x+n.y*l.a.y+n.z*l.a.z); | 
|---|
 | 306 |   return l.r + (l.a * t); | 
|---|
 | 307 | } | 
|---|
 | 308 |  | 
|---|
 | 309 | /** | 
|---|
| [4836] | 310 |  *  returns the distance between the plane and a point | 
|---|
 | 311 |  * @param p: a Point | 
|---|
 | 312 |  * @return the distance between the plane and the point (can be negative) | 
|---|
| [2043] | 313 | */ | 
|---|
| [3228] | 314 | float Plane::distancePoint (const Vector& p) const | 
|---|
| [2043] | 315 | { | 
|---|
 | 316 |   float l = n.len(); | 
|---|
 | 317 |   if( l == 0.0) return 0.0; | 
|---|
| [7711] | 318 |   return (n.dot(p) / n.len() - k); | 
|---|
| [2043] | 319 | } | 
|---|
 | 320 |  | 
|---|
| [4585] | 321 |  | 
|---|
| [2043] | 322 | /** | 
|---|
| [4836] | 323 |  *  returns the distance between the plane and a point | 
|---|
 | 324 |  * @param p: a Point | 
|---|
 | 325 |  * @return the distance between the plane and the point (can be negative) | 
|---|
| [4585] | 326 |  */ | 
|---|
| [7711] | 327 | // float Plane::distancePoint (const sVec3D& p) const | 
|---|
 | 328 | // { | 
|---|
 | 329 | //   Vector s(p[0], p[1], p[2]); | 
|---|
 | 330 | //   float l = n.len(); | 
|---|
 | 331 | //   if( l == 0.0) return 0.0; | 
|---|
 | 332 | //   return (n.dot(s) + k) / n.len(); | 
|---|
 | 333 | // } | 
|---|
 | 334 |  | 
|---|
 | 335 |  | 
|---|
 | 336 | /** | 
|---|
 | 337 |  *  returns the distance between the plane and a point | 
|---|
 | 338 |  * @param p: a Point | 
|---|
 | 339 |  * @return the distance between the plane and the point (can be negative) | 
|---|
 | 340 |  */ | 
|---|
 | 341 | float Plane::distancePoint (const float* p) const | 
|---|
| [4585] | 342 | { | 
|---|
 | 343 |   Vector s(p[0], p[1], p[2]); | 
|---|
| [7711] | 344 |  | 
|---|
| [4585] | 345 |   float l = n.len(); | 
|---|
 | 346 |   if( l == 0.0) return 0.0; | 
|---|
| [7711] | 347 |   return (n.dot(s) / n.len() - k); | 
|---|
| [4585] | 348 | } | 
|---|
 | 349 |  | 
|---|
 | 350 |  | 
|---|
 | 351 | /** | 
|---|
| [4836] | 352 |  *  returns the side a point is located relative to a Plane | 
|---|
 | 353 |  * @param p: a Point | 
|---|
 | 354 |  * @return 0 if the point is contained within the Plane, positive(negative) if the point is in the positive(negative) semi-space of the Plane | 
|---|
| [2043] | 355 | */ | 
|---|
| [3228] | 356 | float Plane::locatePoint (const Vector& p) const | 
|---|
| [2043] | 357 | { | 
|---|
 | 358 |   return (n.dot(p) + k); | 
|---|
 | 359 | } | 
|---|
| [3000] | 360 |  | 
|---|