| 1 | /* | 
|---|
| 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: | 
|---|
| 12 | main-programmer: Christian Meyer | 
|---|
| 13 | co-programmer: Patrick Boenzli | 
|---|
| 14 | */ | 
|---|
| 15 |  | 
|---|
| 16 | #define DEBUG_SPECIAL_MODULE DEBUG_MODULE_MATH | 
|---|
| 17 |  | 
|---|
| 18 | #include "plane.h" | 
|---|
| 19 | #ifdef DEBUG | 
|---|
| 20 | #include "debug.h" | 
|---|
| 21 | #else | 
|---|
| 22 | #include <stdio.h> | 
|---|
| 23 | #define PRINT(x) printf | 
|---|
| 24 | #endif | 
|---|
| 25 |  | 
|---|
| 26 | using namespace std; | 
|---|
| 27 |  | 
|---|
| 28 | /** | 
|---|
| 29 | *  create a rotation from a vector | 
|---|
| 30 | * @param v: a vector | 
|---|
| 31 | */ | 
|---|
| 32 | Rotation::Rotation (const Vector& v) | 
|---|
| 33 | { | 
|---|
| 34 | Vector x = Vector( 1, 0, 0); | 
|---|
| 35 | Vector axis = x.cross( v); | 
|---|
| 36 | axis.normalize(); | 
|---|
| 37 | float angle = angleRad( x, v); | 
|---|
| 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 | /** | 
|---|
| 52 | *  creates a rotation from an axis and an angle (radians!) | 
|---|
| 53 | * @param axis: the rotational axis | 
|---|
| 54 | * @param angle: the angle in radians | 
|---|
| 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 | /** | 
|---|
| 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) | 
|---|
| 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 | /** | 
|---|
| 99 | *  creates a nullrotation (an identity rotation) | 
|---|
| 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 | /** | 
|---|
| 115 | *  fills the specified buffer with a 4x4 glmatrix | 
|---|
| 116 | * @param buffer: Pointer to an array of 16 floats | 
|---|
| 117 |  | 
|---|
| 118 | Use this to get the rotation in a gl-compatible format | 
|---|
| 119 | */ | 
|---|
| 120 | void Rotation::glmatrix (float* buffer) | 
|---|
| 121 | { | 
|---|
| 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]; | 
|---|
| 138 | } | 
|---|
| 139 |  | 
|---|
| 140 | /** | 
|---|
| 141 | *  multiplies two rotational matrices | 
|---|
| 142 | * @param r: another Rotation | 
|---|
| 143 | * @return the matrix product of the Rotations | 
|---|
| 144 |  | 
|---|
| 145 | Use this to rotate one rotation by another | 
|---|
| 146 | */ | 
|---|
| 147 | Rotation Rotation::operator* (const Rotation& r) | 
|---|
| 148 | { | 
|---|
| 149 | Rotation p; | 
|---|
| 150 |  | 
|---|
| 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; | 
|---|
| 164 | } | 
|---|
| 165 |  | 
|---|
| 166 |  | 
|---|
| 167 | /** | 
|---|
| 168 | *  rotates the vector by the given rotation | 
|---|
| 169 | * @param v: a vector | 
|---|
| 170 | * @param r: a rotation | 
|---|
| 171 | * @return the rotated vector | 
|---|
| 172 | */ | 
|---|
| 173 | Vector rotateVector( const Vector& v, const Rotation& r) | 
|---|
| 174 | { | 
|---|
| 175 | Vector t; | 
|---|
| 176 |  | 
|---|
| 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 | /** | 
|---|
| 185 | *  calculate the distance between two lines | 
|---|
| 186 | * @param l: the other line | 
|---|
| 187 | * @return the distance between the lines | 
|---|
| 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 | /** | 
|---|
| 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 | 
|---|
| 203 | */ | 
|---|
| 204 | float Line::distancePoint (const Vector& v) const | 
|---|
| 205 | { | 
|---|
| 206 | Vector d = v-r; | 
|---|
| 207 | Vector u = a * d.dot( a); | 
|---|
| 208 | return (d - u).len(); | 
|---|
| 209 | } | 
|---|
| 210 |  | 
|---|
| 211 | /** | 
|---|
| 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 | 
|---|
| 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 |  | 
|---|
| 224 |  | 
|---|
| 225 | /** | 
|---|
| 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 | 
|---|
| 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); | 
|---|
| 234 | fp[1] = p.intersectLine (l); | 
|---|
| 235 | p = Plane (fp[1], l.a); | 
|---|
| 236 | fp[0] = p.intersectLine (*this); | 
|---|
| 237 | return fp; | 
|---|
| 238 | } | 
|---|
| 239 |  | 
|---|
| 240 | /** | 
|---|
| 241 | \brief calculate the length of a line | 
|---|
| 242 | \return the lenght of the line | 
|---|
| 243 | */ | 
|---|
| 244 | float Line::len() const | 
|---|
| 245 | { | 
|---|
| 246 | return a.len(); | 
|---|
| 247 | } | 
|---|
| 248 |  | 
|---|
| 249 | /** | 
|---|
| 250 | *  rotate the line by given rotation | 
|---|
| 251 | * @param rot: a rotation | 
|---|
| 252 | */ | 
|---|
| 253 | void Line::rotate (const Rotation& rot) | 
|---|
| 254 | { | 
|---|
| 255 | Vector t = a + r; | 
|---|
| 256 | t = rotateVector( t, rot); | 
|---|
| 257 | r = rotateVector( r, rot), | 
|---|
| 258 | a = t - r; | 
|---|
| 259 | } | 
|---|
| 260 |  | 
|---|
| 261 | /** | 
|---|
| 262 | *  create a plane from three points | 
|---|
| 263 | * @param a: first point | 
|---|
| 264 | * @param b: second point | 
|---|
| 265 | * @param c: third point | 
|---|
| 266 | */ | 
|---|
| 267 | Plane::Plane (const Vector& a, const Vector& b, const Vector& c) | 
|---|
| 268 | { | 
|---|
| 269 | n = (a-b).cross(c-b); | 
|---|
| 270 | k = n.dot(a) / n.len(); | 
|---|
| 271 | } | 
|---|
| 272 |  | 
|---|
| 273 | /** | 
|---|
| 274 | *  create a plane from anchor point and normal | 
|---|
| 275 | * @param norm: normal vector | 
|---|
| 276 | * @param p: anchor point | 
|---|
| 277 | */ | 
|---|
| 278 | Plane::Plane (const Vector& norm, const Vector& p) | 
|---|
| 279 | { | 
|---|
| 280 | n = norm; | 
|---|
| 281 | k = n.dot(p) / n.len(); | 
|---|
| 282 | } | 
|---|
| 283 |  | 
|---|
| 284 |  | 
|---|
| 285 | /** | 
|---|
| 286 | *  create a plane from anchor point and normal | 
|---|
| 287 | * @param norm: normal vector | 
|---|
| 288 | * @param p: anchor point | 
|---|
| 289 | */ | 
|---|
| 290 | Plane::Plane (const Vector& norm, const sVec3D& g) | 
|---|
| 291 | { | 
|---|
| 292 | Vector p(g[0], g[1], g[2]); | 
|---|
| 293 | n = norm; | 
|---|
| 294 | k = n.dot(p) / n.len(); | 
|---|
| 295 | } | 
|---|
| 296 |  | 
|---|
| 297 |  | 
|---|
| 298 | /** | 
|---|
| 299 | *  returns the intersection point between the plane and a line | 
|---|
| 300 | * @param l: a line | 
|---|
| 301 | */ | 
|---|
| 302 | Vector Plane::intersectLine (const Line& l) const | 
|---|
| 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 | /** | 
|---|
| 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) | 
|---|
| 313 | */ | 
|---|
| 314 | float Plane::distancePoint (const Vector& p) const | 
|---|
| 315 | { | 
|---|
| 316 | float l = n.len(); | 
|---|
| 317 | if( l == 0.0) return 0.0; | 
|---|
| 318 | return (n.dot(p) / n.len() - k); | 
|---|
| 319 | } | 
|---|
| 320 |  | 
|---|
| 321 |  | 
|---|
| 322 | /** | 
|---|
| 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) | 
|---|
| 326 | */ | 
|---|
| 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 | 
|---|
| 342 | { | 
|---|
| 343 | Vector s(p[0], p[1], p[2]); | 
|---|
| 344 |  | 
|---|
| 345 | float l = n.len(); | 
|---|
| 346 | if( l == 0.0) return 0.0; | 
|---|
| 347 | return (n.dot(s) / n.len() - k); | 
|---|
| 348 | } | 
|---|
| 349 |  | 
|---|
| 350 |  | 
|---|
| 351 | /** | 
|---|
| 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 | 
|---|
| 355 | */ | 
|---|
| 356 | float Plane::locatePoint (const Vector& p) const | 
|---|
| 357 | { | 
|---|
| 358 | return (n.dot(p) + k); | 
|---|
| 359 | } | 
|---|
| 360 |  | 
|---|