added cylinder primitive master
authorJohn Tsiombikas <nuclear@member.fsf.org>
Wed, 28 Mar 2018 16:10:34 +0000 (19:10 +0300)
committerJohn Tsiombikas <nuclear@member.fsf.org>
Wed, 28 Mar 2018 16:10:34 +0000 (19:10 +0300)
scene
src/csgimpl.h
src/csgray.c
src/geom.c
src/geom.h

diff --git a/scene b/scene
index ed67f5c..cbbc3d8 100644 (file)
--- a/scene
+++ b/scene
@@ -2,16 +2,17 @@
 # test scene for the CSG raytracer
 csgray_scene {
        viewer {
-               position = [0, 1, 5]
+               position = [-2, 1.5, 5]
                target = [0, 0, 0]
                fov = 50
        }
 
        subtract {
                subtract {
-                       sphere {
+                       cylinder {
                                position = [0, 0, 0]
                                radius = 1
+                               height = 2
                                color = [1, 0.1, 0.05]
                                roughness = 0.3
                        }
index 8b65783..90242a4 100644 (file)
@@ -38,7 +38,7 @@ struct sphere {
 
 struct cylinder {
        struct object ob;
-       float rad;
+       float rad, height;
 };
 
 struct plane {
@@ -47,6 +47,11 @@ struct plane {
        float d;
 };
 
+struct box {
+       struct object ob;
+       float xsz, ysz, zsz;
+};
+
 struct csgop {
        struct object ob;
        csg_object *a, *b;
@@ -57,6 +62,7 @@ union csg_object {
        struct sphere sph;
        struct cylinder cyl;
        struct plane plane;
+       struct box box;
        struct csgop un, isect, sub;
 };
 
@@ -69,4 +75,6 @@ struct camera {
        float xform[16];
 };
 
+int csg_dbg_pixel;
+
 #endif /* CSGIMPL_H_ */
index c9d2ed2..ae0f8ad 100644 (file)
@@ -153,10 +153,12 @@ int csg_remove_object(csg_object *o)
 
 void csg_free_object(csg_object *o)
 {
-       if(o->ob.destroy) {
-               o->ob.destroy(o);
+       if(o) {
+               if(o->ob.destroy) {
+                       o->ob.destroy(o);
+               }
+               free(o);
        }
-       free(o);
 }
 
 static union csg_object *alloc_object(int type)
@@ -187,6 +189,7 @@ csg_object *csg_null(float x, float y, float z)
        }
 
        mat4_translation(o->ob.xform, x, y, z);
+       mat4_translation(o->ob.inv_xform, -x, -y, -z);
        return o;
 }
 
@@ -200,25 +203,27 @@ csg_object *csg_sphere(float x, float y, float z, float r)
 
        o->sph.rad = r;
        mat4_translation(o->ob.xform, x, y, z);
-       mat4_copy(o->ob.inv_xform, o->ob.xform);
-       mat4_inverse(o->ob.inv_xform);
+       mat4_translation(o->ob.inv_xform, -x, -y, -z);
        return o;
 }
 
 csg_object *csg_cylinder(float x0, float y0, float z0, float x1, float y1, float z1, float r)
 {
        csg_object *o;
-       float dx, dy, dz;
+       float x, y, z, dx, dy, dz;
        int major;
 
        if(!(o = alloc_object(OB_CYLINDER))) {
                return 0;
        }
+       o->cyl.rad = r;
 
        dx = x1 - x0;
        dy = y1 - y0;
        dz = z1 - z0;
 
+       o->cyl.height = sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz);
+
        if(fabs(dx) > fabs(dy) && fabs(dx) > fabs(dz)) {
                major = 0;
        } else if(fabs(dy) > fabs(dz)) {
@@ -227,8 +232,11 @@ csg_object *csg_cylinder(float x0, float y0, float z0, float x1, float y1, float
                major = 2;
        }
 
-       o->cyl.rad = r;
-       mat4_lookat(o->ob.xform, x0, y0, z0, x1, y1, z1, 0, major == 2 ? 1 : 0, major == 2 ? 0 : 1);
+       x = (x0 + x1) / 2.0f;
+       y = (y0 + y1) / 2.0f;
+       z = (z0 + z1) / 2.0f;
+
+       mat4_lookat(o->ob.xform, x, y, z, dx, dz, -dy, 0, major == 2 ? 0 : 1, major == 2 ? 1 : 0);
        mat4_copy(o->ob.inv_xform, o->ob.xform);
        mat4_inverse(o->ob.inv_xform);
        return o;
@@ -254,13 +262,28 @@ csg_object *csg_plane(float x, float y, float z, float nx, float ny, float nz)
        o->plane.nx = nx;
        o->plane.ny = ny;
        o->plane.nz = nz;
-       o->plane.d = x * nx + y * ny + z * nz;
+       o->plane.d = 0.0f;
+
+       mat4_translation(o->ob.xform, x, y, z);
+       mat4_translation(o->ob.inv_xform, -x, -y, -z);
        return o;
 }
 
 csg_object *csg_box(float x, float y, float z, float xsz, float ysz, float zsz)
 {
-       return 0;
+       csg_object *o;
+
+       if(!(o = alloc_object(OB_BOX))) {
+               return 0;
+       }
+
+       o->box.xsz = xsz;
+       o->box.ysz = ysz;
+       o->box.zsz = zsz;
+
+       mat4_translation(o->ob.xform, x, y, z);
+       mat4_translation(o->ob.inv_xform, -x, -y, -z);
+       return o;
 }
 
 csg_object *csg_union(csg_object *a, csg_object *b)
@@ -369,6 +392,8 @@ void csg_render_pixel(int x, int y, int width, int height, float aspect, float *
 {
        struct ray ray;
 
+       csg_dbg_pixel = (x == 400 && y == 186);
+
        calc_primary_ray(&ray, x, y, width, height, aspect);
        ray_trace(&ray, color);
 }
@@ -559,6 +584,13 @@ static csg_object *load_object(struct ts_node *node)
                        goto err;
                }
 
+       } else if(strcmp(node->name, "cylinder") == 0) {
+               float rad = ts_get_attr_num(node, "radius", 1.0f);
+               float height = ts_get_attr_num(node, "height", 1.0f);
+               if(!(o = csg_cylinder(0, -height/2.0f, 0, 0, height/2.0f, 0, rad))) {
+                       goto err;
+               }
+
        } else if(strcmp(node->name, "plane") == 0) {
                static float def_norm[] = {0, 1, 0};
                float *norm = ts_get_attr_vec(node, "normal", def_norm);
index bd340bf..1e6110c 100644 (file)
@@ -2,6 +2,7 @@
 #include <stdlib.h>
 #include <math.h>
 #include <float.h>
+#include <assert.h>
 #include "geom.h"
 #include "matrix.h"
 
@@ -59,6 +60,8 @@ struct hinterv *ray_intersect(struct ray *ray, csg_object *o)
                return ray_cylinder(ray, o);
        case OB_PLANE:
                return ray_plane(ray, o);
+       case OB_BOX:
+               return ray_box(ray, o);
        case OB_UNION:
                return ray_csg_un(ray, o);
        case OB_INTERSECTION:
@@ -130,12 +133,142 @@ struct hinterv *ray_sphere(struct ray *ray, csg_object *o)
        return hit;
 }
 
+static int ray_cylcap(struct ray *ray, float y, float rad, float *tres)
+{
+       float ndotr, ndotv, vy, t;
+       float ny = y > 0.0f ? 1.0f : -1.0f;
+       float x, z, lensq;
+
+       ndotr = ny * ray->dy;
+       if(fabs(ndotr) < EPSILON) return 0;
+
+       vy = y - ray->y;
+
+       ndotv = ny * vy;
+
+       t = ndotv / ndotr;
+
+       x = ray->x + ray->dx * t;
+       z = ray->z + ray->dz * t;
+       lensq = x * x + z * z;
+
+       if(lensq <= rad * rad) {
+               *tres = t;
+               return 1;
+       }
+       return 0;
+}
+
 struct hinterv *ray_cylinder(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
+       int i, out[2] = {0}, t_is_cap[2] = {0};
+       float a, b, c, d, sqrt_d, t[2], sq_rad, tmp, y[2], hh, cap_t;
+       struct hinterv *hit;
        struct ray locray = *ray;
 
+       if(o->cyl.rad == 0.0f || o->cyl.height == 0.0f) {
+               return 0;
+       }
+       sq_rad = o->cyl.rad * o->cyl.rad;
+       hh = o->cyl.height / 2.0f;
+
        xform_ray(&locray, o->ob.inv_xform);
-       return 0;       /* TODO */
+
+       a = locray.dx * locray.dx + locray.dz * locray.dz;
+       b = 2.0f * (locray.dx * locray.x + locray.dz * locray.z);
+       c = locray.x * locray.x + locray.z * locray.z - sq_rad;
+
+       d = b * b - 4.0f * a * c;
+       if(d < EPSILON) return 0;
+
+       sqrt_d = sqrt(d);
+       t[0] = (-b + sqrt_d) / (2.0f * a);
+       t[1] = (-b - sqrt_d) / (2.0f * a);
+
+       if(t[0] < EPSILON && t[1] < EPSILON) {
+               return 0;
+       }
+       if(t[1] < t[0]) {
+               tmp = t[0];
+               t[0] = t[1];
+               t[1] = tmp;
+       }
+
+       y[0] = locray.y + locray.dy * t[0];
+       y[1] = locray.y + locray.dy * t[1];
+
+       if(y[0] < -hh || y[0] > hh) {
+               out[0] = 1;
+       }
+       if(y[1] < -hh || y[1] > hh) {
+               out[1] = 1;
+       }
+
+       if(out[0]) {
+               t[0] = t[1];
+       }
+       if(out[1]) {
+               t[1] = t[0];
+       }
+
+       if(ray_cylcap(ray, hh, o->cyl.rad, &cap_t)) {
+               if(cap_t < t[0]) {
+                       t[0] = cap_t;
+                       t_is_cap[0] = 1;
+                       out[0] = 0;
+               }
+               if(cap_t > t[1]) {
+                       t[1] = cap_t;
+                       t_is_cap[1] = 1;
+                       out[1] = 0;
+               }
+       }
+       if(ray_cylcap(ray, -hh, o->cyl.rad, &cap_t)) {
+               if(cap_t < t[0]) {
+                       t[0] = cap_t;
+                       t_is_cap[0] = -1;
+                       out[0] = 0;
+               }
+               if(cap_t > t[1]) {
+                       t[1] = cap_t;
+                       t_is_cap[1] = -1;
+                       out[1] = 0;
+               }
+       }
+
+       if(out[0] && out[1]) {
+               return 0;
+       }
+
+       hit = alloc_hits(1);
+       hit->o = o;
+       for(i=0; i<2; i++) {
+               float c[3] = {0, 0, 0};
+               float x, y, z;
+
+               x = ray->x + ray->dx * t[i];
+               y = ray->y + ray->dy * t[i];
+               z = ray->z + ray->dz * t[i];
+
+               if(t_is_cap[i]) {
+                       hit->end[i].nx = hit->end[i].nz = 0.0f;
+                       hit->end[i].ny = t_is_cap[i] > 0 ? 1.0f : -1.0f;
+               } else {
+                       c[1] = locray.y + locray.dy * t[i];
+                       mat4_xform3(c, o->ob.xform, c);
+
+                       hit->end[i].nx = (x - c[0]) / o->cyl.rad;
+                       hit->end[i].ny = (y - c[1]) / o->cyl.rad;
+                       hit->end[i].nz = (z - c[2]) / o->cyl.rad;
+               }
+
+               hit->end[i].t = t[i];
+               hit->end[i].x = x;
+               hit->end[i].y = y;
+               hit->end[i].z = z;
+               hit->end[i].o = o;
+       }
+       return hit;
 }
 
 struct hinterv *ray_plane(struct ray *ray, csg_object *o)
@@ -178,6 +311,88 @@ struct hinterv *ray_plane(struct ray *ray, csg_object *o)
        return hit;
 }
 
+#define BEXT(x)        ((x) * 0.49999)
+
+struct hinterv *ray_box(struct ray *ray, csg_object *o)
+{
+       int i, sign[3];
+       float param[2][3];
+       float inv_dir[3];
+       float tmin, tmax, tymin, tymax, tzmin, tzmax;
+       struct hinterv *hit;
+       struct ray locray = *ray;
+       float dirmat[16];
+
+       xform_ray(&locray, o->ob.inv_xform);
+
+       for(i=0; i<3; i++) {
+               float sz = *(&o->box.xsz + i);
+               param[0][i] = -0.5 * sz;
+               param[1][i] = 0.5 * sz;
+
+               inv_dir[i] = 1.0f / *(&locray.dx + i);
+               sign[i] = inv_dir[i] < 0;
+       }
+
+       tmin = (param[sign[0]][0] - locray.x) * inv_dir[0];
+       tmax = (param[1 - sign[0]][0] - locray.x) * inv_dir[0];
+       tymin = (param[sign[1]][1] - locray.y) * inv_dir[1];
+       tymax = (param[1 - sign[1]][1] - locray.y) * inv_dir[1];
+
+       if(tmin > tymax || tymin > tmax) {
+               return 0;
+       }
+       if(tymin > tmin) {
+               tmin = tymin;
+       }
+       if(tymax < tmax) {
+               tmax = tymax;
+       }
+
+       tzmin = (param[sign[2]][2] - locray.z) * inv_dir[2];
+       tzmax = (param[1 - sign[2]][2] - locray.z) * inv_dir[2];
+
+       if(tmin > tzmax || tzmin > tmax) {
+               return 0;
+       }
+       if(tzmin > tmin) {
+               tmin = tzmin;
+       }
+       if(tzmax < tmax) {
+               tmax = tzmax;
+       }
+
+       mat4_copy(dirmat, o->ob.xform);
+       mat4_upper3x3(dirmat);
+
+       hit = alloc_hits(1);
+       hit->o = o;
+       for(i=0; i<2; i++) {
+               float n[3] = {0};
+               float t = i == 0 ? tmin : tmax;
+
+               float x = (locray.x + locray.dx * t) / o->box.xsz;
+               float y = (locray.y + locray.dy * t) / o->box.ysz;
+               float z = (locray.z + locray.dz * t) / o->box.zsz;
+
+               if(fabs(x) > fabs(y) && fabs(x) > fabs(z)) {
+                       n[0] = x > 0.0f ? 1.0f : -1.0f;
+               } else if(fabs(y) > fabs(z)) {
+                       n[1] = y > 0.0f ? 1.0f : -1.0f;
+               } else {
+                       n[2] = z > 0.0f ? 1.0f : -1.0f;
+               }
+
+               hit->end[i].o = o;
+               hit->end[i].t = t;
+               hit->end[i].x = ray->x + ray->dx * t;
+               hit->end[i].y = ray->y + ray->dy * t;
+               hit->end[i].z = ray->z + ray->dz * t;
+               mat4_xform3(&hit->end[i].nx, dirmat, n);
+       }
+       return hit;
+}
+
 struct hinterv *ray_csg_un(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
        struct hinterv *hita, *hitb, *res;
index e3865d2..d8384a1 100644 (file)
@@ -33,6 +33,7 @@ struct hinterv *ray_intersect(struct ray *ray, csg_object *o);
 struct hinterv *ray_sphere(struct ray *ray, csg_object *o);
 struct hinterv *ray_cylinder(struct ray *ray, csg_object *o);
 struct hinterv *ray_plane(struct ray *ray, csg_object *o);
+struct hinterv *ray_box(struct ray *ray, csg_object *o);
 struct hinterv *ray_csg_un(struct ray *ray, csg_object *o);
 struct hinterv *ray_csg_isect(struct ray *ray, csg_object *o);
 struct hinterv *ray_csg_sub(struct ray *ray, csg_object *o);