git.mutantstargoat.com Git - antikythera/blob - src/geom.cc

   1 #include <assert.h>
   2 #include <float.h>
   3 #include <algorithm>
   4 #include "geom.h"
   5
   6 GeomObject::~GeomObject()
   7 {
   8 }
   9
  10
  11 Sphere::Sphere()
  12 {
  13         radius = 1.0;
  14 }
  15
  16 Sphere::Sphere(const Vec3 &cent, float radius)
  17         : center(cent)
  18 {
  19         this->radius = radius;
  20 }
  21
  22 void Sphere::set_union(const GeomObject *obj1, const GeomObject *obj2)
  23 {
  24         const Sphere *sph1 = dynamic_cast<const Sphere*>(obj1);
  25         const Sphere *sph2 = dynamic_cast<const Sphere*>(obj2);
  26
  27         if(!sph1 || !sph2) {
  28                 fprintf(stderr, "Sphere::set_union: arguments must be spheres");
  29                 return;
  30         }
  31
  32         float dist = length(sph1->center - sph2->center);
  33         float surf_dist = dist - (sph1->radius + sph2->radius);
  34         float d1 = sph1->radius + surf_dist / 2.0;
  35         float d2 = sph2->radius + surf_dist / 2.0;
  36         float t = d1 / (d1 + d2);
  37
  38         if(t < 0.0) t = 0.0;
  39         if(t > 1.0) t = 1.0;
  40
  41         center = sph1->center * t + sph2->center * (1.0 - t);
  42         radius = std::max(dist * t + sph2->radius, dist * (1.0f - t) + sph1->radius);
  43 }
  44
  45 void Sphere::set_intersection(const GeomObject *obj1, const GeomObject *obj2)
  46 {
  47         fprintf(stderr, "Sphere::intersection undefined\n");
  48 }
  49
  50 bool Sphere::intersect(const Ray &ray, HitPoint *hit) const
  51 {
  52         float a = dot(ray.dir, ray.dir);
  53         float b = 2.0 * ray.dir.x * (ray.origin.x - center.x) +
  54                 2.0 * ray.dir.y * (ray.origin.y - center.y) +
  55                 2.0 * ray.dir.z * (ray.origin.z - center.z);
  56         float c = dot(ray.origin, ray.origin) + dot(center, center) -
  57                 2.0 * dot(ray.origin, center) - radius * radius;
  58
  59         float discr = b * b - 4.0 * a * c;
  60         if(discr < 1e-4) {
  61                 return false;
  62         }
  63
  64         float sqrt_discr = sqrt(discr);
  65         float t0 = (-b + sqrt_discr) / (2.0 * a);
  66         float t1 = (-b - sqrt_discr) / (2.0 * a);
  67
  68         if(t0 < 1e-4)
  69                 t0 = t1;
  70         if(t1 < 1e-4)
  71                 t1 = t0;
  72
  73         float t = t0 < t1 ? t0 : t1;
  74         if(t < 1e-4) {
  75                 return false;
  76         }
  77
  78         // fill the HitPoint structure
  79         if(hit) {
  80                 hit->obj = this;
  81                 hit->dist = t;
  82                 hit->pos = ray.origin + ray.dir * t;
  83                 hit->normal = (hit->pos - center) / radius;
  84         }
  85         return true;
  86 }
  87
  88
  89 AABox::AABox()
  90 {
  91 }
  92
  93 AABox::AABox(const Vec3 &vmin, const Vec3 &vmax)
  94         : min(vmin), max(vmax)
  95 {
  96 }
  97
  98 void AABox::set_union(const GeomObject *obj1, const GeomObject *obj2)
  99 {
 100         const AABox *box1 = dynamic_cast<const AABox*>(obj1);
 101         const AABox *box2 = dynamic_cast<const AABox*>(obj2);
 102
 103         if(!box1 || !box2) {
 104                 fprintf(stderr, "AABox::set_union: arguments must be AABoxes too\n");
 105                 return;
 106         }
 107
 108         min.x = std::min(box1->min.x, box2->min.x);
 109         min.y = std::min(box1->min.y, box2->min.y);
 110         min.z = std::min(box1->min.z, box2->min.z);
 111
 112         max.x = std::max(box1->max.x, box2->max.x);
 113         max.y = std::max(box1->max.y, box2->max.y);
 114         max.z = std::max(box1->max.z, box2->max.z);
 115 }
 116
 117 void AABox::set_intersection(const GeomObject *obj1, const GeomObject *obj2)
 118 {
 119         const AABox *box1 = dynamic_cast<const AABox*>(obj1);
 120         const AABox *box2 = dynamic_cast<const AABox*>(obj2);
 121
 122         if(!box1 || !box2) {
 123                 fprintf(stderr, "AABox::set_intersection: arguments must be AABoxes too\n");
 124                 return;
 125         }
 126
 127         for(int i=0; i<3; i++) {
 128                 min[i] = std::max(box1->min[i], box2->min[i]);
 129                 max[i] = std::min(box1->max[i], box2->max[i]);
 130
 131                 if(max[i] < min[i]) {
 132                         max[i] = min[i];
 133                 }
 134         }
 135 }
 136
 137 bool AABox::intersect(const Ray &ray, HitPoint *hit) const
 138 {
 139         Vec3 param[2] = {min, max};
 140         Vec3 inv_dir(1.0 / ray.dir.x, 1.0 / ray.dir.y, 1.0 / ray.dir.z);
 141         int sign[3] = {inv_dir.x < 0, inv_dir.y < 0, inv_dir.z < 0};
 142
 143         float tmin = (param[sign[0]].x - ray.origin.x) * inv_dir.x;
 144         float tmax = (param[1 - sign[0]].x - ray.origin.x) * inv_dir.x;
 145         float tymin = (param[sign[1]].y - ray.origin.y) * inv_dir.y;
 146         float tymax = (param[1 - sign[1]].y - ray.origin.y) * inv_dir.y;
 147
 148         if(tmin > tymax || tymin > tmax) {
 149                 return false;
 150         }
 151         if(tymin > tmin) {
 152                 tmin = tymin;
 153         }
 154         if(tymax < tmax) {
 155                 tmax = tymax;
 156         }
 157
 158         float tzmin = (param[sign[2]].z - ray.origin.z) * inv_dir.z;
 159         float tzmax = (param[1 - sign[2]].z - ray.origin.z) * inv_dir.z;
 160
 161         if(tmin > tzmax || tzmin > tmax) {
 162                 return false;
 163         }
 164         if(tzmin > tmin) {
 165                 tmin = tzmin;
 166         }
 167         if(tzmax < tmax) {
 168                 tmax = tzmax;
 169         }
 170
 171         float t = tmin < 1e-4 ? tmax : tmin;
 172         if(t >= 1e-4) {
 173
 174                 if(hit) {
 175                         hit->obj = this;
 176                         hit->dist = t;
 177                         hit->pos = ray.origin + ray.dir * t;
 178
 179                         float min_dist = FLT_MAX;
 180                         Vec3 offs = min + (max - min) / 2.0;
 181                         Vec3 local_hit = hit->pos - offs;
 182
 183                         static const Vec3 axis[] = {
 184                                 Vec3(1, 0, 0), Vec3(0, 1, 0), Vec3(0, 0, 1)
 185                         };
 186                         //int tcidx[][2] = {{2, 1}, {0, 2}, {0, 1}};
 187
 188                         for(int i=0; i<3; i++) {
 189                                 float dist = fabs((max[i] - offs[i]) - fabs(local_hit[i]));
 190                                 if(dist < min_dist) {
 191                                         min_dist = dist;
 192                                         hit->normal = axis[i] * (local_hit[i] < 0.0 ? 1.0 : -1.0);
 193                                         //hit->texcoord = Vec2(hit->pos[tcidx[i][0]], hit->pos[tcidx[i][1]]);
 194                                 }
 195                         }
 196                 }
 197                 return true;
 198         }
 199         return false;
 200
 201 }
 202
 203 Plane::Plane()
 204         : normal(0.0, 1.0, 0.0)
 205 {
 206 }
 207
 208 Plane::Plane(const Vec3 &p, const Vec3 &norm)
 209         : pt(p)
 210 {
 211         normal = normalize(norm);
 212 }
 213
 214 Plane::Plane(const Vec3 &p1, const Vec3 &p2, const Vec3 &p3)
 215         : pt(p1)
 216 {
 217         normal = normalize(cross(p2 - p1, p3 - p1));
 218 }
 219
 220 Plane::Plane(const Vec3 &normal, float dist)
 221 {
 222         this->normal = normalize(normal);
 223         pt = this->normal * dist;
 224 }
 225
 226 void Plane::set_union(const GeomObject *obj1, const GeomObject *obj2)
 227 {
 228         fprintf(stderr, "Plane::set_union undefined\n");
 229 }
 230
 231 void Plane::set_intersection(const GeomObject *obj1, const GeomObject *obj2)
 232 {
 233         fprintf(stderr, "Plane::set_intersection undefined\n");
 234 }
 235
 236 bool Plane::intersect(const Ray &ray, HitPoint *hit) const
 237 {
 238         float ndotdir = dot(normal, ray.dir);
 239         if(fabs(ndotdir) < 1e-4) {
 240                 return false;
 241         }
 242
 243         if(hit) {
 244                 Vec3 ptdir = pt - ray.origin;
 245                 float t = dot(normal, ptdir) / ndotdir;
 246
 247                 hit->pos = ray.origin + ray.dir * t;
 248                 hit->normal = normal;
 249                 hit->obj = this;
 250         }
 251         return true;
 252 }
 253
 254 float sphere_distance(const Vec3 &cent, float rad, const Vec3 &pt)
 255 {
 256         return length(pt - cent) - rad;
 257 }
 258
 259 // TODO version which takes both radii into account
 260 float capsule_distance(const Vec3 &a, float ra, const Vec3 &b, float rb, const Vec3 &pt)
 261 {
 262         Vec3 ab_dir = b - a;
 263         float ab_len_sq = length_sq(ab_dir);
 264
 265         if(fabs(ab_len_sq) < 1e-5) {
 266                 // if a == b, the capsule is a sphere with radius the maximum of the capsule radii
 267                 return sphere_distance(a, std::max(ra, rb), pt);
 268         }
 269         float ab_len = sqrt(ab_len_sq);
 270
 271         Vec3 ap_dir = pt - a;
 272
 273         float t = dot(ap_dir, ab_dir / ab_len) / ab_len;
 274         if(t < 0.0) {
 275                 return sphere_distance(a, ra, pt);
 276         }
 277         if(t >= 1.0) {
 278                 return sphere_distance(b, rb, pt);
 279         }
 280
 281         Vec3 pproj = a + ab_dir * t;
 282         return length(pproj - pt) - ra;
 283 }
 284
 285 #if 0
 286 float capsule_distance(const Vec3 &a, float ra, const Vec3 &b, float rb, const Vec3 &pt)
 287 {
 288         Vec3 ab_dir = b - a;
 289
 290         if(fabs(length_sq(ab_dir)) < 1e-5) {
 291                 // if a == b, the capsule is a sphere with radius the maximum of the capsule radii
 292                 return sphere_distance(a, std::max(ra, rb), pt);
 293         }
 294         float ab_len = length(ab_dir);
 295
 296         Vec3 ap_dir = pt - a;
 297         Vec3 rotaxis = normalize(cross(ab_dir, ap_dir));
 298
 299         Mat4 rmat;
 300         rmat.set_rotation(rotaxis, M_PI / 2.0);
 301         Vec3 right = rmat * ab_dir / ab_len;
 302
 303         // XXX I think this check is redundant, always false, due to the cross product order
 304         //assert(dot(right, ab_dir) >= 0.0);
 305         if(dot(right, ab_dir) < 0.0) {
 306                 right = -right;
 307         }
 308         Vec3 aa = a + right * ra;
 309         Vec3 bb = b + right * rb;
 310
 311         // project pt to the line segment bb-aa, see if the projection lies within the interval [0, 1)
 312         Vec3 aabb_dir = bb - aa;
 313         float aabb_len = length(aabb_dir);
 314         Vec3 aap_dir = pt - aa;
 315
 316         float t = dot(aap_dir, aabb_dir / aabb_len) / aabb_len;
 317         if(t < 0.0) {
 318                 return sphere_distance(a, ra, pt);
 319         }
 320         if(t >= 1.0) {
 321                 return sphere_distance(b, rb, pt);
 322         }
 323
 324         Vec3 ppt = aa + aabb_dir * t;
 325         Vec3 norm = ppt - pt;
 326         float dist = length(norm);
 327
 328         if(dot(norm, right) < 0.0) {
 329                 // inside the cone
 330                 dist = -dist;
 331         }
 332         return dist;
 333 }
 334 #endif