added specular
[csgray] / src / geom.c
index ee7cb7d..bd340bf 100644 (file)
@@ -1,13 +1,20 @@
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <math.h>
+#include <float.h>
 #include "geom.h"
 #include "matrix.h"
 
+#define EPSILON                1e-6f
+
+static struct hinterv *interval_union(struct hinterv *a, struct hinterv *b);
+static struct hinterv *interval_isect(struct hinterv *a, struct hinterv *b);
+static struct hinterv *interval_sub(struct hinterv *a, struct hinterv *b);
+
 /* TODO custom hit allocator */
-struct hit *alloc_hit(void)
+struct hinterv *alloc_hit(void)
 {
-       struct hit *hit = calloc(sizeof *hit, 1);
+       struct hinterv *hit = calloc(sizeof *hit, 1);
        if(!hit) {
                perror("failed to allocate ray hit node");
                abort();
@@ -15,21 +22,35 @@ struct hit *alloc_hit(void)
        return hit;
 }
 
-void free_hit(struct hit *hit)
+struct hinterv *alloc_hits(int n)
+{
+       int i;
+       struct hinterv *list = 0;
+
+       for(i=0; i<n; i++) {
+               struct hinterv *hit = alloc_hit();
+               hit->next = list;
+               list = hit;
+       }
+       return list;
+}
+
+
+void free_hit(struct hinterv *hit)
 {
        free(hit);
 }
 
-void free_hit_list(struct hit *hit)
+void free_hit_list(struct hinterv *hit)
 {
        while(hit) {
-               struct hit *tmp = hit;
+               struct hinterv *tmp = hit;
                hit = hit->next;
                free_hit(tmp);
        }
 }
 
-struct hit *ray_intersect(struct ray *ray, csg_object *o)
+struct hinterv *ray_intersect(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
        switch(o->ob.type) {
        case OB_SPHERE:
@@ -50,10 +71,11 @@ struct hit *ray_intersect(struct ray *ray, csg_object *o)
        return 0;
 }
 
-struct hit *ray_sphere(struct ray *ray, csg_object *o)
+struct hinterv *ray_sphere(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
-       float a, b, c, d, sqrt_d, t0, t1, t, sq_rad;
-       struct hit *hit;
+       int i;
+       float a, b, c, d, sqrt_d, t[2], sq_rad, tmp;
+       struct hinterv *hit;
        struct ray locray = *ray;
 
        if(o->sph.rad == 0.0f) {
@@ -68,30 +90,47 @@ struct hit *ray_sphere(struct ray *ray, csg_object *o)
        c = (locray.x * locray.x + locray.y * locray.y + locray.z * locray.z) - sq_rad;
 
        d = b * b - 4.0f * a * c;
-       if(d < 1e-6) return 0;
+       if(d < EPSILON) return 0;
 
        sqrt_d = sqrt(d);
-       t0 = (-b + sqrt_d) / (2.0f * a);
-       t1 = (-b - sqrt_d) / (2.0f * a);
-
-       if(t0 < 1e-6) t0 = t1;
-       if(t1 < 1e-6) t1 = t0;
-       t = t0 < t1 ? t0 : t1;
-       if(t < 1e-6) return 0;
-
-       hit = alloc_hit();
-       hit->t = t;
-       hit->x = ray->x + ray->dx * t;
-       hit->y = ray->y + ray->dy * t;
-       hit->z = ray->z + ray->dz * t;
-       hit->nx = hit->x / o->sph.rad;
-       hit->ny = hit->y / o->sph.rad;
-       hit->nz = hit->z / o->sph.rad;
+       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;
+       }
+
+       hit = alloc_hits(1);
        hit->o = o;
+       for(i=0; i<2; i++) {
+               float c[3] = {0, 0, 0};
+               float x, y, z;
+
+               mat4_xform3(c, o->ob.xform, c);
+
+               x = ray->x + ray->dx * t[i];
+               y = ray->y + ray->dy * t[i];
+               z = ray->z + ray->dz * t[i];
+
+               hit->end[i].t = t[i];
+               hit->end[i].x = x;
+               hit->end[i].y = y;
+               hit->end[i].z = z;
+               hit->end[i].nx = (x - c[0]) / o->sph.rad;
+               hit->end[i].ny = (y - c[1]) / o->sph.rad;
+               hit->end[i].nz = (z - c[2]) / o->sph.rad;
+               hit->end[i].o = o;
+       }
        return hit;
 }
 
-struct hit *ray_cylinder(struct ray *ray, csg_object *o)
+struct hinterv *ray_cylinder(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
        struct ray locray = *ray;
 
@@ -99,64 +138,95 @@ struct hit *ray_cylinder(struct ray *ray, csg_object *o)
        return 0;       /* TODO */
 }
 
-struct hit *ray_plane(struct ray *ray, csg_object *o)
+struct hinterv *ray_plane(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
        float vx, vy, vz, ndotv, ndotr, t;
-       struct hit *hit = 0;
+       struct hinterv *hit;
        struct ray locray = *ray;
 
        xform_ray(&locray, o->ob.inv_xform);
 
+       ndotr = o->plane.nx * locray.dx + o->plane.ny * locray.dy + o->plane.nz * locray.dz;
+       if(fabs(ndotr) < EPSILON) return 0;
+
        vx = o->plane.nx * o->plane.d - locray.x;
        vy = o->plane.ny * o->plane.d - locray.y;
        vz = o->plane.nz * o->plane.d - locray.z;
 
        ndotv = o->plane.nx * vx + o->plane.ny * vy + o->plane.nz * vz;
-       if(fabs(ndotv) < 1e-6) return 0;
 
-       ndotr = o->plane.nx * locray.dx + o->plane.ny * locray.dy + o->plane.nz * locray.dz;
-       t = ndotr / ndotv;
-
-       if(t > 1e-6) {
-               hit = alloc_hit();
-               hit->t = t;
-               hit->x = ray->x + ray->dx * t;
-               hit->y = ray->y + ray->dy * t;
-               hit->z = ray->z + ray->dz * t;
-               hit->nx = o->plane.nx;
-               hit->ny = o->plane.ny;
-               hit->nz = o->plane.nz;
-               hit->o = o;
+       t = ndotv / ndotr;
+       if(t < EPSILON) {
+               return 0;
        }
+
+       hit = alloc_hits(1);
+       hit->o = hit->end[0].o = hit->end[1].o = o;
+       hit->end[0].t = t;
+       hit->end[0].x = ray->x + ray->dx * t;
+       hit->end[0].y = ray->y + ray->dy * t;
+       hit->end[0].z = ray->z + ray->dz * t;
+
+       hit->end[0].nx = hit->end[1].nx = o->plane.nx;
+       hit->end[0].ny = hit->end[1].ny = o->plane.ny;
+       hit->end[0].nz = hit->end[1].nz = o->plane.nz;
+
+       hit->end[1].t = FLT_MAX;
+       hit->end[1].x = ray->x + ray->dx * 10000.0f;
+       hit->end[1].y = ray->y + ray->dy * 10000.0f;
+       hit->end[1].z = ray->z + ray->dz * 10000.0f;
        return hit;
 }
 
-struct hit *ray_csg_un(struct ray *ray, csg_object *o)
+struct hinterv *ray_csg_un(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
-       struct hit *hita, *hitb;
+       struct hinterv *hita, *hitb, *res;
 
        hita = ray_intersect(ray, o->un.a);
-       hitb = ray_intersect(ray, o->un.a);
+       hitb = ray_intersect(ray, o->un.b);
 
        if(!hita) return hitb;
        if(!hitb) return hita;
 
-       if(hita->t < hitb->t) {
-               free_hit(hitb);
-               return hita;
-       }
-       free_hit(hita);
-       return hitb;
+       res = interval_union(hita, hitb);
+       free_hit_list(hita);
+       free_hit_list(hitb);
+       return res;
 }
 
-struct hit *ray_csg_isect(struct ray *ray, csg_object *o)
+struct hinterv *ray_csg_isect(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
-       return 0;
+       struct hinterv *hita, *hitb, *res;
+
+       hita = ray_intersect(ray, o->isect.a);
+       hitb = ray_intersect(ray, o->isect.b);
+
+       if(!hita || !hitb) {
+               free_hit_list(hita);
+               free_hit_list(hitb);
+               return 0;
+       }
+
+       res = interval_isect(hita, hitb);
+       free_hit_list(hita);
+       free_hit_list(hitb);
+       return res;
 }
 
-struct hit *ray_csg_sub(struct ray *ray, csg_object *o)
+struct hinterv *ray_csg_sub(struct ray *ray, csg_object *o)
 {
-       return 0;
+       struct hinterv *hita, *hitb, *res;
+
+       hita = ray_intersect(ray, o->un.a);
+       hitb = ray_intersect(ray, o->un.b);
+
+       if(!hita) return 0;
+       if(!hitb) return hita;
+
+       res = interval_sub(hita, hitb);
+       free_hit_list(hita);
+       free_hit_list(hitb);
+       return res;
 }
 
 
@@ -170,3 +240,114 @@ void xform_ray(struct ray *ray, float *mat)
        mat4_xform3(&ray->x, mat, &ray->x);
        mat4_xform3(&ray->dx, m3x3, &ray->dx);
 }
+
+static void flip_hit(struct hit *hit)
+{
+       hit->nx = -hit->nx;
+       hit->ny = -hit->ny;
+       hit->nz = -hit->nz;
+}
+
+static struct hinterv *interval_union(struct hinterv *a, struct hinterv *b)
+{
+       struct hinterv *res, *res2;
+
+       if(a->end[0].t > b->end[1].t || a->end[1].t < b->end[0].t) {
+               /* disjoint */
+               res = alloc_hits(2);
+               res2 = res->next;
+
+               if(a->end[0].t < b->end[0].t) {
+                       *res = *a;
+                       *res2 = *b;
+               } else {
+                       *res = *b;
+                       *res2 = *a;
+               }
+               res->next = res2;
+               res2->next = 0;
+               return res;
+       }
+
+       res = alloc_hits(1);
+       res->end[0] = a->end[0].t <= b->end[0].t ? a->end[0] : b->end[0];
+       res->end[1] = a->end[1].t >= b->end[1].t ? a->end[1] : b->end[1];
+       return res;
+}
+
+static struct hinterv *interval_isect(struct hinterv *a, struct hinterv *b)
+{
+       struct hinterv *res;
+
+       if(a->end[0].t > b->end[1].t || a->end[1].t < b->end[0].t) {
+               /* disjoint */
+               return 0;
+       }
+
+       res = alloc_hits(1);
+
+       if(a->end[0].t <= b->end[0].t && a->end[1].t >= b->end[1].t) {
+               /* B in A */
+               *res = *a;
+               res->next = 0;
+               return res;
+       }
+       if(a->end[0].t > b->end[0].t && a->end[1].t < b->end[1].t) {
+               /* A in B */
+               *res = *b;
+               res->next = 0;
+               return res;
+       }
+
+       /* partial overlap */
+       if(a->end[0].t < b->end[0].t) {
+               res->end[0] = b->end[0];
+               res->end[1] = a->end[1];
+       } else {
+               res->end[0] = a->end[0];
+               res->end[1] = b->end[1];
+       }
+       return res;
+}
+
+static struct hinterv *interval_sub(struct hinterv *a, struct hinterv *b)
+{
+       struct hinterv *res;
+
+       if(a->end[0].t >= b->end[0].t && a->end[1].t <= b->end[1].t) {
+               /* A in B */
+               return 0;
+       }
+
+       if(a->end[0].t < b->end[0].t && a->end[1].t > b->end[1].t) {
+               /* B in A */
+               res = alloc_hits(2);
+               res->end[0] = a->end[0];
+               res->end[1] = b->end[0];
+               res->next->end[0] = b->end[1];
+               res->next->end[1] = a->end[1];
+               return res;
+       }
+
+       res = alloc_hits(1);
+
+       if(a->end[0].t > b->end[1].t || a->end[1].t < b->end[0].t) {
+               /* disjoint */
+               *res = *a;
+               res->next = 0;
+               return res;
+       }
+
+       /* partial overlap */
+       if(a->end[0].t <= b->end[0].t) {
+               res->end[0] = a->end[0];
+               res->end[1] = b->end[0];
+       } else {
+               res->end[0] = b->end[1];
+               res->end[1] = a->end[1];
+       }
+
+       flip_hit(res->end + 0);
+       flip_hit(res->end + 1);
+       return res;
+}