git.mutantstargoat.com Git - gph-cmath/blob - src/cgmath.h

   1 /* C version of the graphene math library
   2  * Copyright (C) 2018 John Tsiombikas <nuclear@member.fsf.org>
   3  *
   4  * This program is free software. Feel free to use, modify, and/or redistribute
   5  * it under the terms of the MIT/X11 license. See LICENSE for details.
   6  * If you intend to redistribute parts of the code without the LICENSE file
   7  * replace this paragraph with the full contents of the LICENSE file.
   8  *
   9  * Function prefixes signify the data type of their operand(s):
  10  * - cgm_v... functions are operations on cgm_vec3 vectors
  11  * - cgm_w... functions are operations on cgm_vec4 vectors
  12  * - cgm_q... functions are operations on cgm_quat quaternions (w + xi + yj + zk)
  13  * - cgm_m... functions are operations on 4x4 matrices (stored as linear 16 float arrays)
  14  *
  15  * NOTE: *ALL* matrix arguments are pointers to 16 floats. Even the functions
  16  * which operate on 3x3 matrices, actually use the upper 3x3 of a 4x4 matrix,
  17  * and still expect an array of 16 floats.
  18  *
  19  * NOTE: matrices are treated by all operations as column-major, to match OpenGL
  20  * conventions, so everything is pretty much transposed.
  21  */
  22 #ifndef CGMATH_H_
  23 #define CGMATH_H_
  24
  25 #include <math.h>
  26 #include <string.h>
  27
  28 typedef struct {
  29         float x, y, z;
  30 } cgm_vec3;
  31
  32 typedef struct {
  33         float x, y, z, w;
  34 } cgm_vec4, cgm_quat;
  35
  36 typedef enum cgm_euler_mode {
  37         CGM_EULER_XYZ,
  38         CGM_EULER_XZY,
  39         CGM_EULER_YXZ,
  40         CGM_EULER_YZX,
  41         CGM_EULER_ZXY,
  42         CGM_EULER_ZYX,
  43         CGM_EULER_ZXZ,
  44         CGM_EULER_ZYZ,
  45         CGM_EULER_YXY,
  46         CGM_EULER_YZY,
  47         CGM_EULER_XYX,
  48         CGM_EULER_XZX
  49 } cgm_euler_mode;
  50
  51 #ifdef __cplusplus
  52 extern "C" {
  53 #endif
  54
  55 /* --- operations on cgm_vec3 --- */
  56 static inline void cgm_vcons(cgm_vec3 *v, float x, float y, float z);
  57
  58 static inline void cgm_vadd(cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b);
  59 static inline void cgm_vsub(cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b);
  60 static inline void cgm_vmul(cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b);
  61 static inline void cgm_vscale(cgm_vec3 *v, float s);
  62 static inline void cgm_vmul_m4v3(cgm_vec3 *v, const float *m);  /* m4x4 * v */
  63 static inline void cgm_vmul_v3m4(cgm_vec3 *v, const float *m);  /* v * m4x4 */
  64 static inline void cgm_vmul_m3v3(cgm_vec3 *v, const float *m);  /* m3x3 * v (m still 16 floats) */
  65 static inline void cgm_vmul_v3m3(cgm_vec3 *v, const float *m);  /* v * m3x3 (m still 16 floats) */
  66
  67 static inline float cgm_vdot(const cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b);
  68 static inline void cgm_vcross(cgm_vec3 *res, const cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b);
  69 static inline float cgm_vlength(const cgm_vec3 *v);
  70 static inline float cgm_vlength_sq(const cgm_vec3 *v);
  71 static inline float cgm_vdist(const cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b);
  72 static inline float cgm_vdist_sq(const cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b);
  73 static inline void cgm_vnormalize(cgm_vec3 *v);
  74
  75 static inline void cgm_vreflect(cgm_vec3 *v, const cgm_vec3 *n);
  76 static inline void cgm_vrefract(cgm_vec3 *v, const cgm_vec3 *n, float ior);
  77
  78 static inline void cgm_vrotate_quat(cgm_vec3 *v, const cgm_quat *q);
  79 static inline void cgm_vrotate_axis(cgm_vec3 *v, int axis, float angle);
  80 static inline void cgm_vrotate(cgm_vec3 *v, float angle, float x, float y, float z);
  81 static inline void cgm_vrotate_euler(cgm_vec3 *v, float a, float b, float c, enum cgm_euler_mode mode);
  82
  83 static inline void cgm_vlerp(cgm_vec3 *res, const cgm_vec3 *a, const cgm_vec3 *b, float t);
  84
  85 /* --- operations on cgm_vec4 --- */
  86 static inline void cgm_wcons(cgm_vec4 *v, float x, float y, float z, float w);
  87
  88 static inline void cgm_wadd(cgm_vec4 *a, const cgm_vec4 *b);
  89 static inline void cgm_wsub(cgm_vec4 *a, const cgm_vec4 *b);
  90 static inline void cgm_wmul(cgm_vec4 *a, const cgm_vec4 *b);
  91 static inline void cgm_wscale(cgm_vec4 *v, float s);
  92
  93 static inline void cgm_wmul_m4v4(cgm_vec4 *v, const float *m);
  94 static inline void cgm_wmul_v4m4(cgm_vec4 *v, const float *m);
  95 static inline void cgm_wmul_m34v4(cgm_vec4 *v, const float *m); /* doesn't affect w */
  96 static inline void cgm_wmul_v4m43(cgm_vec4 *v, const float *m); /* doesn't affect w */
  97 static inline void cgm_wmul_m3v4(cgm_vec4 *v, const float *m); /* (m still 16 floats) */
  98 static inline void cgm_wmul_v4m3(cgm_vec4 *v, const float *m); /* (m still 16 floats) */
  99
 100 static inline float cgm_wlength(const cgm_vec4 *v);
 101 static inline float cgm_wlength_sq(const cgm_vec4 *v);
 102 static inline float cgm_wdist(const cgm_vec4 *a, const cgm_vec4 *b);
 103 static inline float cgm_wdist_sq(const cgm_vec4 *a, const cgm_vec4 *b);
 104 static inline void cgm_wnormalize(cgm_vec4 *v);
 105
 106 static inline void cgm_wlerp(cgm_vec4 *res, const cgm_vec4 *a, const cgm_vec4 *b, float t);
 107
 108 /* --- operations on quaternions --- */
 109 static inline void cgm_qcons(cgm_quat *q, float x, float y, float z, float w);
 110
 111 static inline void cgm_qneg(cgm_quat *q);
 112 static inline void cgm_qadd(cgm_quat *a, const cgm_quat *b);
 113 static inline void cgm_qsub(cgm_quat *a, const cgm_quat *b);
 114 static inline void cgm_qmul(cgm_quat *a, const cgm_quat *b);
 115
 116 static inline float cgm_qlength(const cgm_quat *q);
 117 static inline float cgm_qlength_sq(const cgm_quat *q);
 118 static inline void cgm_qnormalize(cgm_quat *q);
 119 static inline void cgm_qconjugate(cgm_quat *q);
 120 static inline void cgm_qinvert(cgm_quat *q);
 121
 122 static inline void cgm_qrotation(cgm_quat *q, const cgm_vec3 *axis, float angle);
 123 static inline void cgm_qrotate(cgm_quat *q, const cgm_vec3 *axis, float angle);
 124
 125 static inline void cgm_qslerp(cgm_quat *res, const cgm_quat *a, const cgm_quat *b, float t);
 126 static inline void cgm_qlerp(cgm_quat *res, const cgm_quat *a, const cgm_quat *b, float t);
 127
 128 /* --- operations on matrices --- */
 129 static inline void cgm_mcopy(float *dest, const float *src);
 130 static inline void cgm_mzero(float *m);
 131 static inline void cgm_midentity(float *m);
 132
 133 static inline void cgm_mmul(float *a, const float *b);
 134
 135 static inline void cgm_msubmatrix(float *m, int row, int col);
 136 static inline void cgm_mupper3(float *m);
 137 static inline float cgm_msubdet(const float *m, int row, int col);
 138 static inline float cgm_mcofactor(const float *m, int row, int col);
 139 static inline float cgm_mdet(const float *m);
 140 static inline void cgm_mtranspose(float *m);
 141 static inline void cgm_mcofmatrix(float *m);
 142 static inline int cgm_minverse(float *m);       /* returns 0 on success, -1 for singular */
 143
 144 static inline void cgm_mtranslation(float *m, float x, float y, float z);
 145 static inline void cgm_mscaling(float *m, float sx, float sy, float sz);
 146 static inline void cgm_mrotation_x(float *m, float angle);
 147 static inline void cgm_mrotation_y(float *m, float angle);
 148 static inline void cgm_mrotation_z(float *m, float angle);
 149 static inline void cgm_mrotation_axis(float *m, int idx, float angle);
 150 static inline void cgm_mrotation(float *m, float angle, float x, float y, float z);
 151 static inline void cgm_mrotation_euler(float *m, float a, float b, float c, int mode);
 152
 153 static inline void cgm_mtranslate(float *m, float x, float y, float z);
 154 static inline void cgm_mscale(float *m, float sx, float sy, float sz);
 155 static inline void cgm_mrotate_x(float *m, float angle);
 156 static inline void cgm_mrotate_y(float *m, float angle);
 157 static inline void cgm_mrotate_z(float *m, float angle);
 158 static inline void cgm_mrotate_axis(float *m, int idx, float angle);
 159 static inline void cgm_mrotate(float *m, float angle, float x, float y, float z);
 160 static inline void cgm_mrotate_euler(float *m, float a, float b, float c, int mode);
 161
 162 static inline void cgm_mpretranslate(float *m, float x, float y, float z);
 163 static inline void cgm_mprescale(float *m, float sx, float sy, float sz);
 164 static inline void cgm_mprerotate_x(float *m, float angle);
 165 static inline void cgm_mprerotate_y(float *m, float angle);
 166 static inline void cgm_mprerotate_z(float *m, float angle);
 167 static inline void cgm_mprerotate_axis(float *m, int idx, float angle);
 168 static inline void cgm_mprerotate(float *m, float angle, float x, float y, float z);
 169 static inline void cgm_mprerotate_euler(float *m, float a, float b, float c, int mode);
 170
 171 static inline void cgm_mget_translation(const float *m, cgm_vec3 *res);
 172 static inline void cgm_mget_rotation(const float *m, cgm_quat *res);
 173 static inline void cgm_mget_scaling(const float *m, cgm_vec3 *res);
 174 static inline void cgm_mget_frustum_plane(const float *m, int p, cgm_vec4 *res);
 175
 176 static inline void cgm_mlookat(float *m, const cgm_vec3 *pos, const cgm_vec3 *targ,
 177                 const cgm_vec3 *up);
 178 static inline void cgm_minv_lookat(float *m, const cgm_vec3 *pos, const cgm_vec3 *targ,
 179                 const cgm_vec3 *up);
 180 static inline void cgm_mortho(float *m, float left, float right, float bot, float top,
 181                 float znear, float zfar);
 182 static inline void cgm_mfrustum(float *m, float left, float right, float bot, float top,
 183                 float znear, float zfar);
 184 static inline void cgm_mperspective(float *m, float vfov, float aspect, float znear, float zfar);
 185
 186 static inline void cgm_mmirror(float *m, float a, float b, float c, float d);
 187
 188
 189 #include "cgmvec3.inl"
 190 #include "cgmvec4.inl"
 191 #include "cgmquat.inl"
 192 #include "cgmmat.inl"
 193
 194 #ifdef __cplusplus
 195 }
 196 #endif
 197
 198 #endif  /* CGMATH_H_ */