src/geometry/primitive.hpp

   1 #ifndef BLANK_GEOMETRY_PRIMITIVE_HPP_
   2 #define BLANK_GEOMETRY_PRIMITIVE_HPP_
   3
   4 #include "../graphics/glm.hpp"
   5
   6 #include <algorithm>
   7 #include <iosfwd>
   8 #include <glm/gtx/norm.hpp>
   9
  10
  11 namespace blank {
  12
  13 struct AABB {
  14         glm::vec3 min;
  15         glm::vec3 max;
  16
  17         void Adjust() noexcept {
  18                 if (max.x < min.x) std::swap(max.x, min.x);
  19                 if (max.y < min.y) std::swap(max.y, min.y);
  20                 if (max.z < min.z) std::swap(max.z, min.z);
  21         }
  22
  23         glm::vec3 Center() const noexcept {
  24                 return min + (max - min) * 0.5f;
  25         }
  26
  27         /// return distance between origin and farthest vertex
  28         float OriginRadius() const noexcept {
  29                 glm::vec3 high(glm::max(glm::abs(min), glm::abs(max)));
  30                 return glm::length(high);
  31         }
  32 };
  33
  34 std::ostream &operator <<(std::ostream &, const AABB &);
  35
  36 // TODO: this should really use setters/getters for dir and inv_dir so
  37 //       manipulating code doesn't "forget" to call Update()
  38 struct Ray {
  39         glm::vec3 orig;
  40         glm::vec3 dir;
  41
  42         glm::vec3 inv_dir;
  43
  44         void Update() noexcept {
  45                 inv_dir = 1.0f / dir;
  46         }
  47
  48         /// get shortest distance of this ray's line to given point
  49         float Distance(const glm::vec3 &point) const noexcept {
  50                 // d = |(x2-x1)×(x1-x0)|/|x2-x1|
  51                 // where x0 is point, and x1 and x2 are points on the line
  52                 // for derivation, see http://mathworld.wolfram.com/Point-LineDistance3-Dimensional.html
  53                 // x1 = orig
  54                 // x2-x1 = dir, which means |x2-x1| is 1.0
  55                 return glm::length(glm::cross(dir, orig - point));
  56         }
  57         float DistanceSquared(const glm::vec3 &point) const noexcept {
  58                 return glm::length2(glm::cross(dir, orig - point));
  59         }
  60 };
  61
  62 std::ostream &operator <<(std::ostream &, const Ray &);
  63
  64 /// axis aligned boolean ray/box intersection test
  65 /// if true, dist constains distance from ray's origin to intersection point
  66 bool Intersection(
  67         const Ray &,
  68         const AABB &,
  69         float &dist) noexcept;
  70
  71 /// detailed oriented ray/box intersection test
  72 bool Intersection(
  73         const Ray &,
  74         const AABB &,
  75         const glm::mat4 &M,
  76         float *dist = nullptr,
  77         glm::vec3 *normal = nullptr) noexcept;
  78
  79 /// matrices may translate and rotate, but must not scale/shear/etc
  80 /// (basically the first three columns must have unit length)
  81 bool Intersection(
  82         const AABB &a_box,
  83         const glm::mat4 &a_m,
  84         const AABB &b_box,
  85         const glm::mat4 &b_m,
  86         float &depth,
  87         glm::vec3 &normal) noexcept;
  88
  89
  90 struct Plane {
  91         glm::vec3 normal;
  92         float dist;
  93
  94         float &A() noexcept { return normal.x; }
  95         float &B() noexcept { return normal.y; }
  96         float &C() noexcept { return normal.z; }
  97         float &D() noexcept { return dist; }
  98         float A() const noexcept { return normal.x; }
  99         float B() const noexcept { return normal.y; }
 100         float C() const noexcept { return normal.z; }
 101         float D() const noexcept { return dist; }
 102
 103         Plane(const glm::vec3 &n, float d)
 104         : normal(n), dist(d) { }
 105         Plane(const glm::vec4 &abcd)
 106         : normal(abcd), dist(abcd.w) { }
 107
 108         void Normalize() noexcept {
 109                 const float l = glm::length(normal);
 110                 normal /= l;
 111                 dist /= l;
 112         }
 113 };
 114
 115 std::ostream &operator <<(std::ostream &, const Plane &);
 116
 117 struct Frustum {
 118         Plane plane[6];
 119         Plane &Left() noexcept { return plane[0]; }
 120         Plane &Right() noexcept { return plane[1]; }
 121         Plane &Bottom() noexcept { return plane[2]; }
 122         Plane &Top() noexcept { return plane[3]; }
 123         Plane &Near() noexcept { return plane[4]; }
 124         Plane &Far() noexcept { return plane[5]; }
 125         const Plane &Left() const noexcept { return plane[0]; }
 126         const Plane &Right() const noexcept { return plane[1]; }
 127         const Plane &Bottom() const noexcept { return plane[2]; }
 128         const Plane &Top() const noexcept { return plane[3]; }
 129         const Plane &Near() const noexcept { return plane[4]; }
 130         const Plane &Far() const noexcept { return plane[5]; }
 131
 132         /// create frustum from transposed MVP
 133         Frustum(const glm::mat4 &mat)
 134         : plane{
 135                 { mat[3] + mat[0] },
 136                 { mat[3] - mat[0] },
 137                 { mat[3] + mat[1] },
 138                 { mat[3] - mat[1] },
 139                 { mat[3] + mat[2] },
 140                 { mat[3] - mat[2] },
 141         } { }
 142
 143         void Normalize() noexcept {
 144                 for (Plane &p : plane) {
 145                         p.Normalize();
 146                 }
 147         }
 148 };
 149
 150 std::ostream &operator <<(std::ostream &, const Plane &);
 151 std::ostream &operator <<(std::ostream &, const Frustum &);
 152
 153 bool CullTest(const AABB &box, const glm::mat4 &) noexcept;
 154 bool CullTest(const AABB &box, const Frustum &) noexcept;
 155
 156 }
 157
 158 #endif