src/geometry/primitive.hpp

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