]> icculus.org git repositories - btb/d2x.git/blob - include/vecmat.h
Added instructions for mingw32 build
[btb/d2x.git] / include / vecmat.h
1
2 /*
3    THE COMPUTER CODE CONTAINED HEREIN IS THE SOLE PROPERTY OF PARALLAX
4    SOFTWARE CORPORATION ("PARALLAX").  PARALLAX, IN DISTRIBUTING THE CODE TO
5    END-USERS, AND SUBJECT TO ALL OF THE TERMS AND CONDITIONS HEREIN, GRANTS A
6    ROYALTY-FREE, PERPETUAL LICENSE TO SUCH END-USERS FOR USE BY SUCH END-USERS
7    IN USING, DISPLAYING,  AND CREATING DERIVATIVE WORKS THEREOF, SO LONG AS
8    SUCH USE, DISPLAY OR CREATION IS FOR NON-COMMERCIAL, ROYALTY OR REVENUE
9    FREE PURPOSES.  IN NO EVENT SHALL THE END-USER USE THE COMPUTER CODE
10    CONTAINED HEREIN FOR REVENUE-BEARING PURPOSES.  THE END-USER UNDERSTANDS
11    AND AGREES TO THE TERMS HEREIN AND ACCEPTS THE SAME BY USE OF THIS FILE.  
12    COPYRIGHT 1993-1998 PARALLAX SOFTWARE CORPORATION.  ALL RIGHTS RESERVED.
13  */  
14 /*
15  * $Source: /cvs/cvsroot/d2x/include/vecmat.h,v $
16  * $Revision: 1.2 $
17  * $Author: bradleyb $
18  * $Date: 2001-10-12 06:40:49 $
19  *
20  * Header file for vector/matrix library
21  *
22  * $Log: not supported by cvs2svn $
23  * Revision 1.1.1.1  2001/01/19 03:30:16  bradleyb
24  * Import of d2x-0.0.8
25  *
26  * Revision 1.1.1.1  1999/06/14 22:02:28  donut
27  * Import of d1x 1.37 source.
28  *
29  * Revision 1.1  1995/04/17  16:18:05  allender
30  * Initial revision
31  *
32  *
33  * --- PC RCS Information ---
34  * Revision 1.37  1995/02/22  13:23:22  john
35  * Added the vms_vector_array structure, to access a vms_vector
36  * with an array.
37  * 
38  * Revision 1.36  1995/02/22  12:34:33  john
39  * Took out anonymous unions.
40  * 
41  * Revision 1.35  1994/12/13  14:44:20  matt
42  * Added vm_vector_2_matrix_norm()
43  * 
44  * Revision 1.34  1994/09/11  19:22:55  matt
45  * Added vm_vec_normalized_dir_quick()
46  * 
47  * Revision 1.33  1994/08/04  19:45:38  matt
48  * Added option to make a bunch of functions (add, sub, dotprod) inline
49  * 
50  * Revision 1.32  1994/07/19  18:52:36  matt
51  * Added vm_vec_normalize_quick() and vm_vec_copy_normalize_quick()
52  * 
53  * Revision 1.31  1994/06/16  18:24:30  matt
54  * Added vm_vec_mag_quick()
55  * 
56  * Revision 1.30  1994/06/10  23:19:00  matt
57  * New register usage for vm_vec_ang_2_matrix()
58  * 
59  * Revision 1.29  1994/06/01  17:32:06  matt
60  * Fixed modify list for vm_vec_normalized_dir()
61  * 
62  * Revision 1.28  1994/05/19  12:07:20  matt
63  * Fixed globals and macros and added a constant
64  * 
65  * Revision 1.27  1994/05/19  09:19:15  matt
66  * Made vm_vec_normalized_dir() return mag of vector
67  * 
68  * Revision 1.26  1994/05/18  22:28:57  matt
69  * Added function vm_vec_normalized_dir()
70  * Added C macros IS_ZERO_VEC(), vm_vec_zero(), and vm_set_identity()
71  * Added C global static vars vmd_zero_vector & vmd_identity_matrix
72  * 
73  * Revision 1.25  1994/05/18  21:45:06  matt
74  * Added functions:
75  *   vm_extract_angles_vector()
76  *   vm_extract_angles_vector_normalized()
77  *   vm_vec_copy_normalize()
78  * 
79  * Revision 1.24  1994/05/13  12:42:16  matt
80  * Added new function, vm_vec_dist_quick(), which does an approximation.
81  * 
82  * Revision 1.23  1994/03/30  13:37:34  matt
83  * Added prototype for vm_vec_scale_add(), and fixed typos
84  * 
85  * Revision 1.22  1994/03/30  13:29:42  matt
86  * Header for vm_vec_scale_add2()
87  * 
88  * Revision 1.21  1994/01/31  19:45:13  matt
89  * Added function vm_extract_angles_matrix()
90  * 
91  * Revision 1.20  1993/12/21  19:46:14  matt
92  * Added function vm_dist_to_plane()
93  * 
94  * Revision 1.19  1993/12/13  17:26:41  matt
95  * Added vm_vec_dist()
96  * 
97  * Revision 1.18  1993/12/02  12:45:11  matt
98  * New functions: vm_vec_copy_scale(), vm_vec_scale2()
99  * Aliases: vm_transpose(), vm_vec_dot(), vm_vec_cross(), vm_copy_transpose()
100  * 
101  * Revision 1.17  1993/10/29  22:38:36  matt
102  * Changed matrix order, making direction vectors the rows
103  * 
104  * Revision 1.16  1993/10/25  11:49:57  matt
105  * Made vm_vec_delta_ang() take optional forward vector to return signed delta
106  * 
107  * Revision 1.15  1993/10/20  01:10:05  matt
108  * Added vm_vec_delta_ang(), vm_vec_delta_ang_norm(), and vm_vec_ang_2_matrix()
109  * 
110  * Revision 1.14  1993/10/17  17:02:52  matt
111  * vm_vector_2_matrix() now takes optional right vector
112  * 
113  * Revision 1.13  1993/10/12  19:31:39  matt
114  * Added IDENTITY_MATRIX constant
115  * 
116  * Revision 1.12  1993/10/08  18:10:16  matt
117  * Changed vm_vec_make() and vm_angvec_make() to be inline assembly 
118  * functions, to get rid of compiler warnings.  Did not change vm_mat_make(),
119  * which could still get warnings if the return value is unused.
120  * 
121  * Revision 1.11  1993/09/29  12:10:07  matt
122  * Changed modified regs in pragmas to include return register
123  * 
124  * Revision 1.10  1993/09/28  12:15:41  matt
125  * Added func vm_vector_2_matrix()
126  * 
127  * Revision 1.9  1993/09/24  21:18:38  matt
128  * Added vm_vec_avg(), vm_vec_avg4(), and vm_angvec_make().
129  * Documented which functions could have dest==source
130  * 
131  * Revision 1.8  1993/09/20  14:56:11  matt
132  * Added new function, vm_vec_perp()
133  * 
134  * Revision 1.7  1993/09/20  14:27:42  mike
135  * unfix last fix which introduced a bug
136  * 
137  * Revision 1.6  1993/09/20  10:11:53  mike
138  * no changes
139  * 
140  * Revision 1.5  1993/09/20  09:58:58  mike
141  * Re-fix vm_vec_make
142  * 
143  * Revision 1.4  1993/09/20  09:41:21  mike
144  * Correct vm_vec_make and vm_mat_make macros to return the destination
145  * as the value of the macro.
146  * 
147  * Revision 1.3  1993/09/17  11:23:47  matt
148  * Added row access (via xrow,yrow,zrow) to vms_matrix
149  * Added macro vm_mat_make(), like vm_vec_make()
150  * 
151  * Revision 1.2  1993/09/17  11:10:32  matt
152  * Added vm_vec_add2() and vm_vec_sub2(), which take 2 args (dest==src0)
153  * 
154  * Revision 1.1  1993/09/16  20:10:01  matt
155  * Initial revision
156  * 
157  *
158  */ 
159
160 #ifndef _VECMAT_H
161 #define _VECMAT_H
162
163 #include "maths.h"
164
165 //#define INLINE 1              //are some of these functions inline?
166
167 //The basic fixed-point vector.  Access elements by name or position
168 typedef struct vms_vector
169   {
170     
171     fix x, y, z;
172     
173   }
174 __pack__ vms_vector;
175
176
177 typedef struct vms_vector_array
178   {
179     
180     fix xyz[3];
181     
182   }
183 __pack__ vms_vector_array;
184
185
186 //Short vector, used for pre-rotation points. 
187 //Access elements by name or position
188 typedef struct vms_svec
189   {
190     
191     short sv_x, sv_y, sv_z;
192      
193   }
194 __pack__ vms_svec;
195
196
197 //Angle vector.  Used to store orientations
198 typedef struct vms_angvec
199   {
200     
201     fixang p, b, h;
202     
203   }
204 __pack__ vms_angvec;
205
206
207 //A 3x3 rotation matrix.  Sorry about the numbering starting with one.
208 //Ordering is across then down, so <m1,m2,m3> is the first row
209 typedef struct vms_matrix
210   {
211     
212     vms_vector rvec, uvec, fvec;
213     
214   }
215 __pack__ vms_matrix;
216
217
218 //Macros/functions to fill in fields of structures
219
220 //macro to check if vector is zero
221 #define IS_VEC_NULL(v) (v->x == 0 && v->y == 0 && v->z == 0)
222
223 //macro to set a vector to zero.  we could do this with an in-line assembly 
224 //macro, but it's probably better to let the compiler optimize it.
225 //Note: NO RETURN VALUE
226 #define vm_vec_zero(v) (v)->x=(v)->y=(v)->z=0
227
228 //macro set set a matrix to the identity. Note: NO RETURN VALUE
229
230 // DPH (18/9/98): Begin mod to fix linefeed problem under linux. Uses an
231 // inline function instead of a multi-line macro to fix CR/LF problems.
232
233 #ifdef __LINUX__
234 static inline void vm_set_identity(vms_matrix *m)
235 {
236   m->rvec.x = m->uvec.y = m->fvec.z = f1_0;
237   m->rvec.y = m->rvec.z = m->uvec.x = m->uvec.z = m->fvec.x = m->fvec.y = 0;
238 }
239 #else
240 #define vm_set_identity(m) do {m->rvec.x = m->uvec.y = m->fvec.z = f1_0; \
241         m->rvec.y = m->rvec.z = \
242         m->uvec.x = m->uvec.z = \
243         m->fvec.x = m->fvec.y = 0;} while (0)
244 #endif
245
246 // DPH (19/8/98): End changes.
247
248 vms_vector * vm_vec_make (vms_vector * v, fix x, fix y, fix z);
249
250
251 #ifdef __WATCOMC__
252 #pragma aux vm_vec_make "*_" parm [eax] [edx] [ebx] [ecx] value [eax] modify exact [] = \
253 "mov 0[eax],edx" \
254 "mov 4[eax],ebx" \
255 "mov 8[eax],ecx";
256
257 #endif
258
259 vms_angvec * vm_angvec_make (vms_angvec * v, fixang p, fixang b, fixang h);
260
261
262 #ifdef __WATCOMC__
263 #pragma aux vm_angvec_make "*_" parm [eax] [dx] [bx] [cx] value [eax] modify exact [] = \
264 "mov 0[eax],dx" \
265 "mov 2[eax],bx" \
266 "mov 4[eax],cx";
267
268 #endif
269
270 //Global constants
271
272 extern vms_vector vmd_zero_vector;
273
274 extern vms_matrix vmd_identity_matrix;
275
276
277 //Here's a handy constant
278
279 #define ZERO_VECTOR {0,0,0}
280 #define IDENTITY_MATRIX { {f1_0,0,0}, {0,f1_0,0}, {0,0,f1_0} }
281
282 //#define vm_vec_make(v,_x,_y,_z) (((v)->x=(_x), (v)->y=(_y), (v)->z=(_z)), (v))
283
284 //#pragma off (unreferenced)
285 ////make this local, so compiler can in-line it
286 //static vms_vector *vm_vec_make(vms_vector *v,fix x,fix y,fix z)
287 //{
288 //      v->x = x;
289 //      v->y = y;
290 //      v->z = z;
291 //
292 //      return v;
293 //}
294 //#pragma on (unreferenced)
295
296
297 ////macro to fill in elements of a matrix, also for Mike
298 /*
299    #define vm_mat_make(m,_m1,_m2,_m3,_m4,_m5,_m6,_m7,_m8,_m9) \
300    do { (m)->m1=(_m1); (m)->m2=(_m2); (m)->m3=(_m3); \
301    (m)->m4=(_m4); (m)->m5=(_m5); (m)->m6=(_m6); \
302    (m)->m7=(_m7); (m)->m8=(_m8); (m)->m9=(_m9);} while (0)
303  */ 
304
305 #if 0                           //kill this, since bogus with new matrix ordering
306
307 //macro to fill in elements of a matrix, also for Mike
308 #define vm_mat_make(m,_m1,_m2,_m3,_m4,_m5,_m6,_m7,_m8,_m9) \
309 (((m)->m1 = (_m1), (m)->m2 = (_m2), (m)->m3 = (_m3), \
310   (m)->m4 = (_m4), (m)->m5 = (_m5), (m)->m6 = (_m6), \
311   (m)->m7 = (_m7), (m)->m8 = (_m8), (m)->m9 = (_m9)), (m)) 
312
313 #endif  /* 
314  */
315
316 ////fills in fields of an angle vector
317 //#define vm_angvec_make(v,_p,_b,_h) (((v)->p=(_p), (v)->b=(_b), (v)->h=(_h)), (v))
318
319 //negate a vector
320 #define vm_vec_negate(v) do {(v)->x = - (v)->x; (v)->y = - (v)->y; (v)->z = - (v)->z;} while (0);
321
322 //Functions in library
323
324 #ifndef INLINE
325
326 //adds two vectors, fills in dest, returns ptr to dest
327 //ok for dest to equal either source, but should use vm_vec_add2() if so
328 vms_vector * vm_vec_add (vms_vector * dest, vms_vector * src0, vms_vector * src1);
329
330
331 //subs two vectors, fills in dest, returns ptr to dest
332 //ok for dest to equal either source, but should use vm_vec_sub2() if so
333 vms_vector * vm_vec_sub (vms_vector * dest, vms_vector * src0, vms_vector * src1);
334
335
336 //adds one vector to another. returns ptr to dest
337 //dest can equal source
338 vms_vector * vm_vec_add2 (vms_vector * dest, vms_vector * src);
339
340
341 //subs one vector from another, returns ptr to dest
342 //dest can equal source
343 vms_vector * vm_vec_sub2 (vms_vector * dest, vms_vector * src);
344
345
346 #else   /* 
347  */
348
349 #define vm_vec_add(dest,src0,src1) do { \
350 (dest)->x = (src0)->x + (src1)->x;
351 \
352 (dest)->y = (src0)->y + (src1)->y;
353 \
354 (dest)->z = (src0)->z + (src1)->z;
355 \
356 }
357 while (0);
358
359
360 #define vm_vec_sub(dest,src0,src1) do { \
361 (dest)->x = (src0)->x - (src1)->x;
362 \
363 (dest)->y = (src0)->y - (src1)->y;
364 \
365 (dest)->z = (src0)->z - (src1)->z;
366 \
367 }
368 while (0);
369
370
371 #define vm_vec_add2(dest,src) do {              \
372 (dest)->x += (src)->x;
373 \
374 (dest)->y += (src)->y;
375 \
376 (dest)->z += (src)->z;
377 \
378 }
379 while (0);
380
381
382 #define vm_vec_sub2(dest,src) do {              \
383 (dest)->x -= (src)->x;
384 \
385 (dest)->y -= (src)->y;
386 \
387 (dest)->z -= (src)->z;
388 \
389 }
390 while (0);
391
392
393 #endif  /* 
394  */
395
396 //averages two vectors. returns ptr to dest
397 //dest can equal either source
398 vms_vector * vm_vec_avg (vms_vector * dest, vms_vector * src0, vms_vector * src1);
399
400
401 //averages four vectors. returns ptr to dest
402 //dest can equal any source
403 vms_vector * vm_vec_avg4 (vms_vector * dest, vms_vector * src0, vms_vector * src1, vms_vector * src2, vms_vector * src3);
404
405
406 //scales a vector in place.  returns ptr to vector
407 vms_vector * vm_vec_scale (vms_vector * dest, fix s);
408
409
410 //scales and copies a vector.  returns ptr to dest
411 vms_vector * vm_vec_copy_scale (vms_vector * dest, vms_vector * src, fix s);
412
413
414 //scales a vector, adds it to another, and stores in a 3rd vector
415 //dest = src1 + k * src2
416 vms_vector * vm_vec_scale_add (vms_vector * dest, vms_vector * src1, vms_vector * src2, fix k);
417
418
419 //scales a vector and adds it to another
420 //dest += k * src
421 vms_vector * vm_vec_scale_add2 (vms_vector * dest, vms_vector * src, fix k);
422
423
424 //scales a vector in place, taking n/d for scale.  returns ptr to vector
425 //dest *= n/d
426 vms_vector * vm_vec_scale2 (vms_vector * dest, fix n, fix d);
427
428
429 //returns magnitude of a vector
430 fix vm_vec_mag (vms_vector * v);
431
432
433 //computes the distance between two points. (does sub and mag)
434 fix vm_vec_dist (vms_vector * v0, vms_vector * v1);
435
436
437 //computes an approximation of the magnitude of the vector
438 //uses dist = largest + next_largest*3/8 + smallest*3/16
439 fix vm_vec_mag_quick (vms_vector * v);
440
441
442 //computes an approximation of the distance between two points.
443 //uses dist = largest + next_largest*3/8 + smallest*3/16
444 fix vm_vec_dist_quick (vms_vector * v0, vms_vector * v1);
445
446
447
448 //normalize a vector. returns mag of source vec
449 fix vm_vec_copy_normalize (vms_vector * dest, vms_vector * src);
450
451 fix vm_vec_normalize (vms_vector * v);
452
453
454 //normalize a vector. returns mag of source vec. uses approx mag
455 fix vm_vec_copy_normalize_quick (vms_vector * dest, vms_vector * src);
456
457 fix vm_vec_normalize_quick (vms_vector * v);
458
459
460 //return the normalized direction vector between two points
461 //dest = normalized(end - start).  Returns mag of direction vector
462 //NOTE: the order of the parameters matches the vector subtraction
463 fix vm_vec_normalized_dir (vms_vector * dest, vms_vector * end, vms_vector * start);
464
465 fix vm_vec_normalized_dir_quick (vms_vector * dest, vms_vector * end, vms_vector * start);
466
467
468 ////returns dot product of two vectors
469 fix vm_vec_dotprod (vms_vector * v0, vms_vector * v1);
470
471 #define vm_vec_dot(v0,v1) vm_vec_dotprod((v0),(v1))
472
473 #ifdef INLINE
474 #ifdef __WATCOMC__
475 #pragma aux vm_vec_dotprod parm [esi] [edi] value [eax] modify exact [eax ebx ecx edx] = \
476 "mov    eax,[esi]" \
477 "imul   dword ptr [edi]" \
478 "mov    ebx,eax" \
479 "mov    ecx,edx" \
480 \
481 "mov    eax,4[esi]" \
482 "imul   dword ptr 4[edi]" \
483 "add    ebx,eax" \
484 "adc    ecx,edx" \
485 \
486 "mov    eax,8[esi]" \
487 "imul   dword ptr 8[edi]" \
488 "add    eax,ebx" \
489 "adc    edx,ecx" \
490 \
491 "shrd   eax,edx,16";
492
493 #endif
494 #endif  /* 
495  */
496
497 //computes cross product of two vectors. returns ptr to dest
498 //dest CANNOT equal either source
499 vms_vector * vm_vec_crossprod (vms_vector * dest, vms_vector * src0, vms_vector * src1);
500
501 #define vm_vec_cross(dest,src0,src1) vm_vec_crossprod((dest),(src0),(src1))
502
503 //computes surface normal from three points. result is normalized
504 //returns ptr to dest
505 //dest CANNOT equal either source
506 vms_vector * vm_vec_normal (vms_vector * dest, vms_vector * p0, vms_vector * p1, vms_vector * p2);
507
508
509 //computes non-normalized surface normal from three points. 
510 //returns ptr to dest
511 //dest CANNOT equal either source
512 vms_vector * vm_vec_perp (vms_vector * dest, vms_vector * p0, vms_vector * p1, vms_vector * p2);
513
514
515 //computes the delta angle between two vectors. 
516 //vectors need not be normalized. if they are, call vm_vec_delta_ang_norm()
517 //the forward vector (third parameter) can be NULL, in which case the absolute
518 //value of the angle in returned.  Otherwise the angle around that vector is
519 //returned.
520 fixang vm_vec_delta_ang (vms_vector * v0, vms_vector * v1, vms_vector * fvec);
521
522
523 //computes the delta angle between two normalized vectors. 
524 fixang vm_vec_delta_ang_norm (vms_vector * v0, vms_vector * v1, vms_vector * fvec);
525
526
527 //computes a matrix from a set of three angles.  returns ptr to matrix
528 vms_matrix * vm_angles_2_matrix (vms_matrix * m, vms_angvec * a);
529
530
531 //computes a matrix from a forward vector and an angle
532 vms_matrix * vm_vec_ang_2_matrix (vms_matrix * m, vms_vector * v, fixang a);
533
534
535 //computes a matrix from one or more vectors. The forward vector is required,
536 //with the other two being optional.  If both up & right vectors are passed,
537 //the up vector is used.  If only the forward vector is passed, a bank of
538 //zero is assumed
539 //returns ptr to matrix
540 vms_matrix * vm_vector_2_matrix (vms_matrix * m, vms_vector * fvec, vms_vector * uvec, vms_vector * rvec);
541
542
543 //this version of vector_2_matrix requires that the vectors be more-or-less
544 //normalized and close to perpendicular
545 vms_matrix * vm_vector_2_matrix_norm (vms_matrix * m, vms_vector * fvec, vms_vector * uvec, vms_vector * rvec);
546
547
548 //rotates a vector through a matrix. returns ptr to dest vector
549 //dest CANNOT equal either source
550 vms_vector * vm_vec_rotate (vms_vector * dest, vms_vector * src, vms_matrix * m);
551
552
553 //transpose a matrix in place. returns ptr to matrix
554 vms_matrix * vm_transpose_matrix (vms_matrix * m);
555
556 #define vm_transpose(m) vm_transpose_matrix(m)
557
558 //copy and transpose a matrix. returns ptr to matrix
559 //dest CANNOT equal source. use vm_transpose_matrix() if this is the case
560 vms_matrix * vm_copy_transpose_matrix (vms_matrix * dest, vms_matrix * src);
561
562 #define vm_copy_transpose(dest,src) vm_copy_transpose_matrix((dest),(src))
563
564 //mulitply 2 matrices, fill in dest.  returns ptr to dest
565 //dest CANNOT equal either source
566 vms_matrix * vm_matrix_x_matrix (vms_matrix * dest, vms_matrix * src0, vms_matrix * src1);
567
568
569 //extract angles from a matrix 
570 vms_angvec * vm_extract_angles_matrix (vms_angvec * a, vms_matrix * m);
571
572
573 //extract heading and pitch from a vector, assuming bank==0
574 vms_angvec * vm_extract_angles_vector (vms_angvec * a, vms_vector * v);
575
576
577 //compute the distance from a point to a plane.  takes the normalized normal
578 //of the plane (ebx), a point on the plane (edi), and the point to check (esi).
579 //returns distance in eax
580 //distance is signed, so negative dist is on the back of the plane
581 fix vm_dist_to_plane (vms_vector * checkp, vms_vector * norm, vms_vector * planep);
582
583
584 //fills in fields of an angle vector
585 #define vm_angvec_make(v,_p,_b,_h) (((v)->p=(_p), (v)->b=(_b), (v)->h=(_h)), (v))
586 #endif  /* 
587  */
588