7daf27b22ced1e7020b2ebcb0b37ff16cf705bf5
[divverent/netradiant.git] / libs / mathlib / mathlib.c
1 /*
2 Copyright (C) 1999-2006 Id Software, Inc. and contributors.
3 For a list of contributors, see the accompanying CONTRIBUTORS file.
4
5 This file is part of GtkRadiant.
6
7 GtkRadiant is free software; you can redistribute it and/or modify
8 it under the terms of the GNU General Public License as published by
9 the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
10 (at your option) any later version.
11
12 GtkRadiant is distributed in the hope that it will be useful,
13 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15 GNU General Public License for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GtkRadiant; if not, write to the Free Software
19 Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
20 */
21
22 // mathlib.c -- math primitives
23 #include "mathlib.h"
24 // we use memcpy and memset
25 #include <memory.h>
26
27 const vec3_t vec3_origin = {0.0f,0.0f,0.0f};
28
29 const vec3_t g_vec3_axis_x = { 1, 0, 0, };
30 const vec3_t g_vec3_axis_y = { 0, 1, 0, };
31 const vec3_t g_vec3_axis_z = { 0, 0, 1, };
32
33 /*
34 ================
35 MakeNormalVectors
36
37 Given a normalized forward vector, create two
38 other perpendicular vectors
39 ================
40 */
41 void MakeNormalVectors (vec3_t forward, vec3_t right, vec3_t up)
42 {
43         float           d;
44
45         // this rotate and negate guarantees a vector
46         // not colinear with the original
47         right[1] = -forward[0];
48         right[2] = forward[1];
49         right[0] = forward[2];
50
51         d = DotProduct (right, forward);
52         VectorMA (right, -d, forward, right);
53         VectorNormalize (right, right);
54         CrossProduct (right, forward, up);
55 }
56
57 vec_t VectorLength(const vec3_t v)
58 {
59         int             i;
60         float   length;
61         
62         length = 0.0f;
63         for (i=0 ; i< 3 ; i++)
64                 length += v[i]*v[i];
65         length = (float)sqrt (length);
66
67         return length;
68 }
69
70 qboolean VectorCompare (const vec3_t v1, const vec3_t v2)
71 {
72         int             i;
73         
74         for (i=0 ; i<3 ; i++)
75                 if (fabs(v1[i]-v2[i]) > EQUAL_EPSILON)
76                         return qfalse;
77                         
78         return qtrue;
79 }
80
81 void VectorMA( const vec3_t va, vec_t scale, const vec3_t vb, vec3_t vc )
82 {
83         vc[0] = va[0] + scale*vb[0];
84         vc[1] = va[1] + scale*vb[1];
85         vc[2] = va[2] + scale*vb[2];
86 }
87
88 void _CrossProduct (vec3_t v1, vec3_t v2, vec3_t cross)
89 {
90         cross[0] = v1[1]*v2[2] - v1[2]*v2[1];
91         cross[1] = v1[2]*v2[0] - v1[0]*v2[2];
92         cross[2] = v1[0]*v2[1] - v1[1]*v2[0];
93 }
94
95 vec_t _DotProduct (vec3_t v1, vec3_t v2)
96 {
97         return v1[0]*v2[0] + v1[1]*v2[1] + v1[2]*v2[2];
98 }
99
100 void _VectorSubtract (vec3_t va, vec3_t vb, vec3_t out)
101 {
102         out[0] = va[0]-vb[0];
103         out[1] = va[1]-vb[1];
104         out[2] = va[2]-vb[2];
105 }
106
107 void _VectorAdd (vec3_t va, vec3_t vb, vec3_t out)
108 {
109         out[0] = va[0]+vb[0];
110         out[1] = va[1]+vb[1];
111         out[2] = va[2]+vb[2];
112 }
113
114 void _VectorCopy (vec3_t in, vec3_t out)
115 {
116         out[0] = in[0];
117         out[1] = in[1];
118         out[2] = in[2];
119 }
120
121 vec_t VectorNormalize( const vec3_t in, vec3_t out ) {
122         vec_t   length;
123
124         length = (vec_t)sqrt (in[0]*in[0] + in[1]*in[1] + in[2]*in[2]);
125         if (length == 0)
126         {
127                 VectorClear (out);
128                 return 0;
129         }
130
131         out[0] = in[0]/length;
132         out[1] = in[1]/length;
133         out[2] = in[2]/length;
134
135         return length;
136 }
137
138 vec_t ColorNormalize( const vec3_t in, vec3_t out ) {
139         float   max, scale;
140
141         max = in[0];
142         if (in[1] > max)
143                 max = in[1];
144         if (in[2] > max)
145                 max = in[2];
146
147         if (max == 0) {
148                 out[0] = out[1] = out[2] = 1.0;
149                 return 0;
150         }
151
152         scale = 1.0f / max;
153
154         VectorScale (in, scale, out);
155
156         return max;
157 }
158
159 void VectorInverse (vec3_t v)
160 {
161         v[0] = -v[0];
162         v[1] = -v[1];
163         v[2] = -v[2];
164 }
165
166 /*
167 void VectorScale (vec3_t v, vec_t scale, vec3_t out)
168 {
169         out[0] = v[0] * scale;
170         out[1] = v[1] * scale;
171         out[2] = v[2] * scale;
172 }
173 */
174
175 void VectorRotate (vec3_t vIn, vec3_t vRotation, vec3_t out)
176 {
177   vec3_t vWork, va;
178   int nIndex[3][2];
179   int i;
180
181   VectorCopy(vIn, va);
182   VectorCopy(va, vWork);
183   nIndex[0][0] = 1; nIndex[0][1] = 2;
184   nIndex[1][0] = 2; nIndex[1][1] = 0;
185   nIndex[2][0] = 0; nIndex[2][1] = 1;
186
187   for (i = 0; i < 3; i++)
188   {
189     if (vRotation[i] != 0)
190     {
191       float dAngle = vRotation[i] * Q_PI / 180.0f;
192             float c = (vec_t)cos(dAngle);
193       float s = (vec_t)sin(dAngle);
194       vWork[nIndex[i][0]] = va[nIndex[i][0]] * c - va[nIndex[i][1]] * s;
195       vWork[nIndex[i][1]] = va[nIndex[i][0]] * s + va[nIndex[i][1]] * c;
196     }
197     VectorCopy(vWork, va);
198   }
199   VectorCopy(vWork, out);
200 }
201
202 void VectorRotateOrigin (vec3_t vIn, vec3_t vRotation, vec3_t vOrigin, vec3_t out)
203 {
204   vec3_t vTemp, vTemp2;
205
206   VectorSubtract(vIn, vOrigin, vTemp);
207   VectorRotate(vTemp, vRotation, vTemp2);
208   VectorAdd(vTemp2, vOrigin, out);
209 }
210
211 void VectorPolar(vec3_t v, float radius, float theta, float phi)
212 {
213         v[0]=(float)(radius * cos(theta) * cos(phi));
214         v[1]=(float)(radius * sin(theta) * cos(phi));
215         v[2]=(float)(radius * sin(phi));
216 }
217
218 void VectorSnap(vec3_t v)
219 {
220   int i;
221   for (i = 0; i < 3; i++)
222   {
223     v[i] = (vec_t)FLOAT_TO_INTEGER(v[i]);
224   }
225 }
226
227 void VectorISnap(vec3_t point, int snap)
228 {
229   int i;
230         for (i = 0 ;i < 3 ; i++)
231         {
232                 point[i] = (vec_t)FLOAT_SNAP(point[i], snap);
233         }
234 }
235
236 void VectorFSnap(vec3_t point, float snap)
237 {
238   int i;
239         for (i = 0 ;i < 3 ; i++)
240         {
241                 point[i] = (vec_t)FLOAT_SNAP(point[i], snap);
242         }
243 }
244
245 void _Vector5Add (vec5_t va, vec5_t vb, vec5_t out)
246 {
247         out[0] = va[0]+vb[0];
248         out[1] = va[1]+vb[1];
249         out[2] = va[2]+vb[2];
250         out[3] = va[3]+vb[3];
251         out[4] = va[4]+vb[4];
252 }
253
254 void _Vector5Scale (vec5_t v, vec_t scale, vec5_t out)
255 {
256         out[0] = v[0] * scale;
257         out[1] = v[1] * scale;
258         out[2] = v[2] * scale;
259         out[3] = v[3] * scale;
260         out[4] = v[4] * scale;
261 }
262
263 void _Vector53Copy (vec5_t in, vec3_t out)
264 {
265         out[0] = in[0];
266         out[1] = in[1];
267         out[2] = in[2];
268 }
269
270 // NOTE: added these from Ritual's Q3Radiant
271 #define INVALID_BOUNDS 99999
272 void ClearBounds (vec3_t mins, vec3_t maxs)
273 {
274         mins[0] = mins[1] = mins[2] = +INVALID_BOUNDS;
275         maxs[0] = maxs[1] = maxs[2] = -INVALID_BOUNDS;
276 }
277
278 void AddPointToBounds (vec3_t v, vec3_t mins, vec3_t maxs)
279 {
280         int             i;
281         vec_t   val;
282
283         if(mins[0] == +INVALID_BOUNDS)
284         if(maxs[0] == -INVALID_BOUNDS)
285         {
286                 VectorCopy(v, mins);
287                 VectorCopy(v, maxs);
288         }
289
290         for (i=0 ; i<3 ; i++)
291         {
292                 val = v[i];
293                 if (val < mins[i])
294                         mins[i] = val;
295                 if (val > maxs[i])
296                         maxs[i] = val;
297         }
298 }
299
300 void AngleVectors (vec3_t angles, vec3_t forward, vec3_t right, vec3_t up)
301 {
302         float           angle;
303         static float            sr, sp, sy, cr, cp, cy;
304         // static to help MS compiler fp bugs
305         
306         angle = angles[YAW] * (Q_PI*2.0f / 360.0f);
307         sy = (vec_t)sin(angle);
308         cy = (vec_t)cos(angle);
309         angle = angles[PITCH] * (Q_PI*2.0f / 360.0f);
310         sp = (vec_t)sin(angle);
311         cp = (vec_t)cos(angle);
312         angle = angles[ROLL] * (Q_PI*2.0f / 360.0f);
313         sr = (vec_t)sin(angle);
314         cr = (vec_t)cos(angle);
315         
316         if (forward)
317         {
318                 forward[0] = cp*cy;
319                 forward[1] = cp*sy;
320                 forward[2] = -sp;
321         }
322         if (right)
323         {
324                 right[0] = -sr*sp*cy+cr*sy;
325                 right[1] = -sr*sp*sy-cr*cy;
326                 right[2] = -sr*cp;
327         }
328         if (up)
329         {
330                 up[0] = cr*sp*cy+sr*sy;
331                 up[1] = cr*sp*sy-sr*cy;
332                 up[2] = cr*cp;
333         }
334 }
335
336 void VectorToAngles( vec3_t vec, vec3_t angles )
337 {
338         float forward;
339         float yaw, pitch;
340         
341         if ( ( vec[ 0 ] == 0 ) && ( vec[ 1 ] == 0 ) )
342         {
343                 yaw = 0;
344                 if ( vec[ 2 ] > 0 )
345                 {
346                         pitch = 90;
347                 }
348                 else
349                 {
350                         pitch = 270;
351                 }
352         }
353         else
354         {
355                 yaw = (vec_t)atan2( vec[ 1 ], vec[ 0 ] ) * 180 / Q_PI;
356                 if ( yaw < 0 )
357                 {
358                         yaw += 360;
359                 }
360                 
361                 forward = ( float )sqrt( vec[ 0 ] * vec[ 0 ] + vec[ 1 ] * vec[ 1 ] );
362                 pitch = (vec_t)atan2( vec[ 2 ], forward ) * 180 / Q_PI;
363                 if ( pitch < 0 )
364                 {
365                         pitch += 360;
366                 }
367         }
368         
369         angles[ 0 ] = pitch;
370         angles[ 1 ] = yaw;
371         angles[ 2 ] = 0;
372 }
373
374 /*
375 =====================
376 PlaneFromPoints
377
378 Returns false if the triangle is degenrate.
379 The normal will point out of the clock for clockwise ordered points
380 =====================
381 */
382 qboolean PlaneFromPoints( vec4_t plane, const vec3_t a, const vec3_t b, const vec3_t c ) {
383         vec3_t  d1, d2;
384
385         VectorSubtract( b, a, d1 );
386         VectorSubtract( c, a, d2 );
387         CrossProduct( d2, d1, plane );
388         if ( VectorNormalize( plane, plane ) == 0 ) {
389                 return qfalse;
390         }
391
392         plane[3] = DotProduct( a, plane );
393         return qtrue;
394 }
395
396 /*
397 ** NormalToLatLong
398 **
399 ** We use two byte encoded normals in some space critical applications.
400 ** Lat = 0 at (1,0,0) to 360 (-1,0,0), encoded in 8-bit sine table format
401 ** Lng = 0 at (0,0,1) to 180 (0,0,-1), encoded in 8-bit sine table format
402 **
403 */
404 void NormalToLatLong( const vec3_t normal, byte bytes[2] ) {
405         // check for singularities
406         if ( normal[0] == 0 && normal[1] == 0 ) {
407                 if ( normal[2] > 0 ) {
408                         bytes[0] = 0;
409                         bytes[1] = 0;           // lat = 0, long = 0
410                 } else {
411                         bytes[0] = 128;
412                         bytes[1] = 0;           // lat = 0, long = 128
413                 }
414         } else {
415                 int     a, b;
416
417                 a = (int)( RAD2DEG( atan2( normal[1], normal[0] ) ) * (255.0f / 360.0f ) );
418                 a &= 0xff;
419
420                 b = (int)( RAD2DEG( acos( normal[2] ) ) * ( 255.0f / 360.0f ) );
421                 b &= 0xff;
422
423                 bytes[0] = b;   // longitude
424                 bytes[1] = a;   // lattitude
425         }
426 }
427
428 /*
429 =================
430 PlaneTypeForNormal
431 =================
432 */
433 int     PlaneTypeForNormal (vec3_t normal) {
434         if (normal[0] == 1.0 || normal[0] == -1.0)
435                 return PLANE_X;
436         if (normal[1] == 1.0 || normal[1] == -1.0)
437                 return PLANE_Y;
438         if (normal[2] == 1.0 || normal[2] == -1.0)
439                 return PLANE_Z;
440         
441         return PLANE_NON_AXIAL;
442 }
443
444 /*
445 ================
446 MatrixMultiply
447 ================
448 */
449 void MatrixMultiply(float in1[3][3], float in2[3][3], float out[3][3]) {
450         out[0][0] = in1[0][0] * in2[0][0] + in1[0][1] * in2[1][0] +
451                                 in1[0][2] * in2[2][0];
452         out[0][1] = in1[0][0] * in2[0][1] + in1[0][1] * in2[1][1] +
453                                 in1[0][2] * in2[2][1];
454         out[0][2] = in1[0][0] * in2[0][2] + in1[0][1] * in2[1][2] +
455                                 in1[0][2] * in2[2][2];
456         out[1][0] = in1[1][0] * in2[0][0] + in1[1][1] * in2[1][0] +
457                                 in1[1][2] * in2[2][0];
458         out[1][1] = in1[1][0] * in2[0][1] + in1[1][1] * in2[1][1] +
459                                 in1[1][2] * in2[2][1];
460         out[1][2] = in1[1][0] * in2[0][2] + in1[1][1] * in2[1][2] +
461                                 in1[1][2] * in2[2][2];
462         out[2][0] = in1[2][0] * in2[0][0] + in1[2][1] * in2[1][0] +
463                                 in1[2][2] * in2[2][0];
464         out[2][1] = in1[2][0] * in2[0][1] + in1[2][1] * in2[1][1] +
465                                 in1[2][2] * in2[2][1];
466         out[2][2] = in1[2][0] * in2[0][2] + in1[2][1] * in2[1][2] +
467                                 in1[2][2] * in2[2][2];
468 }
469
470 void ProjectPointOnPlane( vec3_t dst, const vec3_t p, const vec3_t normal )
471 {
472         float d;
473         vec3_t n;
474         float inv_denom;
475
476         inv_denom = 1.0F / DotProduct( normal, normal );
477
478         d = DotProduct( normal, p ) * inv_denom;
479
480         n[0] = normal[0] * inv_denom;
481         n[1] = normal[1] * inv_denom;
482         n[2] = normal[2] * inv_denom;
483
484         dst[0] = p[0] - d * n[0];
485         dst[1] = p[1] - d * n[1];
486         dst[2] = p[2] - d * n[2];
487 }
488
489 /*
490 ** assumes "src" is normalized
491 */
492 void PerpendicularVector( vec3_t dst, const vec3_t src )
493 {
494         int     pos;
495         int i;
496         vec_t minelem = 1.0F;
497         vec3_t tempvec;
498
499         /*
500         ** find the smallest magnitude axially aligned vector
501         */
502         for ( pos = 0, i = 0; i < 3; i++ )
503         {
504                 if ( fabs( src[i] ) < minelem )
505                 {
506                         pos = i;
507                         minelem = (vec_t)fabs( src[i] );
508                 }
509         }
510         tempvec[0] = tempvec[1] = tempvec[2] = 0.0F;
511         tempvec[pos] = 1.0F;
512
513         /*
514         ** project the point onto the plane defined by src
515         */
516         ProjectPointOnPlane( dst, tempvec, src );
517
518         /*
519         ** normalize the result
520         */
521         VectorNormalize( dst, dst );
522 }
523
524 /*
525 ===============
526 RotatePointAroundVector
527
528 This is not implemented very well...
529 ===============
530 */
531 void RotatePointAroundVector( vec3_t dst, const vec3_t dir, const vec3_t point,
532                                                          float degrees ) {
533         float   m[3][3];
534         float   im[3][3];
535         float   zrot[3][3];
536         float   tmpmat[3][3];
537         float   rot[3][3];
538         int     i;
539         vec3_t vr, vup, vf;
540         float   rad;
541
542         vf[0] = dir[0];
543         vf[1] = dir[1];
544         vf[2] = dir[2];
545
546         PerpendicularVector( vr, dir );
547         CrossProduct( vr, vf, vup );
548
549         m[0][0] = vr[0];
550         m[1][0] = vr[1];
551         m[2][0] = vr[2];
552
553         m[0][1] = vup[0];
554         m[1][1] = vup[1];
555         m[2][1] = vup[2];
556
557         m[0][2] = vf[0];
558         m[1][2] = vf[1];
559         m[2][2] = vf[2];
560
561         memcpy( im, m, sizeof( im ) );
562
563         im[0][1] = m[1][0];
564         im[0][2] = m[2][0];
565         im[1][0] = m[0][1];
566         im[1][2] = m[2][1];
567         im[2][0] = m[0][2];
568         im[2][1] = m[1][2];
569
570         memset( zrot, 0, sizeof( zrot ) );
571         zrot[0][0] = zrot[1][1] = zrot[2][2] = 1.0F;
572
573         rad = (float)DEG2RAD( degrees );
574         zrot[0][0] = (vec_t)cos( rad );
575         zrot[0][1] = (vec_t)sin( rad );
576         zrot[1][0] = (vec_t)-sin( rad );
577         zrot[1][1] = (vec_t)cos( rad );
578
579         MatrixMultiply( m, zrot, tmpmat );
580         MatrixMultiply( tmpmat, im, rot );
581
582         for ( i = 0; i < 3; i++ ) {
583                 dst[i] = rot[i][0] * point[0] + rot[i][1] * point[1] + rot[i][2] * point[2];
584         }
585 }