00001
00002
00003
00004
00005
00006
00007
00008
00009
00010
00011
00012
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00017
00018
00019
00020
00021
00022
00023
00024
00025
00026
00027
00028
00029
00030 #ifndef WFMATH_VECTOR_FUNCS_H
00031 #define WFMATH_VECTOR_FUNCS_H
00032
00033 #include <wfmath/vector.h>
00034 #include <wfmath/rotmatrix.h>
00035 #include <wfmath/const.h>
00036
00037 namespace WFMath {
00038
00039 template<const int dim>
00040 inline Vector<dim>::Vector(const Vector<dim>& v) : m_valid(v.m_valid)
00041 {
00042 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00043 m_elem[i] = v.m_elem[i];
00044 }
00045
00046 template<const int dim>
00047 inline Vector<dim>& Vector<dim>::operator=(const Vector<dim>& v)
00048 {
00049 m_valid = v.m_valid;
00050
00051 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00052 m_elem[i] = v.m_elem[i];
00053
00054 return *this;
00055 }
00056
00057 template<const int dim>
00058 inline bool Vector<dim>::isEqualTo(const Vector<dim>& v, double epsilon) const
00059 {
00060 double delta = _ScaleEpsilon(m_elem, v.m_elem, dim, epsilon);
00061
00062 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00063 if(fabs(m_elem[i] - v.m_elem[i]) > delta)
00064 return false;
00065
00066 return true;
00067 }
00068
00069 template <const int dim>
00070 inline Vector<dim>& operator+=(Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2)
00071 {
00072 v1.m_valid = v1.m_valid && v2.m_valid;
00073
00074 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00075 v1.m_elem[i] += v2.m_elem[i];
00076
00077 return v1;
00078 }
00079
00080 template <const int dim>
00081 inline Vector<dim>& operator-=(Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2)
00082 {
00083 v1.m_valid = v1.m_valid && v2.m_valid;
00084
00085 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00086 v1.m_elem[i] -= v2.m_elem[i];
00087
00088 return v1;
00089 }
00090
00091 template <const int dim>
00092 inline Vector<dim>& operator*=(Vector<dim>& v, CoordType d)
00093 {
00094 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00095 v.m_elem[i] *= d;
00096
00097 return v;
00098 }
00099
00100 template <const int dim>
00101 inline Vector<dim>& operator/=(Vector<dim>& v, CoordType d)
00102 {
00103 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00104 v.m_elem[i] /= d;
00105
00106 return v;
00107 }
00108
00109 template <const int dim>
00110 inline Vector<dim> operator+(const Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2)
00111 {
00112 Vector<dim> ans(v1);
00113
00114 ans += v2;
00115
00116 return ans;
00117 }
00118
00119 template <const int dim>
00120 inline Vector<dim> operator-(const Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2)
00121 {
00122 Vector<dim> ans(v1);
00123
00124 ans -= v2;
00125
00126 return ans;
00127 }
00128
00129 template <const int dim>
00130 inline Vector<dim> operator*(const Vector<dim>& v, CoordType d)
00131 {
00132 Vector<dim> ans(v);
00133
00134 ans *= d;
00135
00136 return ans;
00137 }
00138
00139 template<const int dim>
00140 inline Vector<dim> operator*(CoordType d, const Vector<dim>& v)
00141 {
00142 Vector<dim> ans(v);
00143
00144 ans *= d;
00145
00146 return ans;
00147 }
00148
00149 template <const int dim>
00150 inline Vector<dim> operator/(const Vector<dim>& v, CoordType d)
00151 {
00152 Vector<dim> ans(v);
00153
00154 ans /= d;
00155
00156 return ans;
00157 }
00158
00159 template <const int dim>
00160 inline Vector<dim> operator-(const Vector<dim>& v)
00161 {
00162 Vector<dim> ans;
00163
00164 ans.m_valid = v.m_valid;
00165
00166 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00167 ans.m_elem[i] = -v.m_elem[i];
00168
00169 return ans;
00170 }
00171
00172 template<const int dim>
00173 inline Vector<dim>& Vector<dim>::sloppyNorm(CoordType norm)
00174 {
00175 CoordType mag = sloppyMag();
00176
00177 assert("need nonzero length vector" && mag > norm / WFMATH_MAX);
00178
00179 return (*this *= norm / mag);
00180 }
00181
00182 template<const int dim>
00183 inline Vector<dim>& Vector<dim>::zero()
00184 {
00185 m_valid = true;
00186
00187 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00188 m_elem[i] = 0;
00189
00190 return *this;
00191 }
00192
00193 template<const int dim>
00194 inline CoordType Angle(const Vector<dim>& v, const Vector<dim>& u)
00195 {
00196
00197
00198
00199 CoordType dp = FloatClamp(Dot(u, v) / sqrt(u.sqrMag() * v.sqrMag()),
00200 -1.0, 1.0);
00201
00202 CoordType angle = acos(dp);
00203
00204 return angle;
00205 }
00206
00207 template<const int dim>
00208 inline Vector<dim>& Vector<dim>::rotate(int axis1, int axis2, CoordType theta)
00209 {
00210 assert(axis1 >= 0 && axis2 >= 0 && axis1 < dim && axis2 < dim && axis1 != axis2);
00211
00212 CoordType tmp1 = m_elem[axis1], tmp2 = m_elem[axis2];
00213 CoordType stheta = (CoordType) sin(theta), ctheta = (CoordType) cos(theta);
00214
00215 m_elem[axis1] = tmp1 * ctheta - tmp2 * stheta;
00216 m_elem[axis2] = tmp2 * ctheta + tmp1 * stheta;
00217
00218 return *this;
00219 }
00220
00221 template<const int dim>
00222 inline Vector<dim>& Vector<dim>::rotate(const Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2,
00223 CoordType theta)
00224 {
00225 RotMatrix<dim> m;
00226 return operator=(Prod(*this, m.rotation(v1, v2, theta)));
00227 }
00228
00229 template<const int dim>
00230 inline Vector<dim>& Vector<dim>::rotate(const RotMatrix<dim>& m)
00231 {
00232 return *this = Prod(*this, m);
00233 }
00234
00235 #ifndef WFMATH_NO_CLASS_FUNCTION_SPECIALIZATION
00236 template<> Vector<3>& Vector<3>::rotate(const Vector<3>& axis, CoordType theta);
00237 template<> Vector<3>& Vector<3>::rotate(const Quaternion& q);
00238 #else
00239 Vector<3>& _NCFS_Vector3_rotate(Vector<3>& v, const Vector<3>& axis, CoordType theta);
00240 Vector<3>& _NCFS_Vector3_rotate(Vector<3>& v, const Quaternion& q);
00241
00242 template<>
00243 inline Vector<3>& Vector<3>::rotate(const Vector<3>& axis, CoordType theta)
00244 {
00245 return _NCFS_Vector3_rotate(*this, axis, theta);
00246 }
00247
00248 template<>
00249 inline Vector<3>& Vector<3>::rotate(const Quaternion& q)
00250 {
00251 return _NCFS_Vector3_rotate(*this, q);
00252 }
00253 #endif
00254
00255 template<const int dim>
00256 inline CoordType Dot(const Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2)
00257 {
00258 double delta = _ScaleEpsilon(v1.m_elem, v2.m_elem, dim);
00259
00260 CoordType ans = 0;
00261
00262 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00263 ans += v1.m_elem[i] * v2.m_elem[i];
00264
00265 return (fabs(ans) >= delta) ? ans : 0;
00266 }
00267
00268 template<const int dim>
00269 inline CoordType Vector<dim>::sqrMag() const
00270 {
00271 CoordType ans = 0;
00272
00273 for(int i = 0; i < dim; ++i)
00274
00275 ans += m_elem[i] * m_elem[i];
00276
00277 return ans;
00278 }
00279
00280 template<const int dim>
00281 inline bool Parallel(const Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2, bool& same_dir)
00282 {
00283 CoordType dot = Dot(v1, v2);
00284
00285 same_dir = (dot > 0);
00286
00287 return Equal(dot * dot, v1.sqrMag() * v2.sqrMag());
00288 }
00289
00290 template<const int dim>
00291 inline bool Parallel(const Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2)
00292 {
00293 bool same_dir;
00294
00295 return Parallel(v1, v2, same_dir);
00296 }
00297
00298 template<const int dim>
00299 inline bool Perpendicular(const Vector<dim>& v1, const Vector<dim>& v2)
00300 {
00301 double max1 = 0, max2 = 0;
00302
00303 for(int i = 0; i < dim; ++i) {
00304 double val1 = fabs(v1[i]), val2 = fabs(v2[i]);
00305 if(val1 > max1)
00306 max1 = val1;
00307 if(val2 > max2)
00308 max2 = val2;
00309 }
00310
00311
00312 int exp1, exp2;
00313 (void) frexp(max1, &exp1);
00314 (void) frexp(max2, &exp2);
00315
00316 return fabs(Dot(v1, v2)) < ldexp(WFMATH_EPSILON, exp1 + exp2);
00317 }
00318
00319 template<>
00320 inline const CoordType Vector<1>::sloppyMagMax()
00321 {
00322 return (CoordType) 1;
00323 }
00324
00325 template<>
00326 inline const CoordType Vector<2>::sloppyMagMax()
00327 {
00328 return (CoordType) 1.082392200292393968799446410733;
00329 }
00330
00331 template<>
00332 inline const CoordType Vector<3>::sloppyMagMax()
00333 {
00334 return (CoordType) 1.145934719303161490541433900265;
00335 }
00336
00337 template<>
00338 inline const CoordType Vector<1>::sloppyMagMaxSqrt()
00339 {
00340 return (CoordType) 1;
00341 }
00342
00343 template<>
00344 inline const CoordType Vector<2>::sloppyMagMaxSqrt()
00345 {
00346 return (CoordType) 1.040380795811030899095785063701;
00347 }
00348
00349 template<>
00350 inline const CoordType Vector<3>::sloppyMagMaxSqrt()
00351 {
00352 return (CoordType) 1.070483404496847625250328653179;
00353 }
00354
00355
00356
00357
00358
00359
00360
00361
00362
00363
00364
00365
00366
00367
00368 #ifndef WFMATH_NO_CLASS_FUNCTION_SPECIALIZATION
00369 template<> Vector<2>& Vector<2>::polar(CoordType r, CoordType theta);
00370 template<> void Vector<2>::asPolar(CoordType& r, CoordType& theta) const;
00371
00372 template<> Vector<3>& Vector<3>::polar(CoordType r, CoordType theta,
00373 CoordType z);
00374 template<> void Vector<3>::asPolar(CoordType& r, CoordType& theta,
00375 CoordType& z) const;
00376 template<> Vector<3>& Vector<3>::spherical(CoordType r, CoordType theta,
00377 CoordType phi);
00378 template<> void Vector<3>::asSpherical(CoordType& r, CoordType& theta,
00379 CoordType& phi) const;
00380
00381 template<> CoordType Vector<2>::sloppyMag() const;
00382 template<> CoordType Vector<3>::sloppyMag() const;
00383 #else
00384 void _NCFS_Vector2_polar(CoordType *m_elem, CoordType r, CoordType theta);
00385 void _NCFS_Vector2_asPolar(CoordType *m_elem, CoordType& r, CoordType& theta);
00386
00387 void _NCFS_Vector3_polar(CoordType *m_elem, CoordType r, CoordType theta,
00388 CoordType z);
00389 void _NCFS_Vector3_asPolar(CoordType *m_elem, CoordType& r, CoordType& theta,
00390 CoordType& z);
00391 void _NCFS_Vector3_spherical(CoordType *m_elem, CoordType r, CoordType theta,
00392 CoordType phi);
00393 void _NCFS_Vector3_asSpherical(CoordType *m_elem, CoordType& r, CoordType& theta,
00394 CoordType& phi);
00395
00396 CoordType _NCFS_Vector2_sloppyMag(CoordType *m_elem);
00397 CoordType _NCFS_Vector3_sloppyMag(CoordType *m_elem);
00398
00399 template<>
00400 inline Vector<2>& Vector<2>::polar(CoordType r, CoordType theta)
00401 {
00402 _NCFS_Vector2_polar((CoordType*) m_elem, r, theta);
00403 m_valid = true;
00404 return *this;
00405 }
00406
00407 template<>
00408 inline void Vector<2>::asPolar(CoordType& r, CoordType& theta) const
00409 {
00410 _NCFS_Vector2_asPolar((CoordType*) m_elem, r, theta);
00411 }
00412
00413 template<>
00414 inline Vector<3>& Vector<3>::polar(CoordType r, CoordType theta, CoordType z)
00415 {
00416 _NCFS_Vector3_polar((CoordType*) m_elem, r, theta, z);
00417 m_valid = true;
00418 return *this;
00419 }
00420
00421 template<>
00422 inline void Vector<3>::asPolar(CoordType& r, CoordType& theta, CoordType& z) const
00423 {
00424 _NCFS_Vector3_asPolar((CoordType*) m_elem, r, theta, z);
00425 }
00426
00427 template<>
00428 inline Vector<3>& Vector<3>::spherical(CoordType r, CoordType theta, CoordType phi)
00429 {
00430 _NCFS_Vector3_spherical((CoordType*) m_elem, r, theta, phi);
00431 m_valid = true;
00432 return *this;
00433 }
00434
00435 template<>
00436 inline void Vector<3>::asSpherical(CoordType& r, CoordType& theta, CoordType& phi) const
00437 {
00438 _NCFS_Vector3_asSpherical((CoordType*) m_elem, r, theta, phi);
00439 }
00440
00441 template<>
00442 inline CoordType Vector<2>::sloppyMag() const
00443 {
00444 return _NCFS_Vector2_sloppyMag((CoordType*) m_elem);
00445 }
00446
00447 template<>
00448 inline CoordType Vector<3>::sloppyMag() const
00449 {
00450 return _NCFS_Vector3_sloppyMag((CoordType*) m_elem);
00451 }
00452 #endif
00453
00454 template<> inline CoordType Vector<1>::sloppyMag() const
00455 {return (CoordType) fabs(m_elem[0]);}
00456
00457 template<> inline Vector<2>::Vector(CoordType x, CoordType y) : m_valid(true)
00458 {m_elem[0] = x; m_elem[1] = y;}
00459 template<> inline Vector<3>::Vector(CoordType x, CoordType y, CoordType z) : m_valid(true)
00460 {m_elem[0] = x; m_elem[1] = y; m_elem[2] = z;}
00461
00462
00463
00464 template<> inline Vector<2>& Vector<2>::rotate(CoordType theta)
00465 {return rotate(0, 1, theta);}
00466
00467 template<> inline Vector<3>& Vector<3>::rotateX(CoordType theta)
00468 {return rotate(1, 2, theta);}
00469 template<> inline Vector<3>& Vector<3>::rotateY(CoordType theta)
00470 {return rotate(2, 0, theta);}
00471 template<> inline Vector<3>& Vector<3>::rotateZ(CoordType theta)
00472 {return rotate(0, 1, theta);}
00473
00474
00475 }
00476
00477 #endif // WFMATH_VECTOR_FUNCS_H