allow option for backfaces in ray_triangle
[vg.git] / vg_m.h
diff --git a/vg_m.h b/vg_m.h
index 8b354d697f442b03d4c943aac878c11b7829ef36..2de095eb544c3508af92b147dddafdbdc2c5eae6 100644 (file)
--- a/vg_m.h
+++ b/vg_m.h
@@ -32,6 +32,7 @@
 
 #define VG_PIf  3.14159265358979323846264338327950288f
 #define VG_TAUf 6.28318530717958647692528676655900576f
+
 /*
  * -----------------------------------------------------------------------------
  * Section 0.                    Misc Operations
@@ -106,6 +107,41 @@ static inline f32 vg_rad( f32 deg )
    return deg * VG_PIf / 180.0f;
 }
 
+/* angle to reach b from a */
+static f32 vg_angle_diff( f32 a, f32 b ){
+   f32 d = fmod(b,VG_TAUf)-fmodf(a,VG_TAUf);
+   if( fabsf(d) > VG_PIf )
+      d = -vg_signf(d) * (VG_TAUf - fabsf(d));
+
+   return d;
+}
+
+/*
+ * quantize float to bit count
+ */
+static u32 vg_quantf( f32 a, u32 bits, f32 min, f32 max ){
+   u32 mask = (0x1 << bits) - 1;
+   return vg_clampf((a - min) * ((f32)mask/(max-min)), 0.0f, mask );
+}
+
+/*
+ * un-quantize discreet to float
+ */
+static f32 vg_dequantf( u32 q, u32 bits, f32 min, f32 max ){
+   u32 mask = (0x1 << bits) - 1;
+   return min + (f32)q * ((max-min) / (f32)mask);
+}
+
+/* https://iquilezles.org/articles/functions/ 
+ *
+ * Use k to control the stretching of the function. Its maximum, which is 1, 
+ * happens at exactly x = 1/k. 
+ */
+static f32 vg_exp_impulse( f32 x, f32 k ){
+    f32 h = k*x;
+    return h*expf(1.0f-h);
+}
+
 /*
  * -----------------------------------------------------------------------------
  * Section 2.a                   2D Vectors
@@ -514,6 +550,34 @@ static void v3_tangent_basis( v3f n, v3f tx, v3f ty ){
    v3_cross( n, tx, ty );
 }
 
+/*
+ * Compute yaw and pitch based of a normalized vector representing forward
+ * forward: -z
+ * result -> (YAW,PITCH,0.0)
+ */
+static void v3_angles( v3f v, v3f out_angles ){
+   float yaw = atan2f( v[0], -v[2] ),
+       pitch = atan2f( 
+                   -v[1], 
+                   sqrtf(
+                     v[0]*v[0] + v[2]*v[2]
+                   )
+               );
+
+   out_angles[0] = yaw;
+   out_angles[1] = pitch;
+   out_angles[2] = 0.0f;
+}
+
+/*
+ * Compute the forward vector from (YAW,PITCH,ROLL)
+ * forward: -z
+ */
+static void v3_angles_vector( v3f angles, v3f out_v ){
+   out_v[0] =  sinf( angles[0] ) * cosf( angles[1] );
+   out_v[1] = -sinf( angles[1] );
+   out_v[2] = -cosf( angles[0] ) * cosf( angles[1] );
+}
 
 /*
  * -----------------------------------------------------------------------------
@@ -673,6 +737,10 @@ static void q_mulv( v4f q, v3f v, v3f d )
    v3_add( v1, v2, d );
 }
 
+static f32 q_dist( v4f q0, v4f q1 ){
+   return acosf( 2.0f * v4_dot(q0,q1) -1.0f );
+}
+
 /*
  * -----------------------------------------------------------------------------
  * Section 4.a                  2x2 matrices
@@ -710,6 +778,16 @@ static inline void m2x2_create_rotation( m2x2f a, f32 theta )
    a[1][1] =  c;
 }
 
+static inline void m2x2_mulv( m2x2f m, v2f v, v2f d )
+{
+   v2f res;
+   
+   res[0] = m[0][0]*v[0] + m[1][0]*v[1];
+   res[1] = m[0][1]*v[0] + m[1][1]*v[1];
+   
+   v2_copy( res, d );
+}
+
 /*
  * -----------------------------------------------------------------------------
  * Section 4.b                  3x3 matrices
@@ -1194,8 +1272,7 @@ static void m4x3_decompose( m4x3f m, v3f co, v4f q, v3f s )
    m3x3_q( rot, q );
 }
 
-static void m4x3_expand_aabb_point( m4x3f m, boxf box, v3f point )
-{
+static void m4x3_expand_aabb_point( m4x3f m, boxf box, v3f point ){
    v3f v;
    m4x3_mulv( m, point, v );
 
@@ -1203,26 +1280,19 @@ static void m4x3_expand_aabb_point( m4x3f m, boxf box, v3f point )
    v3_maxv( box[1], v, box[1] );
 }
 
-static void m4x3_transform_aabb( m4x3f m, boxf box )
-{
+static void m4x3_expand_aabb_aabb( m4x3f m, boxf boxa, boxf boxb ){
    v3f a; v3f b;
-   
-   v3_copy( box[0], a );
-   v3_copy( box[1], b );
-   v3_fill( box[0],  INFINITY );
-   v3_fill( box[1], -INFINITY );
-
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ a[0], a[1], a[2] } );
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ a[0], b[1], a[2] } );
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ b[0], b[1], a[2] } );
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ b[0], a[1], a[2] } );
-
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ a[0], a[1], b[2] } );
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ a[0], b[1], b[2] } );
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ b[0], b[1], b[2] } );
-   m4x3_expand_aabb_point( m, box, (v3f){ b[0], a[1], b[2] } );
+   v3_copy( boxb[0], a );
+   v3_copy( boxb[1], b );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ a[0], a[1], a[2] } );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ a[0], b[1], a[2] } );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ b[0], b[1], a[2] } );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ b[0], a[1], a[2] } );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ a[0], a[1], b[2] } );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ a[0], b[1], b[2] } );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ b[0], b[1], b[2] } );
+   m4x3_expand_aabb_point( m, boxa, (v3f){ b[0], a[1], b[2] } );
 }
-
 static inline void m4x3_lookat( m4x3f m, v3f pos, v3f target, v3f up )
 {
    v3f dir;
@@ -1457,8 +1527,7 @@ static int box_within( boxf greater, boxf lesser )
    return 0;
 }
 
-static inline void box_init_inf( boxf box )
-{
+static inline void box_init_inf( boxf box ){
    v3_fill( box[0],  INFINITY );
    v3_fill( box[1], -INFINITY );
 }
@@ -1545,7 +1614,7 @@ int plane_intersect2( v4f a, v4f b, v3f p, v3f n )
 static int plane_segment( v4f plane, v3f a, v3f b, v3f co )
 {
    f32 d0 = v3_dot( a, plane ) - plane[3],
-         d1 = v3_dot( b, plane ) - plane[3];
+       d1 = v3_dot( b, plane ) - plane[3];
 
    if( d0*d1 < 0.0f )
    {
@@ -1567,6 +1636,17 @@ static inline f64 plane_polarity( f64 p[4], f64 a[3] )
    ;
 }
 
+static f32 ray_plane( v4f plane, v3f co, v3f dir ){
+   f32 d = v3_dot( plane, dir );
+   if( fabsf(d) > 1e-6f ){
+      v3f v0;
+      v3_muls( plane, plane[3], v0 );
+      v3_sub( v0, co, v0 );
+      return v3_dot( v0, plane ) / d;
+   }
+   else return INFINITY;
+}
+
 /*
  * -----------------------------------------------------------------------------
  * Section 5.c            Closest point functions
@@ -1577,7 +1657,7 @@ static inline f64 plane_polarity( f64 p[4], f64 a[3] )
  * These closest point tests were learned from Real-Time Collision Detection by 
  * Christer Ericson 
  */
-VG_STATIC f32 closest_segment_segment( v3f p1, v3f q1, v3f p2, v3f q2, 
+static f32 closest_segment_segment( v3f p1, v3f q1, v3f p2, v3f q2, 
    f32 *s, f32 *t, v3f c1, v3f c2)
 {
    v3f d1,d2,r;
@@ -1654,7 +1734,7 @@ VG_STATIC f32 closest_segment_segment( v3f p1, v3f q1, v3f p2, v3f q2,
    return v3_length2( v0 );
 }
 
-VG_STATIC int point_inside_aabb( boxf box, v3f point )
+static int point_inside_aabb( boxf box, v3f point )
 {
    if((point[0]<=box[1][0]) && (point[1]<=box[1][1]) && (point[2]<=box[1][2]) &&
       (point[0]>=box[0][0]) && (point[1]>=box[0][1]) && (point[2]>=box[0][2]) )
@@ -1663,13 +1743,13 @@ VG_STATIC int point_inside_aabb( boxf box, v3f point )
       return 0;
 }
 
-VG_STATIC void closest_point_aabb( v3f p, boxf box, v3f dest )
+static void closest_point_aabb( v3f p, boxf box, v3f dest )
 {
    v3_maxv( p, box[0], dest );
    v3_minv( dest, box[1], dest );
 }
 
-VG_STATIC void closest_point_obb( v3f p, boxf box, 
+static void closest_point_obb( v3f p, boxf box, 
                                   m4x3f mtx, m4x3f inv_mtx, v3f dest )
 {
    v3f local;
@@ -1678,7 +1758,7 @@ VG_STATIC void closest_point_obb( v3f p, boxf box,
    m4x3_mulv( mtx, local, dest );
 }
 
-VG_STATIC f32 closest_point_segment( v3f a, v3f b, v3f point, v3f dest )
+static f32 closest_point_segment( v3f a, v3f b, v3f point, v3f dest )
 {
    v3f v0, v1;
    v3_sub( b, a, v0 );
@@ -1690,7 +1770,7 @@ VG_STATIC f32 closest_point_segment( v3f a, v3f b, v3f point, v3f dest )
    return t;
 }
 
-VG_STATIC void closest_on_triangle( v3f p, v3f tri[3], v3f dest )
+static void closest_on_triangle( v3f p, v3f tri[3], v3f dest )
 {
    v3f ab, ac, ap;
    f32 d1, d2;
@@ -1786,7 +1866,7 @@ enum contact_type
    k_contact_type_edge
 };
 
-VG_STATIC enum contact_type closest_on_triangle_1( v3f p, v3f tri[3], v3f dest )
+static enum contact_type closest_on_triangle_1( v3f p, v3f tri[3], v3f dest )
 {
    v3f ab, ac, ap;
    f32 d1, d2;
@@ -1937,7 +2017,7 @@ int ray_aabb1( boxf box, v3f co, v3f dir_inv, f32 dist )
 
 /* Time of intersection with ray vs triangle */
 static int ray_tri( v3f tri[3], v3f co, 
-                    v3f dir, f32 *dist )
+                    v3f dir, f32 *dist, int backfaces )
 {
    f32 const kEpsilon = 0.00001f;
 
@@ -1953,7 +2033,7 @@ static int ray_tri( v3f tri[3], v3f co,
    v3_cross( dir, v1, h );
    v3_cross( v0, v1, n );
 
-   if( v3_dot( n, dir ) > 0.0f ) /* Backface culling */
+   if( (v3_dot( n, dir ) > 0.0f) && !backfaces ) /* Backface culling */
       return 0;
    
    /* Parralel */
@@ -2091,7 +2171,7 @@ static int spherecast_triangle( v3f tri[3],
    f32 t_min = INFINITY,
          t1;
 
-   if( ray_tri( sum, co, dir, &t1 ) ){
+   if( ray_tri( sum, co, dir, &t1, 0 ) ){
       t_min = vg_minf( t_min, t1 );
       hit = 1;
    }
@@ -2197,59 +2277,55 @@ static float vg_sphere_volume( float radius ){
 /* changes to STATE_VECTOR_LENGTH also require changes to this */
 #define MT_STATE_VECTOR_M      397 
 
-struct {
+typedef struct vg_rand vg_rand;
+struct vg_rand {
   u32 mt[MT_STATE_VECTOR_LENGTH];
   i32 index;
-} 
-static vg_rand;
+};
 
-static void vg_rand_seed( unsigned long seed ) 
-{
+static void vg_rand_seed( vg_rand *rand, unsigned long seed ) {
    /* set initial seeds to mt[STATE_VECTOR_LENGTH] using the generator
     * from Line 25 of Table 1 in: Donald Knuth, "The Art of Computer
     * Programming," Vol. 2 (2nd Ed.) pp.102.
     */
-   vg_rand.mt[0] = seed & 0xffffffff;
-   for( vg_rand.index=1; vg_rand.index<MT_STATE_VECTOR_LENGTH; vg_rand.index++){
-      vg_rand.mt[vg_rand.index] = 
-         (6069 * vg_rand.mt[vg_rand.index-1]) & 0xffffffff;
+   rand->mt[0] = seed & 0xffffffff;
+   for( rand->index=1; rand->index<MT_STATE_VECTOR_LENGTH; rand->index++){
+      rand->mt[rand->index] = (6069 * rand->mt[rand->index-1]) & 0xffffffff;
    }
 }
 
 /*
  * Generates a pseudo-randomly generated long.
  */
-static u32 vg_randu32(void) 
-{
+static u32 vg_randu32( vg_rand *rand ) {
    u32 y;
    /* mag[x] = x * 0x9908b0df for x = 0,1 */
    static u32 mag[2] = {0x0, 0x9908b0df}; 
-   if( vg_rand.index >= MT_STATE_VECTOR_LENGTH || vg_rand.index < 0 ){
+   if( rand->index >= MT_STATE_VECTOR_LENGTH || rand->index < 0 ){
       /* generate STATE_VECTOR_LENGTH words at a time */
       int kk;
-      if( vg_rand.index >= MT_STATE_VECTOR_LENGTH+1 || vg_rand.index < 0 ){
-         vg_rand_seed( 4357 );
+      if( rand->index >= MT_STATE_VECTOR_LENGTH+1 || rand->index < 0 ){
+         vg_rand_seed( rand, 4357 );
       }
       for( kk=0; kk<MT_STATE_VECTOR_LENGTH-MT_STATE_VECTOR_M; kk++ ){
-         y = (vg_rand.mt[kk] & MT_UPPER_MASK) | 
-             (vg_rand.mt[kk+1] & MT_LOWER_MASK);
-         vg_rand.mt[kk] = vg_rand.mt[kk+MT_STATE_VECTOR_M] ^ 
-                           (y >> 1) ^ mag[y & 0x1];
+         y = (rand->mt[kk] & MT_UPPER_MASK) | 
+             (rand->mt[kk+1] & MT_LOWER_MASK);
+         rand->mt[kk] = rand->mt[kk+MT_STATE_VECTOR_M] ^ (y>>1) ^ mag[y & 0x1];
       }
       for( ; kk<MT_STATE_VECTOR_LENGTH-1; kk++ ){
-         y = (vg_rand.mt[kk] & MT_UPPER_MASK) | 
-             (vg_rand.mt[kk+1] & MT_LOWER_MASK);
-         vg_rand.mt[kk] = 
-            vg_rand.mt[ kk+(MT_STATE_VECTOR_M-MT_STATE_VECTOR_LENGTH)] ^ 
+         y = (rand->mt[kk] & MT_UPPER_MASK) | 
+             (rand->mt[kk+1] & MT_LOWER_MASK);
+         rand->mt[kk] = 
+            rand->mt[ kk+(MT_STATE_VECTOR_M-MT_STATE_VECTOR_LENGTH)] ^ 
                         (y >> 1) ^ mag[y & 0x1];
       }
-      y = (vg_rand.mt[MT_STATE_VECTOR_LENGTH-1] & MT_UPPER_MASK) | 
-          (vg_rand.mt[0] & MT_LOWER_MASK);
-      vg_rand.mt[MT_STATE_VECTOR_LENGTH-1] = 
-         vg_rand.mt[MT_STATE_VECTOR_M-1] ^ (y >> 1) ^ mag[y & 0x1];
-      vg_rand.index = 0;
+      y = (rand->mt[MT_STATE_VECTOR_LENGTH-1] & MT_UPPER_MASK) | 
+          (rand->mt[0] & MT_LOWER_MASK);
+      rand->mt[MT_STATE_VECTOR_LENGTH-1] = 
+         rand->mt[MT_STATE_VECTOR_M-1] ^ (y >> 1) ^ mag[y & 0x1];
+      rand->index = 0;
    }
-   y = vg_rand.mt[vg_rand.index++];
+   y = rand->mt[rand->index++];
    y ^= (y >> 11);
    y ^= (y << 7) & MT_TEMPERING_MASK_B;
    y ^= (y << 15) & MT_TEMPERING_MASK_C;
@@ -2260,21 +2336,21 @@ static u32 vg_randu32(void)
 /*
  * Generates a pseudo-randomly generated f64 in the range [0..1].
  */
-static inline f64 vg_randf64(void)
-{
-   return (f64)vg_randu32()/(f64)0xffffffff;
+static inline f64 vg_randf64( vg_rand *rand ){
+   return (f64)vg_randu32(rand)/(f64)0xffffffff;
 }
 
-static inline f64 vg_randf64_range( f64 min, f64 max )
-{
-   return vg_lerp( min, max, (f64)vg_randf64() );
+static inline f64 vg_randf64_range( vg_rand *rand, f64 min, f64 max ){
+   return vg_lerp( min, max, (f64)vg_randf64(rand) );
 }
 
-static inline void vg_rand_dir( v3f dir )
-{
-   dir[0] = vg_randf64();
-   dir[1] = vg_randf64();
-   dir[2] = vg_randf64();
+static inline void vg_rand_dir( vg_rand *rand, v3f dir ){
+   dir[0] = vg_randf64(rand);
+   dir[1] = vg_randf64(rand);
+   dir[2] = vg_randf64(rand);
+
+   /* warning: *could* be 0 length.
+    * very unlikely.. 1 in (2^32)^3. but its mathematically wrong. */
 
    v3_muls( dir, 2.0f, dir );
    v3_sub( dir, (v3f){1.0f,1.0f,1.0f}, dir );
@@ -2282,10 +2358,25 @@ static inline void vg_rand_dir( v3f dir )
    v3_normalize( dir );
 }
 
-static inline void vg_rand_sphere( v3f co )
-{
-   vg_rand_dir(co);
-   v3_muls( co, cbrtf( vg_randf64() ), co );
+static inline void vg_rand_sphere( vg_rand *rand, v3f co ){
+   vg_rand_dir(rand,co);
+   v3_muls( co, cbrtf( vg_randf64(rand) ), co );
+}
+
+static void vg_rand_disc( vg_rand *rand, v2f co ){
+   f32 a = vg_randf64(rand) * VG_TAUf;
+   co[0] = sinf(a);
+   co[1] = cosf(a); 
+   v2_muls( co, sqrtf( vg_randf64(rand) ), co );
+}
+
+static void vg_rand_cone( vg_rand *rand, v3f out_dir, f32 angle ){
+   f32 r = sqrtf(vg_randf64(rand)) * angle * 0.5f,
+       a = vg_randf64(rand) * VG_TAUf;
+
+   out_dir[0] = sinf(a) * sinf(r);
+   out_dir[1] = cosf(a) * sinf(r);
+   out_dir[2] = cosf(r);
 }
 
 #endif /* VG_M_H */