xref: /plan9/sys/src/libgeometry/tstack.c (revision 7dd7cddf99dd7472612f1413b4da293630e6b1bc)
1219b2ee8SDavid du Colombier /*% cc -gpc %
2219b2ee8SDavid du Colombier  * These transformation routines maintain stacks of transformations
3219b2ee8SDavid du Colombier  * and their inverses.
4219b2ee8SDavid du Colombier  * t=pushmat(t)		push matrix stack
5219b2ee8SDavid du Colombier  * t=popmat(t)		pop matrix stack
6219b2ee8SDavid du Colombier  * rot(t, a, axis)	multiply stack top by rotation
7219b2ee8SDavid du Colombier  * qrot(t, q)		multiply stack top by rotation, q is unit quaternion
8219b2ee8SDavid du Colombier  * scale(t, x, y, z)	multiply stack top by scale
9219b2ee8SDavid du Colombier  * move(t, x, y, z)	multiply stack top by translation
10219b2ee8SDavid du Colombier  * xform(t, m)		multiply stack top by m
11219b2ee8SDavid du Colombier  * ixform(t, m, inv)	multiply stack top by m.  inv is the inverse of m.
12219b2ee8SDavid du Colombier  * look(t, e, l, u)	multiply stack top by viewing transformation
13219b2ee8SDavid du Colombier  * persp(t, fov, n, f)	multiply stack top by perspective transformation
14219b2ee8SDavid du Colombier  * viewport(t, r, aspect)
15219b2ee8SDavid du Colombier  *			multiply stack top by window->viewport transformation.
16219b2ee8SDavid du Colombier  */
17219b2ee8SDavid du Colombier #include <u.h>
18219b2ee8SDavid du Colombier #include <libc.h>
19*7dd7cddfSDavid du Colombier #include <draw.h>
20219b2ee8SDavid du Colombier #include <geometry.h>
pushmat(Space * t)21219b2ee8SDavid du Colombier Space *pushmat(Space *t){
22219b2ee8SDavid du Colombier 	Space *v;
23219b2ee8SDavid du Colombier 	v=malloc(sizeof(Space));
24219b2ee8SDavid du Colombier 	if(t==0){
25219b2ee8SDavid du Colombier 		ident(v->t);
26219b2ee8SDavid du Colombier 		ident(v->tinv);
27219b2ee8SDavid du Colombier 	}
28219b2ee8SDavid du Colombier 	else
29219b2ee8SDavid du Colombier 		*v=*t;
30219b2ee8SDavid du Colombier 	v->next=t;
31219b2ee8SDavid du Colombier 	return v;
32219b2ee8SDavid du Colombier }
popmat(Space * t)33219b2ee8SDavid du Colombier Space *popmat(Space *t){
34219b2ee8SDavid du Colombier 	Space *v;
35219b2ee8SDavid du Colombier 	if(t==0) return 0;
36219b2ee8SDavid du Colombier 	v=t->next;
37219b2ee8SDavid du Colombier 	free(t);
38219b2ee8SDavid du Colombier 	return v;
39219b2ee8SDavid du Colombier }
rot(Space * t,double theta,int axis)40219b2ee8SDavid du Colombier void rot(Space *t, double theta, int axis){
41219b2ee8SDavid du Colombier 	double s=sin(radians(theta)), c=cos(radians(theta));
42219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix m, inv;
43219b2ee8SDavid du Colombier 	register i=(axis+1)%3, j=(axis+2)%3;
44219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(m);
45219b2ee8SDavid du Colombier 	m[i][i] = c;
46219b2ee8SDavid du Colombier 	m[i][j] = -s;
47219b2ee8SDavid du Colombier 	m[j][i] = s;
48219b2ee8SDavid du Colombier 	m[j][j] = c;
49219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(inv);
50219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[i][i] = c;
51219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[i][j] = s;
52219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[j][i] = -s;
53219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[j][j] = c;
54219b2ee8SDavid du Colombier 	ixform(t, m, inv);
55219b2ee8SDavid du Colombier }
qrot(Space * t,Quaternion q)56219b2ee8SDavid du Colombier void qrot(Space *t, Quaternion q){
57219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix m, inv;
58219b2ee8SDavid du Colombier 	int i, j;
59219b2ee8SDavid du Colombier 	qtom(m, q);
60219b2ee8SDavid du Colombier 	for(i=0;i!=4;i++) for(j=0;j!=4;j++) inv[i][j]=m[j][i];
61219b2ee8SDavid du Colombier 	ixform(t, m, inv);
62219b2ee8SDavid du Colombier }
scale(Space * t,double x,double y,double z)63219b2ee8SDavid du Colombier void scale(Space *t, double x, double y, double z){
64219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix m, inv;
65219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(m);
66219b2ee8SDavid du Colombier 	m[0][0]=x;
67219b2ee8SDavid du Colombier 	m[1][1]=y;
68219b2ee8SDavid du Colombier 	m[2][2]=z;
69219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(inv);
70219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[0][0]=1/x;
71219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[1][1]=1/y;
72219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[2][2]=1/z;
73219b2ee8SDavid du Colombier 	ixform(t, m, inv);
74219b2ee8SDavid du Colombier }
move(Space * t,double x,double y,double z)75219b2ee8SDavid du Colombier void move(Space *t, double x, double y, double z){
76219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix m, inv;
77219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(m);
78219b2ee8SDavid du Colombier 	m[0][3]=x;
79219b2ee8SDavid du Colombier 	m[1][3]=y;
80219b2ee8SDavid du Colombier 	m[2][3]=z;
81219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(inv);
82219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[0][3]=-x;
83219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[1][3]=-y;
84219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[2][3]=-z;
85219b2ee8SDavid du Colombier 	ixform(t, m, inv);
86219b2ee8SDavid du Colombier }
xform(Space * t,Matrix m)87219b2ee8SDavid du Colombier void xform(Space *t, Matrix m){
88219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix inv;
89219b2ee8SDavid du Colombier 	if(invertmat(m, inv)==0) return;
90219b2ee8SDavid du Colombier 	ixform(t, m, inv);
91219b2ee8SDavid du Colombier }
ixform(Space * t,Matrix m,Matrix inv)92219b2ee8SDavid du Colombier void ixform(Space *t, Matrix m, Matrix inv){
93219b2ee8SDavid du Colombier 	matmul(t->t, m);
94219b2ee8SDavid du Colombier 	matmulr(t->tinv, inv);
95219b2ee8SDavid du Colombier }
96219b2ee8SDavid du Colombier /*
97219b2ee8SDavid du Colombier  * multiply the top of the matrix stack by a view-pointing transformation
98*7dd7cddfSDavid du Colombier  * with the eyepoint at e, looking at point l, with u at the top of the screen.
99219b2ee8SDavid du Colombier  * The coordinate system is deemed to be right-handed.
100219b2ee8SDavid du Colombier  * The generated transformation transforms this view into a view from
101219b2ee8SDavid du Colombier  * the origin, looking in the positive y direction, with the z axis pointing up,
102219b2ee8SDavid du Colombier  * and x to the right.
103219b2ee8SDavid du Colombier  */
look(Space * t,Point3 e,Point3 l,Point3 u)104219b2ee8SDavid du Colombier void look(Space *t, Point3 e, Point3 l, Point3 u){
105219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix m, inv;
106219b2ee8SDavid du Colombier 	Point3 r;
107219b2ee8SDavid du Colombier 	l=unit3(sub3(l, e));
108219b2ee8SDavid du Colombier 	u=unit3(vrem3(sub3(u, e), l));
109219b2ee8SDavid du Colombier 	r=cross3(l, u);
110219b2ee8SDavid du Colombier 	/* make the matrix to transform from (rlu) space to (xyz) space */
111219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(m);
112219b2ee8SDavid du Colombier 	m[0][0]=r.x; m[0][1]=r.y; m[0][2]=r.z;
113219b2ee8SDavid du Colombier 	m[1][0]=l.x; m[1][1]=l.y; m[1][2]=l.z;
114219b2ee8SDavid du Colombier 	m[2][0]=u.x; m[2][1]=u.y; m[2][2]=u.z;
115219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(inv);
116219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[0][0]=r.x; inv[0][1]=l.x; inv[0][2]=u.x;
117219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[1][0]=r.y; inv[1][1]=l.y; inv[1][2]=u.y;
118219b2ee8SDavid du Colombier 	inv[2][0]=r.z; inv[2][1]=l.z; inv[2][2]=u.z;
119219b2ee8SDavid du Colombier 	ixform(t, m, inv);
120219b2ee8SDavid du Colombier 	move(t, -e.x, -e.y, -e.z);
121219b2ee8SDavid du Colombier }
122219b2ee8SDavid du Colombier /*
123219b2ee8SDavid du Colombier  * generate a transformation that maps the frustum with apex at the origin,
124219b2ee8SDavid du Colombier  * apex angle=fov and clipping planes y=n and y=f into the double-unit cube.
125219b2ee8SDavid du Colombier  * plane y=n maps to y'=-1, y=f maps to y'=1
126219b2ee8SDavid du Colombier  */
persp(Space * t,double fov,double n,double f)127219b2ee8SDavid du Colombier int persp(Space *t, double fov, double n, double f){
128219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix m;
129219b2ee8SDavid du Colombier 	double z;
130219b2ee8SDavid du Colombier 	if(n<=0 || f<=n || fov<=0 || 180<=fov) /* really need f!=n && sin(v)!=0 */
131219b2ee8SDavid du Colombier 		return -1;
132219b2ee8SDavid du Colombier 	z=1/tan(radians(fov)/2);
133219b2ee8SDavid du Colombier 	m[0][0]=z; m[0][1]=0;           m[0][2]=0; m[0][3]=0;
134219b2ee8SDavid du Colombier 	m[1][0]=0; m[1][1]=(f+n)/(f-n); m[1][2]=0; m[1][3]=f*(1-m[1][1]);
135219b2ee8SDavid du Colombier 	m[2][0]=0; m[2][1]=0;           m[2][2]=z; m[2][3]=0;
136219b2ee8SDavid du Colombier 	m[3][0]=0; m[3][1]=1;           m[3][2]=0; m[3][3]=0;
137219b2ee8SDavid du Colombier 	xform(t, m);
138219b2ee8SDavid du Colombier 	return 0;
139219b2ee8SDavid du Colombier }
140219b2ee8SDavid du Colombier /*
141219b2ee8SDavid du Colombier  * Map the unit-cube window into the given screen viewport.
142219b2ee8SDavid du Colombier  * r has min at the top left, max just outside the lower right.  Aspect is the
143219b2ee8SDavid du Colombier  * aspect ratio (dx/dy) of the viewport's pixels (not of the whole viewport!)
144219b2ee8SDavid du Colombier  * The whole window is transformed to fit centered inside the viewport with equal
145219b2ee8SDavid du Colombier  * slop on either top and bottom or left and right, depending on the viewport's
146219b2ee8SDavid du Colombier  * aspect ratio.
147219b2ee8SDavid du Colombier  * The window is viewed down the y axis, with x to the left and z up.  The viewport
148219b2ee8SDavid du Colombier  * has x increasing to the right and y increasing down.  The window's y coordinates
149219b2ee8SDavid du Colombier  * are mapped, unchanged, into the viewport's z coordinates.
150219b2ee8SDavid du Colombier  */
viewport(Space * t,Rectangle r,double aspect)151219b2ee8SDavid du Colombier void viewport(Space *t, Rectangle r, double aspect){
152219b2ee8SDavid du Colombier 	Matrix m;
153219b2ee8SDavid du Colombier 	double xc, yc, wid, hgt, scale;
154219b2ee8SDavid du Colombier 	xc=.5*(r.min.x+r.max.x);
155219b2ee8SDavid du Colombier 	yc=.5*(r.min.y+r.max.y);
156219b2ee8SDavid du Colombier 	wid=(r.max.x-r.min.x)*aspect;
157219b2ee8SDavid du Colombier 	hgt=r.max.y-r.min.y;
158219b2ee8SDavid du Colombier 	scale=.5*(wid<hgt?wid:hgt);
159219b2ee8SDavid du Colombier 	ident(m);
160219b2ee8SDavid du Colombier 	m[0][0]=scale;
161219b2ee8SDavid du Colombier 	m[0][3]=xc;
162219b2ee8SDavid du Colombier 	m[1][1]=0;
163219b2ee8SDavid du Colombier 	m[1][2]=-scale;
164219b2ee8SDavid du Colombier 	m[1][3]=yc;
165219b2ee8SDavid du Colombier 	m[2][1]=1;
166219b2ee8SDavid du Colombier 	m[2][2]=0;
167219b2ee8SDavid du Colombier 	/* should get inverse by hand */
168219b2ee8SDavid du Colombier 	xform(t, m);
169219b2ee8SDavid du Colombier }
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