matrixlib.c

   1
   2 #include "matrixlib.h"
   3 #include <math.h>
   4
   5 void Matrix4x4_Copy (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in)
   6 {
   7         *out = *in;
   8 }
   9
  10 void Matrix4x4_CopyRotateOnly (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in)
  11 {
  12         out->m[0][0] = in->m[0][0];
  13         out->m[0][1] = in->m[0][1];
  14         out->m[0][2] = in->m[0][2];
  15         out->m[0][3] = 0.0f;
  16         out->m[1][0] = in->m[1][0];
  17         out->m[1][1] = in->m[1][1];
  18         out->m[1][2] = in->m[1][2];
  19         out->m[1][3] = 0.0f;
  20         out->m[2][0] = in->m[2][0];
  21         out->m[2][1] = in->m[2][1];
  22         out->m[2][2] = in->m[2][2];
  23         out->m[2][3] = 0.0f;
  24         out->m[3][0] = 0.0f;
  25         out->m[3][1] = 0.0f;
  26         out->m[3][2] = 0.0f;
  27         out->m[3][3] = 1.0f;
  28 }
  29
  30 void Matrix4x4_CopyTranslateOnly (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in)
  31 {
  32         out->m[0][0] = 0.0f;
  33         out->m[0][1] = 0.0f;
  34         out->m[0][2] = 0.0f;
  35         out->m[0][3] = in->m[0][3];
  36         out->m[1][0] = 0.0f;
  37         out->m[1][1] = 0.0f;
  38         out->m[1][2] = 0.0f;
  39         out->m[1][3] = in->m[1][3];
  40         out->m[2][0] = 0.0f;
  41         out->m[2][1] = 0.0f;
  42         out->m[2][2] = 0.0f;
  43         out->m[2][3] = in->m[2][3];
  44         out->m[3][0] = 0.0f;
  45         out->m[3][1] = 0.0f;
  46         out->m[3][2] = 0.0f;
  47         out->m[3][3] = 1.0f;
  48 }
  49
  50 void Matrix4x4_Concat (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1, const matrix4x4_t *in2)
  51 {
  52         out->m[0][0] = in1->m[0][0] * in2->m[0][0] + in1->m[0][1] * in2->m[1][0] + in1->m[0][2] * in2->m[2][0] + in1->m[0][3] * in2->m[3][0];
  53         out->m[0][1] = in1->m[0][0] * in2->m[0][1] + in1->m[0][1] * in2->m[1][1] + in1->m[0][2] * in2->m[2][1] + in1->m[0][3] * in2->m[3][1];
  54         out->m[0][2] = in1->m[0][0] * in2->m[0][2] + in1->m[0][1] * in2->m[1][2] + in1->m[0][2] * in2->m[2][2] + in1->m[0][3] * in2->m[3][2];
  55         out->m[0][3] = in1->m[0][0] * in2->m[0][3] + in1->m[0][1] * in2->m[1][3] + in1->m[0][2] * in2->m[2][3] + in1->m[0][3] * in2->m[3][3];
  56         out->m[1][0] = in1->m[1][0] * in2->m[0][0] + in1->m[1][1] * in2->m[1][0] + in1->m[1][2] * in2->m[2][0] + in1->m[1][3] * in2->m[3][0];
  57         out->m[1][1] = in1->m[1][0] * in2->m[0][1] + in1->m[1][1] * in2->m[1][1] + in1->m[1][2] * in2->m[2][1] + in1->m[1][3] * in2->m[3][1];
  58         out->m[1][2] = in1->m[1][0] * in2->m[0][2] + in1->m[1][1] * in2->m[1][2] + in1->m[1][2] * in2->m[2][2] + in1->m[1][3] * in2->m[3][2];
  59         out->m[1][3] = in1->m[1][0] * in2->m[0][3] + in1->m[1][1] * in2->m[1][3] + in1->m[1][2] * in2->m[2][3] + in1->m[1][3] * in2->m[3][3];
  60         out->m[2][0] = in1->m[2][0] * in2->m[0][0] + in1->m[2][1] * in2->m[1][0] + in1->m[2][2] * in2->m[2][0] + in1->m[2][3] * in2->m[3][0];
  61         out->m[2][1] = in1->m[2][0] * in2->m[0][1] + in1->m[2][1] * in2->m[1][1] + in1->m[2][2] * in2->m[2][1] + in1->m[2][3] * in2->m[3][1];
  62         out->m[2][2] = in1->m[2][0] * in2->m[0][2] + in1->m[2][1] * in2->m[1][2] + in1->m[2][2] * in2->m[2][2] + in1->m[2][3] * in2->m[3][2];
  63         out->m[2][3] = in1->m[2][0] * in2->m[0][3] + in1->m[2][1] * in2->m[1][3] + in1->m[2][2] * in2->m[2][3] + in1->m[2][3] * in2->m[3][3];
  64         out->m[3][0] = in1->m[3][0] * in2->m[0][0] + in1->m[3][1] * in2->m[1][0] + in1->m[3][2] * in2->m[2][0] + in1->m[3][3] * in2->m[3][0];
  65         out->m[3][1] = in1->m[3][0] * in2->m[0][1] + in1->m[3][1] * in2->m[1][1] + in1->m[3][2] * in2->m[2][1] + in1->m[3][3] * in2->m[3][1];
  66         out->m[3][2] = in1->m[3][0] * in2->m[0][2] + in1->m[3][1] * in2->m[1][2] + in1->m[3][2] * in2->m[2][2] + in1->m[3][3] * in2->m[3][2];
  67         out->m[3][3] = in1->m[3][0] * in2->m[0][3] + in1->m[3][1] * in2->m[1][3] + in1->m[3][2] * in2->m[2][3] + in1->m[3][3] * in2->m[3][3];
  68 }
  69
  70 void Matrix4x4_Transpose (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1)
  71 {
  72         out->m[0][0] = in1->m[0][0];
  73         out->m[0][1] = in1->m[1][0];
  74         out->m[0][2] = in1->m[2][0];
  75         out->m[0][3] = in1->m[3][0];
  76         out->m[1][0] = in1->m[0][1];
  77         out->m[1][1] = in1->m[1][1];
  78         out->m[1][2] = in1->m[2][1];
  79         out->m[1][3] = in1->m[3][1];
  80         out->m[2][0] = in1->m[0][2];
  81         out->m[2][1] = in1->m[1][2];
  82         out->m[2][2] = in1->m[2][2];
  83         out->m[2][3] = in1->m[3][2];
  84         out->m[3][0] = in1->m[0][3];
  85         out->m[3][1] = in1->m[1][3];
  86         out->m[3][2] = in1->m[2][3];
  87         out->m[3][3] = in1->m[3][3];
  88 }
  89
  90 void Matrix4x4_Transpose3x3 (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1)
  91 {
  92         out->m[0][0] = in1->m[0][0];
  93         out->m[0][1] = in1->m[1][0];
  94         out->m[0][2] = in1->m[2][0];
  95         out->m[1][0] = in1->m[0][1];
  96         out->m[1][1] = in1->m[1][1];
  97         out->m[1][2] = in1->m[2][1];
  98         out->m[2][0] = in1->m[0][2];
  99         out->m[2][1] = in1->m[1][2];
 100         out->m[2][2] = in1->m[2][2];
 101
 102         out->m[0][3] = in1->m[0][3];
 103         out->m[1][3] = in1->m[1][3];
 104         out->m[2][3] = in1->m[2][3];
 105         out->m[3][0] = in1->m[0][3];
 106         out->m[3][1] = in1->m[1][3];
 107         out->m[3][2] = in1->m[2][3];
 108         out->m[3][3] = in1->m[3][3];
 109 }
 110
 111 void Matrix4x4_Invert_Simple (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1)
 112 {
 113         // we only support uniform scaling, so assume the first row is enough
 114         // (note the lack of sqrt here, because we're trying to undo the scaling,
 115         // this means multiplying by the inverse scale twice - squaring it, which
 116         // makes the sqrt a waste of time)
 117 #if 1
 118         double scale = 1.0 / (in1->m[0][0] * in1->m[0][0] + in1->m[0][1] * in1->m[0][1] + in1->m[0][2] * in1->m[0][2]);
 119 #else
 120         double scale = 3.0 / sqrt
 121                  (in1->m[0][0] * in1->m[0][0] + in1->m[0][1] * in1->m[0][1] + in1->m[0][2] * in1->m[0][2]
 122                 + in1->m[1][0] * in1->m[1][0] + in1->m[1][1] * in1->m[1][1] + in1->m[1][2] * in1->m[1][2]
 123                 + in1->m[2][0] * in1->m[2][0] + in1->m[2][1] * in1->m[2][1] + in1->m[2][2] * in1->m[2][2]);
 124         scale *= scale;
 125 #endif
 126
 127         // invert the rotation by transposing and multiplying by the squared
 128         // recipricol of the input matrix scale as described above
 129         out->m[0][0] = (float)(in1->m[0][0] * scale);
 130         out->m[0][1] = (float)(in1->m[1][0] * scale);
 131         out->m[0][2] = (float)(in1->m[2][0] * scale);
 132         out->m[1][0] = (float)(in1->m[0][1] * scale);
 133         out->m[1][1] = (float)(in1->m[1][1] * scale);
 134         out->m[1][2] = (float)(in1->m[2][1] * scale);
 135         out->m[2][0] = (float)(in1->m[0][2] * scale);
 136         out->m[2][1] = (float)(in1->m[1][2] * scale);
 137         out->m[2][2] = (float)(in1->m[2][2] * scale);
 138
 139         // invert the translate
 140         out->m[0][3] = -(in1->m[0][3] * out->m[0][0] + in1->m[1][3] * out->m[0][1] + in1->m[2][3] * out->m[0][2]);
 141         out->m[1][3] = -(in1->m[0][3] * out->m[1][0] + in1->m[1][3] * out->m[1][1] + in1->m[2][3] * out->m[1][2]);
 142         out->m[2][3] = -(in1->m[0][3] * out->m[2][0] + in1->m[1][3] * out->m[2][1] + in1->m[2][3] * out->m[2][2]);
 143
 144         // don't know if there's anything worth doing here
 145         out->m[3][0] = 0;
 146         out->m[3][1] = 0;
 147         out->m[3][2] = 0;
 148         out->m[3][3] = 1;
 149 }
 150
 151 void Matrix4x4_CreateIdentity (matrix4x4_t *out)
 152 {
 153         out->m[0][0]=1.0f;
 154         out->m[0][1]=0.0f;
 155         out->m[0][2]=0.0f;
 156         out->m[0][3]=0.0f;
 157         out->m[1][0]=0.0f;
 158         out->m[1][1]=1.0f;
 159         out->m[1][2]=0.0f;
 160         out->m[1][3]=0.0f;
 161         out->m[2][0]=0.0f;
 162         out->m[2][1]=0.0f;
 163         out->m[2][2]=1.0f;
 164         out->m[2][3]=0.0f;
 165         out->m[3][0]=0.0f;
 166         out->m[3][1]=0.0f;
 167         out->m[3][2]=0.0f;
 168         out->m[3][3]=1.0f;
 169 }
 170
 171 void Matrix4x4_CreateTranslate (matrix4x4_t *out, float x, float y, float z)
 172 {
 173         out->m[0][0]=1.0f;
 174         out->m[0][1]=0.0f;
 175         out->m[0][2]=0.0f;
 176         out->m[0][3]=x;
 177         out->m[1][0]=0.0f;
 178         out->m[1][1]=1.0f;
 179         out->m[1][2]=0.0f;
 180         out->m[1][3]=y;
 181         out->m[2][0]=0.0f;
 182         out->m[2][1]=0.0f;
 183         out->m[2][2]=1.0f;
 184         out->m[2][3]=z;
 185         out->m[3][0]=0.0f;
 186         out->m[3][1]=0.0f;
 187         out->m[3][2]=0.0f;
 188         out->m[3][3]=1.0f;
 189 }
 190
 191 void Matrix4x4_CreateRotate (matrix4x4_t *out, float angle, float x, float y, float z)
 192 {
 193         float len, c, s;
 194
 195         len = x*x+y*y+z*z;
 196         if (len != 0.0f)
 197                 len = 1.0f / (float)sqrt(len);
 198         x *= len;
 199         y *= len;
 200         z *= len;
 201
 202         angle *= (float)(-M_PI / 180.0);
 203         c = (float)cos(angle);
 204         s = (float)sin(angle);
 205
 206         out->m[0][0]=x * x + c * (1 - x * x);
 207         out->m[0][1]=x * y * (1 - c) + z * s;
 208         out->m[0][2]=z * x * (1 - c) - y * s;
 209         out->m[0][3]=0.0f;
 210         out->m[1][0]=x * y * (1 - c) - z * s;
 211         out->m[1][1]=y * y + c * (1 - y * y);
 212         out->m[1][2]=y * z * (1 - c) + x * s;
 213         out->m[1][3]=0.0f;
 214         out->m[2][0]=z * x * (1 - c) + y * s;
 215         out->m[2][1]=y * z * (1 - c) - x * s;
 216         out->m[2][2]=z * z + c * (1 - z * z);
 217         out->m[2][3]=0.0f;
 218         out->m[3][0]=0.0f;
 219         out->m[3][1]=0.0f;
 220         out->m[3][2]=0.0f;
 221         out->m[3][3]=1.0f;
 222 }
 223
 224 void Matrix4x4_CreateScale (matrix4x4_t *out, float x)
 225 {
 226         out->m[0][0]=x;
 227         out->m[0][1]=0.0f;
 228         out->m[0][2]=0.0f;
 229         out->m[0][3]=0.0f;
 230         out->m[1][0]=0.0f;
 231         out->m[1][1]=x;
 232         out->m[1][2]=0.0f;
 233         out->m[1][3]=0.0f;
 234         out->m[2][0]=0.0f;
 235         out->m[2][1]=0.0f;
 236         out->m[2][2]=x;
 237         out->m[2][3]=0.0f;
 238         out->m[3][0]=0.0f;
 239         out->m[3][1]=0.0f;
 240         out->m[3][2]=0.0f;
 241         out->m[3][3]=1.0f;
 242 }
 243
 244 void Matrix4x4_CreateScale3 (matrix4x4_t *out, float x, float y, float z)
 245 {
 246         out->m[0][0]=x;
 247         out->m[0][1]=0.0f;
 248         out->m[0][2]=0.0f;
 249         out->m[0][3]=0.0f;
 250         out->m[1][0]=0.0f;
 251         out->m[1][1]=y;
 252         out->m[1][2]=0.0f;
 253         out->m[1][3]=0.0f;
 254         out->m[2][0]=0.0f;
 255         out->m[2][1]=0.0f;
 256         out->m[2][2]=z;
 257         out->m[2][3]=0.0f;
 258         out->m[3][0]=0.0f;
 259         out->m[3][1]=0.0f;
 260         out->m[3][2]=0.0f;
 261         out->m[3][3]=1.0f;
 262 }
 263
 264 void Matrix4x4_CreateFromQuakeEntity(matrix4x4_t *out, float x, float y, float z, float pitch, float yaw, float roll, float scale)
 265 {
 266         double angle, sr, sp, sy, cr, cp, cy;
 267
 268         angle = yaw * (M_PI*2 / 360);
 269         sy = sin(angle);
 270         cy = cos(angle);
 271         angle = pitch * (M_PI*2 / 360);
 272         sp = sin(angle);
 273         cp = cos(angle);
 274         angle = roll * (M_PI*2 / 360);
 275         sr = sin(angle);
 276         cr = cos(angle);
 277         out->m[0][0] = (float)((cp*cy) * scale);
 278         out->m[0][1] = (float)((sr*sp*cy+cr*-sy) * scale);
 279         out->m[0][2] = (float)((cr*sp*cy+-sr*-sy) * scale);
 280         out->m[0][3] = x;
 281         out->m[1][0] = (float)((cp*sy) * scale);
 282         out->m[1][1] = (float)((sr*sp*sy+cr*cy) * scale);
 283         out->m[1][2] = (float)((cr*sp*sy+-sr*cy) * scale);
 284         out->m[1][3] = y;
 285         out->m[2][0] = (float)((-sp) * scale);
 286         out->m[2][1] = (float)((sr*cp) * scale);
 287         out->m[2][2] = (float)((cr*cp) * scale);
 288         out->m[2][3] = z;
 289         out->m[3][0] = 0;
 290         out->m[3][1] = 0;
 291         out->m[3][2] = 0;
 292         out->m[3][3] = 1;
 293 }
 294
 295 void Matrix4x4_ToVectors(const matrix4x4_t *in, float vx[3], float vy[3], float vz[3], float t[3])
 296 {
 297         vx[0] = in->m[0][0];
 298         vx[1] = in->m[1][0];
 299         vx[2] = in->m[2][0];
 300         vy[0] = in->m[0][1];
 301         vy[1] = in->m[1][1];
 302         vy[2] = in->m[2][1];
 303         vz[0] = in->m[0][2];
 304         vz[1] = in->m[1][2];
 305         vz[2] = in->m[2][2];
 306         t[0] = in->m[0][3];
 307         t[1] = in->m[1][3];
 308         t[2] = in->m[2][3];
 309 }
 310
 311 void Matrix4x4_FromVectors(matrix4x4_t *out, const float vx[3], const float vy[3], const float vz[3], const float t[3])
 312 {
 313         out->m[0][0] = vx[0];
 314         out->m[0][1] = vy[0];
 315         out->m[0][2] = vz[0];
 316         out->m[0][3] = t[0];
 317         out->m[1][0] = vx[1];
 318         out->m[1][1] = vy[1];
 319         out->m[1][2] = vz[1];
 320         out->m[1][3] = t[1];
 321         out->m[2][0] = vx[2];
 322         out->m[2][1] = vy[2];
 323         out->m[2][2] = vz[2];
 324         out->m[2][3] = t[2];
 325         out->m[3][0] = 0.0f;
 326         out->m[3][1] = 0.0f;
 327         out->m[3][2] = 0.0f;
 328         out->m[3][3] = 1.0f;
 329 }
 330
 331 void Matrix4x4_Blend (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1, const matrix4x4_t *in2, float blend)
 332 {
 333         float iblend = 1 - blend;
 334         out->m[0][0] = in1->m[0][0] * iblend + in2->m[0][0] * blend;
 335         out->m[0][1] = in1->m[0][1] * iblend + in2->m[0][1] * blend;
 336         out->m[0][2] = in1->m[0][2] * iblend + in2->m[0][2] * blend;
 337         out->m[0][3] = in1->m[0][3] * iblend + in2->m[0][3] * blend;
 338         out->m[1][0] = in1->m[1][0] * iblend + in2->m[1][0] * blend;
 339         out->m[1][1] = in1->m[1][1] * iblend + in2->m[1][1] * blend;
 340         out->m[1][2] = in1->m[1][2] * iblend + in2->m[1][2] * blend;
 341         out->m[1][3] = in1->m[1][3] * iblend + in2->m[1][3] * blend;
 342         out->m[2][0] = in1->m[2][0] * iblend + in2->m[2][0] * blend;
 343         out->m[2][1] = in1->m[2][1] * iblend + in2->m[2][1] * blend;
 344         out->m[2][2] = in1->m[2][2] * iblend + in2->m[2][2] * blend;
 345         out->m[2][3] = in1->m[2][3] * iblend + in2->m[2][3] * blend;
 346         out->m[3][0] = in1->m[3][0] * iblend + in2->m[3][0] * blend;
 347         out->m[3][1] = in1->m[3][1] * iblend + in2->m[3][1] * blend;
 348         out->m[3][2] = in1->m[3][2] * iblend + in2->m[3][2] * blend;
 349         out->m[3][3] = in1->m[3][3] * iblend + in2->m[3][3] * blend;
 350 }
 351
 352
 353 void Matrix4x4_Transform (const matrix4x4_t *in, const float v[3], float out[3])
 354 {
 355         out[0] = v[0] * in->m[0][0] + v[1] * in->m[0][1] + v[2] * in->m[0][2] + in->m[0][3];
 356         out[1] = v[0] * in->m[1][0] + v[1] * in->m[1][1] + v[2] * in->m[1][2] + in->m[1][3];
 357         out[2] = v[0] * in->m[2][0] + v[1] * in->m[2][1] + v[2] * in->m[2][2] + in->m[2][3];
 358 }
 359
 360 void Matrix4x4_Transform4 (const matrix4x4_t *in, const float v[4], float out[4])
 361 {
 362         out[0] = v[0] * in->m[0][0] + v[1] * in->m[0][1] + v[2] * in->m[0][2] + v[3] * in->m[0][3];
 363         out[1] = v[0] * in->m[1][0] + v[1] * in->m[1][1] + v[2] * in->m[1][2] + v[3] * in->m[1][3];
 364         out[2] = v[0] * in->m[2][0] + v[1] * in->m[2][1] + v[2] * in->m[2][2] + v[3] * in->m[2][3];
 365         out[3] = v[0] * in->m[3][0] + v[1] * in->m[3][1] + v[2] * in->m[3][2] + v[3] * in->m[3][3];
 366 }
 367
 368 void Matrix4x4_Transform3x3 (const matrix4x4_t *in, const float v[3], float out[3])
 369 {
 370         out[0] = v[0] * in->m[0][0] + v[1] * in->m[0][1] + v[2] * in->m[0][2];
 371         out[1] = v[0] * in->m[1][0] + v[1] * in->m[1][1] + v[2] * in->m[1][2];
 372         out[2] = v[0] * in->m[2][0] + v[1] * in->m[2][1] + v[2] * in->m[2][2];
 373 }
 374
 375 /*
 376 void Matrix4x4_SimpleUntransform (const matrix4x4_t *in, const float v[3], float out[3])
 377 {
 378         float t[3];
 379         t[0] = v[0] - in->m[0][3];
 380         t[1] = v[1] - in->m[1][3];
 381         t[2] = v[2] - in->m[2][3];
 382         out[0] = t[0] * in->m[0][0] + t[1] * in->m[1][0] + t[2] * in->m[2][0];
 383         out[1] = t[0] * in->m[0][1] + t[1] * in->m[1][1] + t[2] * in->m[2][1];
 384         out[2] = t[0] * in->m[0][2] + t[1] * in->m[1][2] + t[2] * in->m[2][2];
 385 }
 386 */
 387
 388 // FIXME: optimize
 389 void Matrix4x4_ConcatTranslate (matrix4x4_t *out, float x, float y, float z)
 390 {
 391         matrix4x4_t base, temp;
 392         base = *out;
 393         Matrix4x4_CreateTranslate(&temp, x, y, z);
 394         Matrix4x4_Concat(out, &base, &temp);
 395 }
 396
 397 // FIXME: optimize
 398 void Matrix4x4_ConcatRotate (matrix4x4_t *out, float angle, float x, float y, float z)
 399 {
 400         matrix4x4_t base, temp;
 401         base = *out;
 402         Matrix4x4_CreateRotate(&temp, angle, x, y, z);
 403         Matrix4x4_Concat(out, &base, &temp);
 404 }
 405
 406 // FIXME: optimize
 407 void Matrix4x4_ConcatScale (matrix4x4_t *out, float x)
 408 {
 409         matrix4x4_t base, temp;
 410         base = *out;
 411         Matrix4x4_CreateScale(&temp, x);
 412         Matrix4x4_Concat(out, &base, &temp);
 413 }
 414
 415 // FIXME: optimize
 416 void Matrix4x4_ConcatScale3 (matrix4x4_t *out, float x, float y, float z)
 417 {
 418         matrix4x4_t base, temp;
 419         base = *out;
 420         Matrix4x4_CreateScale3(&temp, x, y, z);
 421         Matrix4x4_Concat(out, &base, &temp);
 422 }
 423
 424 void Matrix4x4_OriginFromMatrix (const matrix4x4_t *in, float *out)
 425 {
 426         out[0] = in->m[0][3];
 427         out[1] = in->m[1][3];
 428         out[2] = in->m[2][3];
 429 }
 430
 431 float Matrix4x4_ScaleFromMatrix (const matrix4x4_t *in)
 432 {
 433         // we only support uniform scaling, so assume the first row is enough
 434         return (float)sqrt(in->m[0][0] * in->m[0][0] + in->m[0][1] * in->m[0][1] + in->m[0][2] * in->m[0][2]);
 435 }
 436