/**
* Liefert den Punkt mit dem angegebenen Index
*
* @param point Der Punkt
* @return Der Punkt (cached)
*/
@ReturnsCachedValue
@NotNull
public final Vector3 getCornerPoint(@NotNull final BoxPoint point) {
assert extent.x >= 0;
assert extent.y >= 0;
assert extent.z >= 0;
final int id = point.pointId;
return Vector3.createNew(
((id & 1) == 0) ? (center.x - extent.x) : (center.x + extent.x),
((id & 2) == 0) ? (center.y - extent.y) : (center.y + extent.y),
((id & 4) == 0)
? (center.z + extent.z)
: (center.z - extent.z) // NOTE: OpenGL macht's andersrum!
);
}
/**
* Strahl im 3D-Raum, bestehend aus projectPointg und Richtung
*
* @see RayFactory
*/
public final class Ray3 {
/** Instanz, die die Verwaltung nicht länger benötigter Instanzen übernimmt */
public static final IObjectCache<Ray3> Cache =
new ThreadLocalObjectCache<Ray3>(
new ObjectFactory<Ray3>() {
@NotNull
@Override
public Ray3 createNew() {
return new Ray3();
}
});
/**
* Erzeugt eine neue Ray-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand des Rays kann korrupt sein!
*
* @param originX Der Ursprung (X-Komponente)
* @param originY Der Ursprung (Y-Komponente)
* @param originZ Der Ursprung (Z-Komponente)
* @param directionX Die RiprojectPoint(X-Komponente)
* @param directionY Die Richtung (Y-Komponente)
* @param directionZ Die Richtung (Z-Komponente)
* @return Der neue oder aufbereitete Vektor
* @see #Cache
*/
@NotNull
public static Ray3 createNew(
final float originX,
final float originY,
final float originZ,
final float directionX,
final float directionY,
final float directionZ) {
return Cache.getOrCreate().set(originX, originY, originZ, directionX, directionY, directionZ);
}
/**
* Erzeugt eine neue {@link Ray3}-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand kann korrupt sein!
*
* @param origin Der Ursprung
* @param direction Die Richtung
* @return Der neue oder aufbereitete Ray
* @see #Cache
*/
public static Ray3 createNew(@NotNull final Vector3 origin, @NotNull final Vector3 direction) {
return Cache.getOrCreate().set(origin, direction);
}
/**
* Erzeugt eine neue {@link Ray3}-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand kann korrupt sein!
*
* @param other Der zu kopierende Ray
* @return Der neue oder aufbereitete Ray
* @see #Cache
*/
public static Ray3 createNew(@NotNull final Ray3 other) {
return Cache.getOrCreate().set(other);
}
/**
* Erzeugt eine neue {@link Ray3}-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand kann korrupt sein!
*
* @return Der neue oder aufbereitete Ray
* @see #Cache
*/
@NotNull
public static Ray3 createNew() {
return Cache.getOrCreate();
}
/**
* Recyclet einen Ray
*
* @param box Der zu recyclende Ray
* @see #Cache
* @see AxisAlignedBox#recycle()
*/
public static void recycle(@NotNull final Ray3 box) {
Cache.registerElement(box);
}
/**
* Registriert diesen Ray für das spätere Cache
*
* @see #Cache
* @see Vector3#recycle(Vector3)
*/
public void recycle() {
Cache.registerElement(this);
}
/** Der Ursprung des Strahls */
@NotNull public final Vector3 origin = Vector3.createNew();
/**
* Die Richtung des Strahls
*
* <p>
*
* <h3>Vektor nicht manuell setzen!</h3>
*
* Der Vektor muss über die Methode {@link #setDirection(Vector3)} oder {@link
* #setDirection(float, float, float)} gesetzt werden!
*
* @see #invDirection
* @see #setDirection(Vector3)
* @see #setDirection(float, float, float)
*/
@NotNull public final Vector3 direction = Vector3.createNew(0.57735f, 0.57735f, 0.57735f);
/**
* Die reziproke Richtung des Strahls
*
* @see #direction
* @see #setDirection(Vector3)
* @see #setDirection(float, float, float)
*/
@NotNull
public final Vector3 invDirection =
Vector3.createNew(1.0f / 0.57735f, 1.0f / 0.57735f, 1.0f / 0.57735f);
/** Normalokonstruktor */
private Ray3() {}
/**
* Setzt Ursprung projectPointhtung
*
* @param origin Der Ursprung
* @param direction Die Richtung
*/
private Ray3(@NotNull final Vector3 origin, @NotNull final Vector3 direction) {
set(origin, direction);
}
/**
* Setzt den Ursprung des Strahls
*
* @param origin Der Ursprung
* @return Dieselbe Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 setOrigin(@NotNull final Vector3 origin) {
this.origin.set(origin);
return this;
}
/**
* Setzt den Ursprung des Strahls
*
* @param originX Der Ursprung (X-Komponente)
* @param originY Der Ursprung (Y-Komponente)
* @param originZ Der Ursprung (Z-Komponente)
* @return Dieselbe Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 setOrigin(final float originX, final float originY, final float originZ) {
this.origin.set(originX, originY, originZ);
return this;
}
/**
* Setzt die Richtung des Strahls
*
* @param direction Die Richtung
* @return Dieselbe Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 setDirection(@NotNull final Vector3 direction) {
return setDirection(direction.x, direction.y, direction.z);
}
/**
* Setzt die Richtung des Strahls
*
* @param directionX Die Richtung (X-Komponente)
* @param directionY Die Richtung (Y-Komponente)
* @param directionZ Die Richtung (Z-Komponente)
* @return Dieselbe Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 setDirection(final float directionX, final float directionY, final float directionZ) {
this.direction.set(directionX, directionY, directionZ).normalize();
this.invDirection.set(
1.0f / this.direction.x, 1.0f / this.direction.y, 1.0f / this.direction.z);
return this;
}
/**
* Kopiert einen Strahl
*
* @param other Der zu kopierende Ray
* @return Dieselbe Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 set(@NotNull final Ray3 other) {
return set(other.origin, other.direction);
}
/**
* Setzt Ursprung und Richtung des Strahls
*
* @param origin Der Ursprung
* @param direction Die Richtung
* @return Dieselbe Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 set(@NotNull final Vector3 origin, @NotNull final Vector3 direction) {
setOrigin(origin.x, origin.y, origin.z);
setDirection(direction.x, direction.y, direction.z);
return this;
}
/**
* Setzt Ursprung und Richtung des Strahls
*
* @param originX Der Ursprung (X-Komponente)
* @param originY Der Ursprung (Y-Komponente)
* @param originZ Der Ursprung (Z-Komponente)
* @param directionX Die Richtung (X-Komponente)
* @param directionY Die Richtung (Y-Komponente)
* @param directionZ Die Richtung (Z-Komponente)
* @return Dieselbe Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 set(
final float originX,
final float originY,
final float originZ,
final float directionX,
final float directionY,
final float directionZ) {
setOrigin(originX, originY, originZ);
setDirection(directionX, directionY, directionZ);
return this;
}
/**
* Bezieht einen Strahl, der in die entgegengesetzte Richtung zeigt
*
* @return Der Strahl
*/
@NotNull
@ReturnsCachedValue
public Ray3 getInverted() {
Vector3 inverted = direction.getInverted();
Ray3 ray = Ray3.createNew(origin, inverted);
inverted.recycle();
return ray;
}
/**
* Dreht den Strahl um, so dass er in die entgegengesetzte Richtung zeigt
*
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
@NotNull
public Ray3 invert() {
direction.invert();
invDirection.set(1.0f / direction.x, 1.0f / direction.y, 1.0f / direction.z);
return this;
}
/**
* Berechnet die Distanz eines Punktes zu diesem Strahl
*
* @param point Der Punkt
* @return Die berechnete Distanz
*/
public float getDistanceFromPoint(@NotNull final Vector3 point) {
// http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20080912194015AAIlm9X
Vector3 w = point.sub(origin).crossInPlace(direction);
float length = w.getLength();
// aufräumen und raus hier
w.recycle();
return length;
}
/**
* Projiziert einen Punkt auf den Strahl
*
* @param point Der Punkt
* @return Der projizierte Punkt
*/
@NotNull
@ReturnsCachedValue
public Vector3 projectPoint(@NotNull final Vector3 point) {
// Richtung bestimmen und auf Richtungsvektor projizieren
Vector3 w = point.sub(origin);
Vector3 projected =
direction.mul(
w.dot(
direction)); // TODO: Als static herausziehen, damit für diesen Test das Caching der
// anderen Werte nicht nötig ist
w.recycle();
return projected;
}
/**
* Liefert einen Punkt auf dem Strahl anhand eines Skalars <code>t</code>, so dass gilt:
*
* <p><code>P = t*{@link #direction} + {@link #origin}</code>
*
* @param t Der Skalar
* @return Der Punkt auf dem Strahl
*/
@ReturnsCachedValue
@NotNull
public Vector3 getPoint(final float t) {
return direction.mul(t).addInPlace(origin);
}
}
/** Symmetrische Box */
public final class AxisAlignedBox {
/** Instanz, die die Verwaltung nicht länger benötigter Instanzen übernimmt */
public static final IObjectCache<AxisAlignedBox> Cache =
new ThreadLocalObjectCache<AxisAlignedBox>(
new ObjectFactory<AxisAlignedBox>() {
@NotNull
@Override
public AxisAlignedBox createNew() {
return new AxisAlignedBox();
}
});
/**
* Erzeugt eine neue Vektor-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand der Vektors kann korrupt sein!
*
* @param centerX Die Position (X-Komponente)
* @param centerY Die Position (Y-Komponente)
* @param centerZ Die Position (Z-Komponente)
* @param extentX Der Maximalvektor (X-Komponente)
* @param extentY Der Maximalvektor (Y-Komponente)
* @param extentZ Der Maximalvektor (Z-Komponente)
* @return Der neue oder aufbereitete Vektor
* @see #Cache
*/
@NotNull
public static AxisAlignedBox createNew(
final float centerX,
final float centerY,
final float centerZ,
final float extentX,
final float extentY,
final float extentZ) {
return Cache.getOrCreate().set(centerX, centerY, centerZ, extentX, extentY, extentZ);
}
/**
* Erzeugt eine neue {@link AxisAlignedBox}-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand der Vektors kann korrupt sein!
*
* @param other Die zu kopierende Box
* @return Die neue oder aufbereitete Box
* @see #Cache
*/
public static AxisAlignedBox createNew(@NotNull final AxisAlignedBox other) {
return Cache.getOrCreate().set(other);
}
/**
* Erzeugt eine neue {@link AxisAlignedBox}-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand der Vektors kann korrupt sein!
*
* @param center Der Mittelpunkt der Box
* @param extent Der Maximalvektor der Box
* @return Die neue oder aufbereitete Box
* @see #Cache
*/
public static AxisAlignedBox createNew(
@NotNull final Vector3 center, @NotNull final Vector3 extent) {
return Cache.getOrCreate().set(center, extent);
}
/**
* Erzeugt eine neue {@link AxisAlignedBox}-Instanz.
*
* <p><strong>Hinweis:</strong> Der Zustand der Box kann korrupt sein!
*
* @return Der neue oder aufbereitete Vektor
* @see #Cache
*/
@NotNull
public static AxisAlignedBox createNew() {
return Cache.getOrCreate();
}
/**
* Recyclet eine Box
*
* @param box Die zu recyclende Box
* @see #Cache
* @see AxisAlignedBox#recycle()
*/
public static void recycle(@NotNull final AxisAlignedBox box) {
Cache.registerElement(box);
}
/**
* Registriert diesen Vektor für das spätere Cache
*
* @see #Cache
* @see Vector3#recycle(Vector3)
*/
public void recycle() {
Cache.registerElement(this);
}
/** Der Mittelpunkt der Box */
@NotNull public final Vector3 center = Vector3.createNew();
/**
* Der (absolute) Maximalvektor der Box.
*
* <p>
*
* <h3>Hinweis zu den Werten des Vektors</h3>
*
* Die Werte des Vektors müssen immer positiv sein. Um dies sicherzustellen, sollten Veränderungen
* an diesem Vektor ausschließlich über die Methoden {@link #setExtent(Vector3)} oder {@link
* #setExtent(float, float, float)} erfolgen.
*
* <p>Ist ein manuelles Setzen der Werte zwingend erforderlich, muss im Anschluss auf dem Vektor
* {@link de.widemeadows.projectcore.math.Vector3#makeAbsolute()} aufgerufen werden.
*/
@NotNull public final Vector3 extent = Vector3.createNew();
/** Erzeugt eine neue Instanz der {@link AxisAlignedBox}-Klasse */
private AxisAlignedBox() {
this.extent.set(0.5f, 0.5f, 0.5f);
}
/**
* Erzeugt eine neue Instanz der {@link AxisAlignedBox}-Klasse
*
* @param center Der Mittelpunkt der Box
* @param extent Der Maximalvektor der Box
*/
private AxisAlignedBox(@NotNull final Vector3 center, @NotNull final Vector3 extent) {
this.center.set(center);
this.extent.set(extent).makeAbsolute();
}
/**
* Setzt Mittelpunkt und Dimensionen der Box
*
* @param other Die zu kopierende Box
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
public final AxisAlignedBox set(@NotNull final AxisAlignedBox other) {
return set(other.center, other.extent);
}
/**
* Setzt Mittelpunkt und Dimensionen der Box
*
* @param center Der Mittelpunkt
* @param extent Die Dimensionen
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
public final AxisAlignedBox set(@NotNull final Vector3 center, @NotNull final Vector3 extent) {
setCenter(center);
setExtent(extent);
return this;
}
/**
* Setzt Mittelpunkt und Dimensionen der Box
*
* @param centerX Die Position (X-Komponente)
* @param centerY Die Position (Y-Komponente)
* @param centerZ Die Position (Z-Komponente)
* @param extentX Der Maximalvektor (X-Komponente)
* @param extentY Der Maximalvektor (Y-Komponente)
* @param extentZ Der Maximalvektor (Z-Komponente)
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
public final AxisAlignedBox set(
final float centerX,
final float centerY,
final float centerZ,
final float extentX,
final float extentY,
final float extentZ) {
setCenter(centerX, centerY, centerZ);
setExtent(extentX, extentY, extentZ);
return this;
}
/**
* Setzt die Dimensionen der Box
*
* @param extent Der Maximalvektor
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
public final AxisAlignedBox setExtent(@NotNull final Vector3 extent) {
this.extent.set(extent).makeAbsolute();
return this;
}
/**
* Setzt die Dimensionen der Box
*
* @param x Der Maximalvektor (X-Komponente)
* @param y Der Maximalvektor (Y-Komponente)
* @param z Der Maximalvektor (Z-Komponente)
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
public final AxisAlignedBox setExtent(final float x, final float y, final float z) {
this.extent.set(x, y, z).makeAbsolute();
return this;
}
/**
* Setzt die Position der Box
*
* @param center Die Position
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
public final AxisAlignedBox setCenter(@NotNull final Vector3 center) {
this.center.set(center);
return this;
}
/**
* Setzt die Position der Box
*
* @param x Die Position (X-Komponente)
* @param y Die Position (Y-Komponente)
* @param z Die Position (Z-Komponente)
* @return Diese Instanz für method chaining
*/
public final AxisAlignedBox setCenter(final float x, final float y, final float z) {
this.center.set(x, y, z);
return this;
}
/**
* Liefert den Punkt mit dem angegebenen Index
*
* @param point Der Punkt
* @return Der Punkt (cached)
*/
@ReturnsCachedValue
@NotNull
public final Vector3 getCornerPoint(@NotNull final BoxPoint point) {
assert extent.x >= 0;
assert extent.y >= 0;
assert extent.z >= 0;
final int id = point.pointId;
return Vector3.createNew(
((id & 1) == 0) ? (center.x - extent.x) : (center.x + extent.x),
((id & 2) == 0) ? (center.y - extent.y) : (center.y + extent.y),
((id & 4) == 0)
? (center.z + extent.z)
: (center.z - extent.z) // NOTE: OpenGL macht's andersrum!
);
}
/**
* Berechnet die Fläche der Box
*
* @return Die Fläche
*/
public final float calculateArea() {
// return (2*extent.x) * (2*extent.y) * (2*extent.z);
return 8 * extent.x * extent.y * extent.z;
}
/**
* Ermittelt, ob ein Punkt auf oder in der Box liegt
*
* @param vector Der zu prüfende Vektor
* @return <code>true</code>, wenn der Punkt auf oder in der Box liegt
*/
public final boolean intersects(@NotNull final Vector3 vector) {
return intersects(vector.x, vector.y, vector.z);
}
/**
* Ermittelt, ob ein Punkt auf oder in der Box liegt
*
* @param x Der zu prüfende Vektor (X-Komponente)
* @param y Der zu prüfende Vektor (Y-Komponente)
* @param z Der zu prüfende Vektor (Z-Komponente)
* @return <code>true</code>, wenn der Punkt auf oder in der Box liegt
*/
public final boolean intersects(float x, float y, float z) {
assert extent.x >= 0;
assert extent.y >= 0;
assert extent.z >= 0;
// Koordinaten in Box-Space transformieren
x -= center.x;
y -= center.y;
z -= center.z;
// Punkte beziehen
final float maxX = extent.x;
final float maxY = extent.y;
final float maxZ = extent.z;
final float minX = -maxX;
final float minY = -maxY;
final float minZ = -maxZ;
// Test durchführen
return x >= minX && x <= maxX && y >= minY && y <= maxY && z >= minZ && z <= maxZ;
}
/**
* Überprüft, ob ein Strahl die Box schneidet
*
* @param ray Der Strahl
* @param nearBound Der nähste, gültige Punkt
* @param farBound Der weiteste, gültige Punkt
* @return <code>true</code>, wenn der Strahl die Box schneidet
*/
public final boolean intersects(
@NotNull final Ray3 ray, final float nearBound, final float farBound) {
return !Float.isNaN(getIntersectionF(ray, nearBound, farBound));
}
/**
* Überprüft, ob ein Strahl die Box schneidet und liefert den Schnittpunkt in Form eines Skalars
* t, so dass <code>ray.getPoint(t)}</code> den Vektor ergibt.
*
* @param ray Der Strahl
* @return <code>{@link Float#NaN}</code>, wenn der Strahl die Box nicht schneidet, ansonsten die
* Distanz vom Ursprung des Strahles
*/
public final float getIntersectionF(@NotNull final Ray3 ray) {
float txmin, txmax, tymin, tymax, tzmin, tzmax;
final float divX = ray.invDirection.x;
final float divY = ray.invDirection.y;
final float divZ = ray.invDirection.z;
if (divX >= 0) {
txmin = (center.x - extent.x - ray.origin.x) * divX;
txmax = (center.x + extent.x - ray.origin.x) * divX;
} else {
txmin = (center.x + extent.x - ray.origin.x) * divX;
txmax = (center.x - extent.x - ray.origin.x) * divX;
}
if (divY >= 0) {
tymin = (center.y - extent.y - ray.origin.y) * divY;
tymax = (center.y + extent.y - ray.origin.y) * divY;
} else {
tymin = (center.y + extent.y - ray.origin.y) * divY;
tymax = (center.y - extent.y - ray.origin.y) * divY;
}
if ((txmin > tymax) || (tymin > txmax)) return Float.NaN;
if (tymin > txmin) txmin = tymin;
if (tymax < txmax) txmax = tymax;
if (divZ >= 0) {
tzmin = (center.z - extent.z - ray.origin.z) * divZ;
tzmax = (center.z + extent.z - ray.origin.z) * divZ;
} else {
tzmin = (center.z + extent.z - ray.origin.z) * divZ;
tzmax = (center.z - extent.z - ray.origin.z) * divZ;
}
if ((txmin > tzmax) || (tzmin > txmax)) return Float.NaN;
if (tzmin > txmin) txmin = tzmin;
return txmin;
}
/**
* Überprüft, ob ein Strahl die Box schneidet und liefert den Schnittpunkt in Form eines Skalars
* t, so dass <code>ray.getPoint(t)}</code> den Vektor ergibt.
*
* @param ray Der Strahl
* @param nearBound Der nähste, gültige Punkt
* @param farBound Der weiteste, gültige Punkt
* @return <code>{@link Float#NaN}</code>, wenn der Strahl die Box nicht innerhalb der Range
* schneidet, ansonsten die Distanz vom Ursprung des Strahles
*/
public final float getIntersectionF(
@NotNull final Ray3 ray, final float nearBound, final float farBound) {
float txmin, txmax, tymin, tymax, tzmin, tzmax;
final float divX = ray.invDirection.x;
final float divY = ray.invDirection.y;
final float divZ = ray.invDirection.z;
if (divX >= 0) {
txmin = (center.x - extent.x - ray.origin.x) * divX;
txmax = (center.x + extent.x - ray.origin.x) * divX;
} else {
txmin = (center.x + extent.x - ray.origin.x) * divX;
txmax = (center.x - extent.x - ray.origin.x) * divX;
}
if (divY >= 0) {
tymin = (center.y - extent.y - ray.origin.y) * divY;
tymax = (center.y + extent.y - ray.origin.y) * divY;
} else {
tymin = (center.y + extent.y - ray.origin.y) * divY;
tymax = (center.y - extent.y - ray.origin.y) * divY;
}
if ((txmin > tymax) || (tymin > txmax)) return Float.NaN;
if (tymin > txmin) txmin = tymin;
if (tymax < txmax) txmax = tymax;
if (divZ >= 0) {
tzmin = (center.z - extent.z - ray.origin.z) * divZ;
tzmax = (center.z + extent.z - ray.origin.z) * divZ;
} else {
tzmin = (center.z + extent.z - ray.origin.z) * divZ;
tzmax = (center.z - extent.z - ray.origin.z) * divZ;
}
if ((txmin > tzmax) || (tzmin > txmax)) return Float.NaN;
if (tzmin > txmin) txmin = tzmin;
// if (tzmax < txmax) txmax = tzmax;
// return ((txmin >= nearBound) && (txmax <= farBound)) ? txmin : Float.NaN;
return ((txmin >= nearBound) && (txmin <= farBound)) ? txmin : Float.NaN;
}
/**
* Überprüft, ob ein Strahl die Box schneidet und liefert den Schnittpunkt in Form eines Skalars
* t, so dass <code>ray.getPoint(t)}</code> den Vektor ergibt.
*
* @param ray Der Strahl
* @param nearBound Der nähste, gültige Punkt
* @param farBound Der weiteste, gültige Punkt
* @return <code>null</code>, wenn der Strahl die Box nicht innerhalb der Range schneidet,
* ansonsten der Punkt
*/
@Nullable
@ReturnsCachedValue
public final Vector3 getIntersectionV(
@NotNull final Ray3 ray, final float nearBound, final float farBound) {
final float t = getIntersectionF(ray, nearBound, farBound);
return Float.isNaN(t) ? null : ray.getPoint(t);
}
/**
* Überprüft, ob ein Strahl die Box schneidet und liefert den Schnittpunkt in Form eines Vektors.
*
* @param ray Der Strahl
* @return <code>null</code>, wenn der Strahl die Box nicht schneidet, ansonsten der Punkt
*/
@Nullable
@ReturnsCachedValue
public final Vector3 getIntersectionV(@NotNull final Ray3 ray) {
final float t = getIntersectionF(ray);
return Float.isNaN(t) ? null : ray.getPoint(t);
}
}
