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[xonotic/darkplaces.git] / matrixlib.h
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2 #ifndef MATRIXLIB_H
3 #define MATRIXLIB_H
4
5 #include "qtypes.h"
6
7 //#define MATRIX4x4_OPENGLORIENTATION
8
9 typedef struct matrix4x4_s
10 {
11         vec_t m[4][4];
12 }
13 matrix4x4_t;
14
15 extern const matrix4x4_t identitymatrix;
16
17 // functions for manipulating 4x4 matrices
18
19 // copy a matrix4x4
20 void Matrix4x4_Copy (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in);
21 // copy only the rotation portion of a matrix4x4
22 void Matrix4x4_CopyRotateOnly (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in);
23 // copy only the translate portion of a matrix4x4
24 void Matrix4x4_CopyTranslateOnly (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in);
25 // multiply two matrix4x4 together, combining their transformations
26 // (warning: order matters - Concat(a, b, c) != Concat(a, c, b))
27 void Matrix4x4_Concat (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1, const matrix4x4_t *in2);
28 // swaps the rows and columns of the matrix
29 // (is this useful for anything?)
30 void Matrix4x4_Transpose (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1);
31 // creates a matrix that does the opposite of the matrix provided
32 // this is a full matrix inverter, it should be able to invert any matrix that
33 // is possible to invert
34 // (non-uniform scaling, rotation, shearing, and translation, possibly others)
35 // warning: this function is SLOW
36 int Matrix4x4_Invert_Full (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1);
37 // creates a matrix that does the opposite of the matrix provided
38 // only supports translate, rotate, scale (not scale3) matrices
39 void Matrix4x4_Invert_Simple (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1);
40 // blends between two matrices, used primarily for animation interpolation
41 // (note: it is recommended to follow this with Matrix4x4_Normalize, a method
42 //  known as nlerp rotation, often better for animation purposes than slerp)
43 void Matrix4x4_Interpolate (matrix4x4_t *out, matrix4x4_t *in1, matrix4x4_t *in2, double frac);
44 // zeros all matrix components, used with Matrix4x4_Accumulate
45 void Matrix4x4_Clear (matrix4x4_t *out);
46 // adds a weighted contribution from the supplied matrix, used to blend 3 or
47 // more matrices with weighting, it is recommended that Matrix4x4_Normalize be
48 // called afterward (a method known as nlerp rotation, often better for
49 // animation purposes than slerp)
50 void Matrix4x4_Accumulate (matrix4x4_t *out, matrix4x4_t *in, double weight);
51 // creates a matrix that does the same rotation and translation as the matrix
52 // provided, but no uniform scaling, does not support scale3 matrices
53 void Matrix4x4_Normalize (matrix4x4_t *out, matrix4x4_t *in1);
54 // creates a matrix with vectors normalized individually (use after
55 // Matrix4x4_Accumulate)
56 void Matrix4x4_Normalize3 (matrix4x4_t *out, matrix4x4_t *in1);
57 // modifies a matrix to have all vectors and origin reflected across the plane
58 // to the opposite side (at least if axisscale is -2)
59 void Matrix4x4_Reflect (matrix4x4_t *out, double normalx, double normaly, double normalz, double dist, double axisscale);
60
61 // creates an identity matrix
62 // (a matrix which does nothing)
63 void Matrix4x4_CreateIdentity (matrix4x4_t *out);
64 // creates a translate matrix
65 // (moves vectors)
66 void Matrix4x4_CreateTranslate (matrix4x4_t *out, double x, double y, double z);
67 // creates a rotate matrix
68 // (rotates vectors)
69 void Matrix4x4_CreateRotate (matrix4x4_t *out, double angle, double x, double y, double z);
70 // creates a scaling matrix
71 // (expands or contracts vectors)
72 // (warning: do not apply this kind of matrix to direction vectors)
73 void Matrix4x4_CreateScale (matrix4x4_t *out, double x);
74 // creates a squishing matrix
75 // (expands or contracts vectors differently in different axis)
76 // (warning: this is not reversed by Invert_Simple)
77 // (warning: do not apply this kind of matrix to direction vectors)
78 void Matrix4x4_CreateScale3 (matrix4x4_t *out, double x, double y, double z);
79 // creates a matrix for a quake entity
80 void Matrix4x4_CreateFromQuakeEntity(matrix4x4_t *out, double x, double y, double z, double pitch, double yaw, double roll, double scale);
81 // creates a duke3d view matrix for a quake view matrix ;)
82 void Matrix4x4_QuakeToDuke3D(const matrix4x4_t *in, matrix4x4_t *out, double maxShearAngle);
83
84 // converts a matrix4x4 to a set of 3D vectors for the 3 axial directions, and the translate
85 void Matrix4x4_ToVectors(const matrix4x4_t *in, vec_t vx[3], vec_t vy[3], vec_t vz[3], vec_t t[3]);
86 // creates a matrix4x4 from a set of 3D vectors for axial directions, and translate
87 void Matrix4x4_FromVectors(matrix4x4_t *out, const vec_t vx[3], const vec_t vy[3], const vec_t vz[3], const vec_t t[3]);
88
89 // converts a matrix4x4 to a double[16] array in the OpenGL orientation
90 void Matrix4x4_ToArrayDoubleGL(const matrix4x4_t *in, double out[16]);
91 // creates a matrix4x4 from a double[16] array in the OpenGL orientation
92 void Matrix4x4_FromArrayDoubleGL(matrix4x4_t *out, const double in[16]);
93 // converts a matrix4x4 to a double[16] array in the Direct3D orientation
94 void Matrix4x4_ToArrayDoubleD3D(const matrix4x4_t *in, double out[16]);
95 // creates a matrix4x4 from a double[16] array in the Direct3D orientation
96 void Matrix4x4_FromArrayDoubleD3D(matrix4x4_t *out, const double in[16]);
97
98 // converts a matrix4x4 to a float[16] array in the OpenGL orientation
99 void Matrix4x4_ToArrayFloatGL(const matrix4x4_t *in, float out[16]);
100 // creates a matrix4x4 from a float[16] array in the OpenGL orientation
101 void Matrix4x4_FromArrayFloatGL(matrix4x4_t *out, const float in[16]);
102 // converts a matrix4x4 to a float[16] array in the Direct3D orientation
103 void Matrix4x4_ToArrayFloatD3D(const matrix4x4_t *in, float out[16]);
104 // creates a matrix4x4 from a float[16] array in the Direct3D orientation
105 void Matrix4x4_FromArrayFloatD3D(matrix4x4_t *out, const float in[16]);
106
107 // converts a matrix4x4 to a float[12] array in the OpenGL orientation
108 void Matrix4x4_ToArray12FloatGL(const matrix4x4_t *in, float out[12]);
109 // creates a matrix4x4 from a float[12] array in the OpenGL orientation
110 void Matrix4x4_FromArray12FloatGL(matrix4x4_t *out, const float in[12]);
111 // converts a matrix4x4 to a float[12] array in the Direct3D orientation
112 void Matrix4x4_ToArray12FloatD3D(const matrix4x4_t *in, float out[12]);
113 // creates a matrix4x4 from a float[12] array in the Direct3D orientation
114 void Matrix4x4_FromArray12FloatD3D(matrix4x4_t *out, const float in[12]);
115
116 // creates a matrix4x4 from an origin and quaternion (used mostly with skeletal model formats such as PSK)
117 void Matrix4x4_FromOriginQuat(matrix4x4_t *m, double ox, double oy, double oz, double x, double y, double z, double w);
118 // creates an origin and quaternion from a matrix4x4_t, quat[3] is always positive
119 void Matrix4x4_ToOrigin3Quat4Float(const matrix4x4_t *m, float *origin, float *quat);
120 // creates a matrix4x4 from an origin and canonical unit-length quaternion (used mostly with skeletal model formats such as MD5)
121 void Matrix4x4_FromDoom3Joint(matrix4x4_t *m, double ox, double oy, double oz, double x, double y, double z);
122
123 // creates a matrix4x4_t from an origin and canonical unit-length quaternion in short[7] normalized format
124 void Matrix4x4_FromBonePose7s(matrix4x4_t *m, float originscale, const short *pose7s);
125 // creates a short[7] representation from normalized matrix4x4_t
126 void Matrix4x4_ToBonePose7s(const matrix4x4_t *m, float origininvscale, short *pose7s);
127
128 // blends two matrices together, at a given percentage (blend controls percentage of in2)
129 void Matrix4x4_Blend (matrix4x4_t *out, const matrix4x4_t *in1, const matrix4x4_t *in2, double blend);
130
131 // transforms a 3D vector through a matrix4x4
132 void Matrix4x4_Transform (const matrix4x4_t *in, const vec_t v[3], vec_t out[3]);
133 // transforms a 4D vector through a matrix4x4
134 // (warning: if you don't know why you would need this, you don't need it)
135 // (warning: the 4th component of the vector should be 1.0)
136 void Matrix4x4_Transform4 (const matrix4x4_t *in, const vec_t v[4], vec_t out[4]);
137 // reverse transforms a 3D vector through a matrix4x4, at least for *simple*
138 // cases (rotation and translation *ONLY*), this attempts to undo the results
139 // of Transform
140 //void Matrix4x4_SimpleUntransform (const matrix4x4_t *in, const vec_t v[3], vec_t out[3]);
141 // transforms a direction vector through the rotation part of a matrix
142 void Matrix4x4_Transform3x3 (const matrix4x4_t *in, const vec_t v[3], vec_t out[3]);
143 // transforms a positive distance plane (A*x+B*y+C*z-D=0) through a rotation or translation matrix
144 void Matrix4x4_TransformPositivePlane (const matrix4x4_t *in, vec_t x, vec_t y, vec_t z, vec_t d, vec_t *o);
145 // transforms a standard plane (A*x+B*y+C*z+D=0) through a rotation or translation matrix
146 void Matrix4x4_TransformStandardPlane (const matrix4x4_t *in, vec_t x, vec_t y, vec_t z, vec_t d, vec_t *o);
147
148 // ease of use functions
149 // immediately applies a Translate to the matrix
150 void Matrix4x4_ConcatTranslate (matrix4x4_t *out, double x, double y, double z);
151 // immediately applies a Rotate to the matrix
152 void Matrix4x4_ConcatRotate (matrix4x4_t *out, double angle, double x, double y, double z);
153 // immediately applies a Scale to the matrix
154 void Matrix4x4_ConcatScale (matrix4x4_t *out, double x);
155 // immediately applies a Scale3 to the matrix
156 void Matrix4x4_ConcatScale3 (matrix4x4_t *out, double x, double y, double z);
157
158 // extracts origin vector (translate) from matrix
159 void Matrix4x4_OriginFromMatrix (const matrix4x4_t *in, vec_t *out);
160 // extracts scaling factor from matrix (only works for uniform scaling)
161 double Matrix4x4_ScaleFromMatrix (const matrix4x4_t *in);
162
163 // replaces origin vector (translate) in matrix
164 void Matrix4x4_SetOrigin (matrix4x4_t *out, double x, double y, double z);
165 // moves origin vector (translate) in matrix by a simple translate
166 void Matrix4x4_AdjustOrigin (matrix4x4_t *out, double x, double y, double z);
167 // scales vectors of a matrix in place and allows you to scale origin as well
168 void Matrix4x4_Scale (matrix4x4_t *out, double rotatescale, double originscale);
169 // ensures each element of the 3x3 rotation matrix is facing in the + direction
170 void Matrix4x4_Abs (matrix4x4_t *out);
171
172 #endif