-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
uCalc.pas
2251 lines (1965 loc) · 81.2 KB
/
uCalc.pas
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
871
872
873
874
875
876
877
878
879
880
881
882
883
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896
897
898
899
900
901
902
903
904
905
906
907
908
909
910
911
912
913
914
915
916
917
918
919
920
921
922
923
924
925
926
927
928
929
930
931
932
933
934
935
936
937
938
939
940
941
942
943
944
945
946
947
948
949
950
951
952
953
954
955
956
957
958
959
960
961
962
963
964
965
966
967
968
969
970
971
972
973
974
975
976
977
978
979
980
981
982
983
984
985
986
987
988
989
990
991
992
993
994
995
996
997
998
999
1000
unit uCalc;
interface
uses u3DTypes, Graphics; //graphics alleen voor TColor conversie procs..
{$DEFINE SSE_OPCODES} // SSE code
{$UNDEF SSE3_OPCODES} // SSE3 code
{$DEFINE SSE_UNALIGNED} // SSE unaligned code
{$A8}
//=== Lijstukken ===============================================================
// Een lijnstuk heeft een beginpunt(P1) en een eindpunt(P2).
// De richting van het lijnstuk: P2-P1 (richtingsvector).
// De vergelijking van een lijnstuk: P = P1 + k*(P2-P1) waarbij geldt: 0<k<1
//=== Vlakken ==================================================================
// Vlakken zonder afmetingen, alleen een richting(A,B,C) en een afstand tot de oorsprong(-D).
// De vergelijking van een vlak: Ax + By +Cz + D = 0
// De normaal op het vlak is vector(A,B,C)
// De afstand tot de oorsprong is -D (D=-(Ax+By+Cz))
// Elk punt(x,y,z) ligt op het vlak als geldt: uitkomst = 0
// Een punt ligt voor het vlak als geldt: uitkomst > 0
// Een punt ligt achter het vlak als geldt: uitkomst < 0
//=== Circels en Bollen ========================================================
// De vergelijking van een (2D) circel waarvan het centrum op de oorsprong ligt:
// X² + Y² - R² = 0
// Elk punt(x,y) ligt op de circel als het aan deze vergelijking voldoet.
// Als X² + Y² - R² < 0 dan ligt het punt binnen de circel.
// Als de uitkomst van de vergelijking > 0 is, valt het punt buiten de circel.
//=== Snijpunten ===============================================================
//--- Het snijpunt van 3 vlakken bepalen:
// |x| | n1.x n1.y n1.z | |d1|
// |y| = | n2.x n2.y n2.z | X |d2|
// |z| | n3.x n3.y n3.z | |d3|
// resultaat = true als er een snijpunt is, anders false..
//
//
// De wiskundige vergelijking voor de punten (x,y) in een 2-dimensionaal assenstelsel, die een cirkel vormen met middelpunt (x0,y0) en straal r is:
// (x - x0)2 + (y - y0)2 = r2
//
//--- Een lijn snijden met een vlak (plane):
// ( * betekent het dotproduct)
// Een snijpunt voldoet aan beide vergelijkingen (voor lijnen & vlakken).
// Dus: p = org+u*dir (lijn) en p*normal-k = 0 (vlak)
// Na substitutie: (org+u*dir)*normal-k = 0
// org*normal + u*dir*normal - k = 0
// u*dir*normal = k - (org*normal)
// u = (k-org*normal) / (dir*normal)
// Als (dir*normal)=0 dan zijn de lijn en het vlak evenwijdig aan elkaar (geen snijpunt dan).
// Anders kan het snijpunt berekend worden door de waarde van u in de lijn-vergelijking
// in te vullen.
//
//--- Een lijn snijden met een bol (sphere):
// Een snijpunt voldoet aan beide vergelijkingen (voor lijnen & bollen).
// Dus: p = org+u*dir (lijn) en |p-origin| = radius (bol)
// Na substitutie: |(org+u*dir)-origin| = radius
// <=> (org+u*dir-origin)² = radius²
// Vereenvoudigen, waarbij geldt: A = dir²
// B = 2*dir*(org-origin)
// C = (org-origin)²
// => u = -B ± Sqrt(B²-4AC) * 2A
// Als A=0 (dir²=0) dan is er geen snijpunt van de lijn met de bol.
// Als Sqrt(B²-4AC)=0 dan is er maar 1 raakpunt op u=-B/2A.
// In de andere gevallen zijn er 2 snijpunten voor de gevonden u waarde.
// De punten zijn te vinden door u in tevullen in de lijn-vergelijking.
//=== Reflecteren ==============================================================
// Een inkomende vector laten reflecteren op een geraakt vlak.
//
// PlaneNormal Bereken eerst lengte N
// · Scale de plane-normal met N
// S | Bereken de lengte S
// ·----+----· N+S = reflectie-vector
// \ | /
// V \ N| / Result
// \ | /
// ____\|/__________
//
//
//=== BillBoard ================================================================
// Een billboard-quad resulteren.
// Een billboard is altijd loodrecht op de line-of-sight gericht.
// Punt "Position" is het middelpunt van de quad.
//
// V4_______V3
// | |
// | .P | P = Position
// |_______|
// V1 V2
//
const
// 2*Pi radialen = 360 graden
constDegToRad : Single = Pi/180.0; // 1 graad = constDegToRad radialen
constRadToDeg : Single = 180.0/Pi; // 1 radiaal = constRadToDeg graden
EPSILON = 0.0001;
signbit : cardinal = $80000000; // Sign-bit voor een Single
notsignbit : cardinal = $7FFFFFFF; //
// algemeen
procedure SinCos(Degrees:Single; var Sine, Cosine: Single); assembler; register; //Alpha in graden
function ATan2(Y, X: Extended): Extended;
function GetAngleFOV(Size, Distance: Single) : Single;
// kleuren
procedure TColorToRGB(const aColor: TColor; var R,G,B: single); //TColor -> RGB [0.0 .. 1.0]
procedure RGBToTColor(const R,G,B: single; var aColor: TColor); //TColor -> RGB [0.0 .. 1.0]
// Vector berekeningen
function Vector(X,Y,Z: Single) : TVector; overload;
function Vector(XYZ: array of single) : TVector; overload;
function NullVector : TVector;
function XAxisVector : TVector;
function YAxisVector : TVector;
function ZAxisVector : TVector;
function NegativeXAxisVector : TVector;
function NegativeYAxisVector : TVector;
function NegativeZAxisVector : TVector;
function SameVector(V1,V2: TVector) : boolean;
function AlmostSameVector(V1,V2: TVector; const epsilon:single) : boolean;
function AverageVector(V: array of TVector) : TVector;
function AxisAlignedVector(V: TVector) : boolean;
function RandomizeVector(V: TVector; R: Single) : TVector; overload; //x, y & z met willekeurige waarden veranderen. R=het max. verschil met het orgineel.
//==============================================================================
// InverseVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
{$A8}
function InverseVector(const V: TVector) : TVector; assembler; register;
{$ELSE}
function InverseVector(V: TVector) : TVector;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// AbsVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function AbsVector(const V: TVector) : TVector; assembler; register;
{$ELSE}
function AbsVector(V: TVector) : TVector;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// AddVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function AddVector(const V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
{$ELSE}
function AddVector(V1,V2: TVector) : TVector;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// SubVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function SubVector(const V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
{$ELSE}
function SubVector(V1,V2: TVector) : TVector;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// ScaleVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function ScaleVector(const V: TVector; const Factor: Single) : TVector; assembler; register;
{$ELSE}
function ScaleVector(V: TVector; Factor: Single) : TVector;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// VectorLength
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function VectorLength(const V: TVector) : Single; assembler; register;
{$ELSE}
function VectorLength(V: TVector) : Single;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// UnitVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function UnitVector(const V: TVector) : TVector; assembler; register;
// function UnitVector(const V: TVector) : TVector;
{$ELSE}
function UnitVector(V: TVector) : TVector;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// CrossProduct
//------------------------------------------------------------------------------
// Het CrossProduct levert als resultaat een vector die loodrecht staat (perpendicular) op de 2 aangeleverde vectoren.
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function CrossProduct(const V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
{$ELSE}
function CrossProduct(V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// DotProduct
// Als V1 & V2 unitvectors zijn (lengte 1) dan levert de functie dotProduct
// als resultaat de cosinus tussen de 2 vectoren; Dus hoek = InvCos(DotProduct(V1,V2))
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
// SSE DotProduct
function DotProduct(const V1,V2: TVector) : Single; assembler; register;
{$ELSE}
function DotProduct(V1,V2: TVector) : Single; assembler; register;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
function VectorLERP(const V1,V2: TVector; weight: single) : TVector; // weight in [0..1]
// lijnstuk berekeningen
// vindt het punt op lijnstuk(LA-LB) dat het dichtst ligt bij punt P
function ClosestPointOnLine(LA,LB, P: TVector) : TVector;
// Matrix berekeningen
function Matrix4x4(C0R0,C1R0,C2R0,C3R0, C0R1,C1R1,C2R1,C3R1, C0R2,C1R2,C2R2,C3R2, C0R3,C1R3,C2R3,C3R3: Single) : TMatrix4x4;
function IdentityMatrix4x4 : TMatrix4x4;
procedure TransposeMatrix(const M:TMatrix4x4; var M1:TMatrix4x4); overload;
procedure TransposeMatrix(var M:TMatrix4x4); overload;
//==============================================================================
// MultiplyMatrix
//------------------------------------------------------------------------------
function MultiplyMatrix(const A,B: TMatrix4x4) : TMatrix4x4;
{$IFDEF SSE_OPCODES} // gebruik SSE routines
{$IFDEF SSE_UNALIGNED}
procedure SSEMultiplyMatrixU(var R: TMatrix4x4; const A,B: TMatrix4x4); assembler; register; // unaligned
{$ELSE}
procedure SSEMultiplyMatrix(var R: TMatrix4x4; const A,B: TMatrix4x4); assembler; register; // aligned
{$ENDIF}
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// TransformVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
// SSE routines (aligned/unaligned)
function TransformVector(const V: TVector; const M: TMatrix4x4) : TVector; assembler; register;
{$ELSE}
function TransformVector(V: TVector; M: TMatrix4x4) : TVector;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
(*
procedure GetScreenCoords(V: TVector; var ScreenX,ScreenY: integer);
*)
//roteer punt A om punt B over een hoek R (B blijft dus stilstaan, A beweegt)
function RotateX(A,B: TVector; DegX: Single) : TVector; //"oude" routine's
function RotateY(A,B: TVector; DegY: Single) : TVector; // " "
function RotateZ(A,B: TVector; DegZ: Single) : TVector; // " "
//rotatie matrices aanmaken..
function XRotationMatrix(DegX: Single) : TMatrix4x4; //DegX graden om de X-as
function YRotationMatrix(DegY: Single) : TMatrix4x4; //DegY graden om de Y-as
function ZRotationMatrix(DegZ: Single) : TMatrix4x4; //DegZ graden om de Z-as
//roteer punt A om punt B over hoeken R.X, R.Y & R.Z (B blijft dus stilstaan, A beweegt)
function Rotate(A,B, R: TVector) : TVector;
function AxisRotationMatrix(Axis: TVector; Deg: Single) : TMatrix4x4;
//een matrix resulteren voor de opgegeven rotaties in radialen
function RotationMatrix_Rad(RadX,RadY,RadZ: single) : TMatrix4x4; overload;
function RotationMatrix_Rad(Radians:TVector) : TMatrix4x4; overload;
// zet alleen de translatie van een matrix
function SetMatrixTranslation(M:TMatrix4x4; Translation:TVector) : TMatrix4x4;
//==============================================================================
// ScaleMatrix
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
procedure ScaleMatrix(var M: TMatrix4x4; const Factor: Single); assembler; register;
{$ELSE}
procedure ScaleMatrix(var M: TMatrix4x4; Factor: Single);
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// MatrixDetInternal
//------------------------------------------------------------------------------
(*
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function MatrixDetInternal(const M: TM9): Single; assembler; register;
{$ELSE}
*)
function MatrixDetInternal(a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3: Single): Single;
(*
{$ENDIF}
*)
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// MatrixDeterminant
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function MatrixDeterminant(const M: TMatrix4x4) : Single; assembler; register;
{$ELSE}
function MatrixDeterminant(M: TMatrix4x4) : Single;
{$ENDIF}
// 3x3 variant
function Matrix3x3Determinant(M: TMatrix4x4) : Single;
//------------------------------------------------------------------------------
function CofactorMatrix(M: TMatrix4x4) : TMatrix4x4;
function MatrixInverse(M: TMatrix4x4) : TMatrix4x4;
procedure MatrixAdjoint(var M: TMatrix4x4);
procedure InverseMatrix(var M: TMatrix4x4);
// quaternions
procedure QuaternionToMatrix(var Q:TQuaternion; var M:TMatrix4x4);
procedure MatrixToQuaternion(var M:TMatrix4x4; var Q:TQuaternion);
function QuaternionMagnitude(Q:TQuaternion) : single;
procedure QuaternionNormalize(var Q:TQuaternion);
procedure QuaternionGetRotationAxisAndAngle(Q:TQuaternion; var Axis:TVector; var Angle:Single);
procedure QuaternionRotationAxisAndAngleToQuaternion(Axis:TVector; Angle:Single; var Q:TQuaternion);
// Planes berekeningen.
// vlakken zonder afmetingen, alleen een richting(A,B,C) en een afstand tot de oorsprong(-D)
function PlaneNormal(V1,V2,V3: TVector) : TVector;
function PlaneDistance(Normal, PointOnPlane: TVector) : Single;
function PlaneOrigin(Normal: TVector; DistanceToOrigin: Single) : TVector;
// een lijn snijden met een vlak
{function LinePlaneIntersectionPoint(const Line: TLine; const Plane: TPlane; var S: TVector) : boolean;}
function LinePlaneIntersectionPoint(const L0,L1, P0,P1,P2: TVector; var S: TVector) : boolean; overload;
function LinePlaneIntersectionPoint(const LineOrigin,LineDirection, PlaneNormal,PointOnPlane: TVector; var S: TVector) : boolean; overload;
// een lijn snijden met een (bounding)box (evt. snijpunt in S terug)
// L0 & L1 zijn punten op de lijn
function LineBoxIntersectionPoint(const L0,L1: TVector; const BoundingBox: TBoundingBox; var S: TVector) : boolean;
// ..dezelfde functie met andere parameters: LineDirection is een (richtings)vector
function LineBoxIntersectionPoint2(const LineOrigin,LineDirection: TVector; const BoundingBox: TBoundingBox; var S: TVector) : boolean;
// Het snijpunt van 3 planes bepalen:
// resultaat = true als er een snijpunt is (snijpunt in S), anders false..
function PlanesIntersectionPoint(P1,P2,P3: TPlane; var S: TVector) : boolean;
// een punt V projecteren op een vlak (gegeven door de normaal en een (willekeurig) punt op het vlak
function ProjectPointToPlane(V, PlaneNormal, PointOnPlane: TVector) : TVector;
// een vector reflecteren op een vlak
function ReflectVectorOnPlane(const Direction, PlaneNormal: TVector): TVector;
// een billboard quad resulteren.
procedure BillBoard(const Position:TVector; var V1,V2,V3:TVector); overload;
procedure BillBoard(const Position,LineOfSight: TVector; const Size: Single; var V1,V2,V3,V4: TVector); overload;
procedure BillBoard(const Position,LineOfSight: TVector; const SizeX,SizeY: Single; var V1,V2,V3,V4: TVector); overload;
// triangles
function TriangleIsCCW(const V1,V2,V3, Normal: TVector) : boolean;
//circels en bollen berekeningen.
implementation
uses Math;
{$A8}
//=== Algemeen =================================================================
procedure SinCos(Degrees:Single; var Sine, Cosine: Single); assembler; register;
const Rad : extended = Pi/180.0;
// sinus als resultaat in ST(1)
// cosinus in ST(0)
asm
fld Rad
fld Degrees
fmulp
fsincos
fstp dword ptr [edx] // cos
fstp dword ptr [eax] // sin
//fwait
end;
function ATan2(Y, X: Extended): Extended;
asm
fld Y
fld X
fpatan
//fwait
end;
function GetAngleFOV(Size, Distance: Single) : Single;
var Angle: Single;
begin
Angle := 2.0 * ATan2(Size/2, Distance);
Result := Angle * constRadToDeg;
end;
procedure TColorToRGB(const aColor: TColor; var R,G,B: single); //TColor -> RGB [0.0 .. 1.0]
begin
R := (aColor and $000000FF) / 255;
G := ((aColor and $0000FF00) shr 8) / 255;
B := ((aColor and $00FF0000) shr 16) / 255;
end;
procedure RGBToTColor(const R,G,B: single; var aColor: TColor); //TColor -> RGB [0.0 .. 1.0]
begin
aColor := (Floor(B*255) shl 16) + (Floor(G*255) shl 8) + Floor(R*255);
end;
//=== Vector berekeningen ======================================================
function Vector(X,Y,Z: Single) : TVector;
begin
Result.X := X;
Result.Y := Y;
Result.Z := Z;
end;
function Vector(XYZ: array of single) : TVector;
begin
if Length(XYZ)>=1 then Result.X := XYZ[0];
if Length(XYZ)>=2 then Result.Y := XYZ[1];
if Length(XYZ)>=3 then Result.Z := XYZ[2];
end;
function NullVector : TVector;
begin
Result := Vector(0, 0, 0);
end;
function XAxisVector : TVector;
begin
Result := Vector(1, 0, 0);
end;
function YAxisVector : TVector;
begin
Result := Vector(0, 1, 0);
end;
function ZAxisVector : TVector;
begin
Result := Vector(0, 0, 1);
end;
function NegativeXAxisVector : TVector;
begin
Result := Vector(-1, 0, 0);
end;
function NegativeYAxisVector : TVector;
begin
Result := Vector(0, -1, 0);
end;
function NegativeZAxisVector : TVector;
begin
Result := Vector(0, 0, -1);
end;
function SameVector(V1,V2: TVector) : boolean;
var x,y,z: boolean;
begin
x := (V1.X = V2.X);
y := (V1.Y = V2.Y);
z := (V1.Z = V2.Z);
Result := (x and y and z);
end;
function AlmostSameVector(V1,V2: TVector; const epsilon:single) : boolean;
var x,y,z: boolean;
begin
x := (abs(V1.X - V2.X) < epsilon);
y := (abs(V1.Y - V2.Y) < epsilon);
z := (abs(V1.Z - V2.Z) < epsilon);
Result := (x and y and z);
end;
function AverageVector(V: array of TVector) : TVector;
var Len,i: integer;
begin
Result := NullVector;
Len := Length(V);
if Len=0 then Exit;
for i:=0 to Len-1 do Result := AddVector(Result, V[i]);
Result := ScaleVector(Result, 1/Len);
end;
function AxisAlignedVector(V: TVector) : boolean;
var x,y,z: boolean;
UV: TVector;
begin
UV := UnitVector(V);
x := (1.0 - abs(UV.X) < EPSILON);
y := (1.0 - abs(UV.Y) < EPSILON);
z := (1.0 - abs(UV.Z) < EPSILON);
Result := (x or y or z); //??
end;
function RandomizeVector(V: TVector; R: Single) : TVector;
var RX,RY,RZ,
SX,SY,SZ,
CX,CY,CZ: Single;
UV: TVector;
Len: Single;
begin
// De cosinus van de hoek R uitrekenen.
// Er geldt nu: DotProduct(V, V_R) = C (maximaal) en V_R is de doel-richting na randomizeVector
// => V.X*V_R.X + V.Y*V_R.Y + V.Z*V_R.Z <= C
// 3 willekeurige hoeken tot R graden
RX := Random(Round(R*1000))/1000;
RY := Random(Round(R*1000))/1000;
RZ := Random(Round(R*1000))/1000;
// de cosinus van de hoeken
SinCos(RX, SX,CX);
SinCos(RY, SY,CY);
SinCos(RZ, SZ,CZ);
UV := UnitVector(V);
Len := VectorLength(V);
Result := ScaleVector( Vector( UV.X*CZ*SY, UV.Y*CX*SZ, UV.Z*CY*SX), Len);
end;
//==============================================================================
// InverseVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
{$A8}
// EAX = V
function InverseVector(const V: TVector) : TVector; assembler; register;
asm
movss xmm0, dword ptr [eax+8] // xmm0[0..31] := V1.Z
movhps xmm0, qword ptr [eax] // xmm0[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
// flip sign-bit
movss xmm1, [signbit]
shufps xmm1, xmm1, 0
xorps xmm0, xmm1
//
movss dword ptr [Result.Z], xmm0 // Result.Z := xmm0[0..31]
movhps qword ptr [Result.X], xmm0 // Result.X := xmm0[64..95], Result.Y := xmm0[96..127]
end;
{$ELSE}
function InverseVector(V: TVector) : TVector;
begin
Result.X := -V.X;
Result.Y := -V.Y;
Result.Z := -V.Z;
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// AbsVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
{$A8}
// EAX = V
function AbsVector(const V: TVector) : TVector; assembler; register;
asm
movss xmm0, dword ptr [eax+8] // xmm0[0..31] := V1.Z
movhps xmm0, qword ptr [eax] // xmm0[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
// clear sign-bit
movss xmm1, [notsignbit]
shufps xmm1, xmm1, 0
andps xmm0, xmm1
//
movss dword ptr [Result.Z], xmm0 // Result.Z := xmm0[0..31]
movhps qword ptr [Result.X], xmm0 // Result.X := xmm0[64..95], Result.Y := xmm0[96..127]
end;
{$ELSE}
function AbsVector(V: TVector) : TVector;
begin
Result.X := Abs(V.X);
Result.Y := Abs(V.Y);
Result.Z := Abs(V.Z);
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// AddVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
{$A8}
// EAX = V1
// EDX = V2
function AddVector(const V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
asm
movss xmm0, dword ptr [eax+8] // xmm0[0..31] := V1.Z
movss xmm1, dword ptr [edx+8] // xmm1[0..31] := V2.Z
movhps xmm0, qword ptr [eax] // xmm0[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
movhps xmm1, qword ptr [edx] // xmm1[64..95] := V2.X, xmm1[96..127] := V2.Y
addps xmm0, xmm1
movss dword ptr [Result.Z], xmm0 // Result.Z := xmm0[0..31]
movhps qword ptr [Result.X], xmm0 // Result.X := xmm0[64..95], Result.Y := xmm0[96..127]
end;
{$ELSE}
function AddVector(V1,V2: TVector) : TVector;
begin
Result.X := V1.X + V2.X;
Result.Y := V1.Y + V2.Y;
Result.Z := V1.Z + V2.Z;
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// SubVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
{$A8}
function SubVector(const V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
asm
movss xmm0, dword ptr [eax+8] // xmm0[0..31] := V1.Z
movss xmm1, dword ptr [edx+8] // xmm1[0..31] := V2.Z
movhps xmm0, qword ptr [eax] // xmm0[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
movhps xmm1, qword ptr [edx] // xmm1[64..95] := V2.X, xmm1[96..127] := V2.Y
subps xmm0, xmm1
movss dword ptr [Result.Z], xmm0 // Result.Z := xmm0[0..31]
movhps qword ptr [Result.X], xmm0 // Result.X := xmm0[64..95], Result.Y := xmm0[96..127]
end;
{$ELSE}
function SubVector(V1,V2: TVector) : TVector;
begin
Result.X := V1.X - V2.X;
Result.Y := V1.Y - V2.Y;
Result.Z := V1.Z - V2.Z;
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// ScaleVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
{$A8}
// EAX = V
// EDX = Factor
function ScaleVector(const V: TVector; const Factor: Single) : TVector; assembler; register;
asm
movss xmm0, dword ptr [Factor] // xmm0 := Factor
movss xmm1, dword ptr [eax+8] // xmm1[0..31] := V.Z
shufps xmm0, xmm0, 0 // xmm0 := Factor Factor Factor Factor
movhps xmm1, qword ptr [eax] // xmm1[64..95] := V.X, xmm1[96..127] := V.Y
mulps xmm1, xmm0
movss dword ptr [Result.Z], xmm1 // Result.Z := xmm1[0..31]
movhps qword ptr [Result.X], xmm1 // Result.X := xmm1[64..95], Result.Y := xmm1[96..127]
end;
{$ELSE}
function ScaleVector(V: TVector; Factor: Single) : TVector;
begin
Result.X := V.X * Factor;
Result.Y := V.Y * Factor;
Result.Z := V.Z * Factor;
end;
{$ENDIF}
//==============================================================================
// VectorLength
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function VectorLength(const V: TVector) : Single; assembler; register;
asm
// DotProduct(V,V)
movss xmm1, dword ptr [eax+8] // xmm1[0..31] := V1.Z
movhps xmm1, qword ptr [eax] // xmm1[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
mulps xmm1, xmm1
{$IFDEF SSE3_OPCODES}
db $F2, $0F, $7C, $C9 // haddps xmm1, xmm1
db $F2, $0F, $7C, $C9 // haddps xmm1, xmm1
{$ELSE}
movhlps xmm0, xmm1 // xmm0[0..31] := V1.X*V2.X, xmm0[32..63] := V1.Y*V2.Y
movaps xmm3, xmm0
shufps xmm3, xmm3, 01010101b // xmm3[0..31] := V1.Y*V2.Y
addss xmm1, xmm0 // + X*X
addss xmm1, xmm3 // + Y*Y
{$ENDIF}
// sqrt(DotProduct)
sqrtss xmm0, xmm1
movss dword ptr [Result], xmm0
end;
{$ELSE}
function VectorLength(V: TVector) : Single;
var D: Single;
begin
D := DotProduct(V,V);
Result := Sqrt(D);
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// UnitVector
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
function UnitVector(const V: TVector) : TVector; assembler; register;
var R: TVector;
s: single;
begin
asm
// xmm1 := DotProduct(V,V)
movss xmm1, dword ptr [eax+8] // xmm1 := 0 0 0 V1.Z xmm1[0..31] := V1.Z
movhps xmm1, qword ptr [eax] // xmm1 := V1.Y V1.X 0 V1.Z xmm1[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
movaps xmm2, xmm1 // vector bewaren in xmm2
mulps xmm1, xmm1
{$IFDEF SSE3_OPCODES}
db $F2, $0F, $7C, $C9 // haddps xmm1, xmm1
db $F2, $0F, $7C, $C9 // haddps xmm1, xmm1
{$ELSE}
movhlps xmm0, xmm1 // xmm0[0..31] := V1.X*V2.X, xmm0[32..63] := V1.Y*V2.Y
movaps xmm3, xmm0
shufps xmm3, xmm3, 01010101b // xmm3[0..31] := V1.Y*V2.Y
addss xmm1, xmm0 // + X*X
addss xmm1, xmm3 // + Y*Y
{$ENDIF}
movss dword ptr [s], xmm1
end;
if s = 0 then
R := V
else begin
asm
// xmm0 := 1/sqrt(D)
rsqrtss xmm0, xmm1 // xmm0 := 1/sqrt(D)
// ScaleVector(V,xmm0)
shufps xmm0, xmm0, 0 // xmm0 := Factor Factor Factor Factor
mulps xmm2, xmm0
movss dword ptr [R.Z], xmm2 // Result.Z := xmm2[0..31]
movhps qword ptr [R.X], xmm2 // Result.X := xmm2[64..95], Result.Y := xmm2[96..127]
end;
end;
Result := R;
end;
{$ELSE}
function UnitVector(V: TVector) : TVector;
var L: Single;
begin
L := VectorLength(V);
if L = 0.0 then Result := V
else Result := ScaleVector(V, 1/L);
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// CrossProduct
//------------------------------------------------------------------------------
// Result.X := (V1.Y * V2.Z) - (V1.Z * V2.Y); // E - F
// Result.Y := (V1.Z * V2.X) - (V1.X * V2.Z); // C - D
// Result.Z := (V1.X * V2.Y) - (V1.Y * V2.X); // A - B
{$IFDEF SSE_OPCODES}
// EAX = V1
// EDX = V2
function CrossProduct(const V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
asm
movss xmm1, dword ptr [eax+8] // xmm1[0..31] := V1.Z
movss xmm2, dword ptr [edx+8] // xmm2[0..31] := V2.Z
movhps xmm1, qword ptr [eax] // xmm1[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
movhps xmm2, qword ptr [edx] // xmm2[64..95] := V2.X, xmm2[96..127] := V2.Y
movaps xmm3, xmm1 // xmm3 := V1.Y V1.X ? V1.Z
movaps xmm4, xmm2 // xmm4 := V2.Y V2.X ? V2.Z
shufps xmm3, xmm3, 00110110b // xmm3 := V1.Z V1.Y ? V1.X
shufps xmm4, xmm4, 10000111b // xmm4 := V2.X V2.Z ? V2.Y
shufps xmm1, xmm1, 10000111b // xmm1 := V1.X V1.Z ? V1.Y
shufps xmm2, xmm2, 00110110b // xmm2 := V2.Z V2.Y ? V2.X
mulps xmm4, xmm3 // xmm4 := C E ? A
mulps xmm2, xmm1 // xmm2 := D F ? B
subps xmm4, xmm2
movhps qword ptr [Result.X], xmm4
movss dword ptr [Result.Z], xmm4
end;
{$ELSE}
function CrossProduct(V1,V2: TVector) : TVector; assembler; register;
asm
fld dword ptr [eax + 4] // ST(0) := V1.y
fmul dword ptr [edx + 8] // ST(0) := ST(0) * V2.z
fld dword ptr [eax + 8] // ST(0) -> ST(1); ST(0) := V1.z
fmul dword ptr [edx + 4] // ST(0) := ST(0) * V2.y
fsubp // ST(0) := ST(0) - ST(1); <- ST(1)
fld dword ptr [eax + 8] // ST(0) := V1.y
fmul dword ptr [edx + 0] // ST(0) := ST(0) * V2.x
fld dword ptr [eax + 0] // ST(0) -> ST(1); ST(0) := V1.x
fmul dword ptr [edx + 8] // ST(0) := ST(0) * V2.z
fsubp // ST(0) := ST(0) - ST(1); <- ST(1)
fld dword ptr [eax + 0] // ST(0) := V1.x
fmul dword ptr [edx + 4] // ST(0) := ST(0) * V2.y
fld dword ptr [eax + 4] // ST(0) -> ST(1); ST(0) := V1.y
fmul dword ptr [edx + 0] // ST(0) := ST(0) * V2.x
fsubp // ST(0) := ST(0) - ST(1); <- ST(1)
fstp dword ptr [Result.Z] // <- ST(0)
fstp dword ptr [Result.Y] // <- ST(0)
fstp dword ptr [Result.X] // <- ST(0)
//fwait
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================
// DotProduct
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES}
// Result := V1.X*V2.X + V1.Y*V2.Y + V1.Z*V2.Z;
// SSE DotProduct routine
function DotProduct(const V1,V2: TVector) : Single; assembler; register;
asm
movss xmm1, dword ptr [eax+8] // xmm1[0..31] := V1.Z
movss xmm2, dword ptr [edx+8] // xmm2[0..31] := V2.Z
movhps xmm1, qword ptr [eax] // xmm1[64..95] := V1.X, xmm1[96..127] := V1.Y
movhps xmm2, qword ptr [edx] // xmm2[64..95] := V2.X, xmm2[96..127] := V2.Y
mulps xmm1, xmm2
{$IFDEF SSE3_OPCODES}
db $F2, $0F, $7C, $C9 // haddps xmm1, xmm1
db $F2, $0F, $7C, $C9 // haddps xmm1, xmm1
{$ELSE}
movhlps xmm0, xmm1 // xmm0[0..31] := V1.X*V2.X, xmm0[32..63] := V1.Y*V2.Y
movaps xmm3, xmm0
shufps xmm3, xmm3, 01010101b // xmm3[0..31] := V1.Y*V2.Y
addss xmm1, xmm0
addss xmm1, xmm3
{$ENDIF}
movss dword ptr [Result], xmm1
(*
movss xmm0, dword ptr [eax] // xmm0 = ?? ?? ?? V1.z
movss xmm1, dword ptr [edx] // xmm1 = ?? ?? ?? V2.z
mulps xmm0, xmm1 // xmm0 = ?? ?? ?? V1.z*V2.z
movss xmm1, dword ptr [eax+4] // xmm1 = ?? ?? ?? V1.y
movss xmm2, dword ptr [edx+4] // xmm2 = ?? ?? ?? V2.y
mulps xmm1, xmm2 // xmm1 = ?? ?? ?? V1.y*V2.y
movss xmm2, dword ptr [eax+8] // xmm2 = ?? ?? ?? V1.x
movss xmm3, dword ptr [edx+8] // xmm3 = ?? ?? ?? V2.x
mulps xmm2, xmm3 // xmm2 = ?? ?? ?? V1.x*V2.x
addps xmm0, xmm1 // xmm0 = ?? ?? ?? V1.z*V2.z + V1.y*V2.y
addps xmm0, xmm2 // xmm0 = ?? ?? ?? V1.z*V2.z + V1.y*V2.y + V1.x*V2.x
movss [Result], xmm0
*)
end;
{$ELSE}
function DotProduct(V1,V2: TVector) : Single; assembler; register;
// (Zie delphi help voor de 'register' aanduiding bij de functie-declaratie)
// EAX bevat het adres van V1
// EDX bevat het adres van V2
// resultaat in ST(0).
asm
fld dword ptr [eax] // ST(0) := V1.x
fmul dword ptr [edx] // ST(0) := ST(0) * V2.x
fld dword ptr [eax + 4] // ST(0) -> ST(1); ST(0) := V1.y
fmul dword ptr [edx + 4] // ST(0) := ST(0) * V2.y
faddp // ST(0) := ST(0) + ST(1)
fld dword ptr [eax + 8] // ST(0) -> ST(1); ST(0) := V1.z
fmul dword ptr [edx + 8] // ST(0) := ST(0) * V2.z
faddp // ST(0) := ST(0) + ST(1)
end;
{$ENDIF}
//------------------------------------------------------------------------------
function VectorLERP(const V1,V2: TVector; Weight: single) : TVector; // weight in [0..1]
begin
Result.X := (1-Weight)*V1.X + Weight*V2.X;
Result.Y := (1-Weight)*V1.Y + Weight*V2.Y;
Result.Z := (1-Weight)*V1.Z + Weight*V2.Z;
end;
//=== Lijnstuk berekeningen ====================================================
function ClosestPointOnLine(LA,LB, P: TVector) : TVector;
var V1,V2,V3: TVector;
L, distance: single;
begin
// maak een vlak met de 2 punten van het lijnstuk en het 3e punt P..
V1 := SubVector(P, LA);
V2 := UnitVector(SubVector(LB, LA)); //alleen de richting gebruiken, niet de grootte..
// de lengte van het lijnstuk
L := VectorLength(SubVector(LA, LB));
// de afstand vanaf punt P tot het lijnstuk
distance := DotProduct(V2,V1);
//
if distance <= 0 then
Result := LA
else
if distance >= L then
Result := LB
else begin
// maak een vector V3 met een richting V2 en lengte distance
V3 := ScaleVector(V2, distance);
Result := AddVector(LA, V3);
end;
end;
//=== Matrix berekeningen ======================================================
// Mijn matrices zijn row-major zijn opgesteld als in OpenGL.
// (blz. 673 van de OpenGL Programming Guide)
function Matrix4x4(C0R0,C1R0,C2R0,C3R0, C0R1,C1R1,C2R1,C3R1, C0R2,C1R2,C2R2,C3R2, C0R3,C1R3,C2R3,C3R3: Single) : TMatrix4x4;
begin
Result[0,0]:=C0R0; Result[0,1]:=C1R0; Result[0,2]:=C2R0; Result[0,3]:=C3R0;
Result[1,0]:=C0R1; Result[1,1]:=C1R1; Result[1,2]:=C2R1; Result[1,3]:=C3R1;
Result[2,0]:=C0R2; Result[2,1]:=C1R2; Result[2,2]:=C2R2; Result[2,3]:=C3R2;
Result[3,0]:=C0R3; Result[3,1]:=C1R3; Result[3,2]:=C2R3; Result[3,3]:=C3R3;
end;
function IdentityMatrix4x4 : TMatrix4x4;
const IdentityMatrix: TMatrix4x4 = ((1,0,0,0), (0,1,0,0), (0,0,1,0), (0,0,0,1));
begin
Result := IdentityMatrix;
end;
procedure TransposeMatrix(const M:TMatrix4x4; var M1:TMatrix4x4);
var r,c: integer;
begin
for r:=0 to 3 do
for c:=0 to 3 do
M1[c,r] := M[r,c];
end;
procedure TransposeMatrix(var M:TMatrix4x4);
var r,c: integer;
tmp: Single;
begin
for r:=0 to 3 do begin
for c:=r to 3 do begin
if c=r then continue;
tmp := M[r,c];
M[r,c] := M[c,r];
M[c,r] := tmp;
end;
end;
end;
//==============================================================================
// MultiplyMatrix
//------------------------------------------------------------------------------
{$IFDEF SSE_OPCODES} // gebruik SSE routines
{$IFDEF SSE_UNALIGNED} // unaligned code
function MultiplyMatrix(const A,B: TMatrix4x4) : TMatrix4x4;
var M: TMatrix4x4;
begin
SSEMultiplyMatrixU(M, A,B);
Result := M;