source/camera.cpp

   1 #include <cmath>
   2 #include "camera.h"
   3 #include "matrix.h"
   4
   5 namespace Msp {
   6 namespace GL {
   7
   8 Camera::Camera():
   9         fov(M_PI/4),
  10         aspect(4.0/3.0),
  11         clip_near(0.1),
  12         clip_far(10),
  13         position(0, 0, 0),
  14         look_dir(0, 0, -1),
  15         up_dir(0, 1, 0)
  16 { }
  17
  18 void Camera::set_field_of_view(float f)
  19 {
  20         fov = f;
  21 }
  22
  23 void Camera::set_aspect(float a)
  24 {
  25         aspect = a;
  26 }
  27
  28 void Camera::set_depth_clip(float n, float f)
  29 {
  30         clip_near = n;
  31         clip_far = f;
  32 }
  33
  34 void Camera::set_position(const Vector3 &p)
  35 {
  36         position = p;
  37         compute_matrix();
  38 }
  39
  40 void Camera::set_up_direction(const Vector3 &u)
  41 {
  42         float len = sqrt(u.x*u.x+u.y*u.y+u.z*u.z);
  43
  44         up_dir.x = u.x/len;
  45         up_dir.y = u.y/len;
  46         up_dir.z = u.z/len;
  47
  48         compute_matrix();
  49 }
  50
  51 void Camera::set_look_direction(const Vector3 &l)
  52 {
  53         float len = sqrt(l.x*l.x+l.y*l.y+l.z*l.z);
  54
  55         look_dir.x = l.x/len;
  56         look_dir.y = l.y/len;
  57         look_dir.z = l.z/len;
  58
  59         compute_matrix();
  60 }
  61
  62 void Camera::look_at(const Vector3 &p)
  63 {
  64         set_look_direction(Vector3(p.x-position.x, p.y-position.y, p.z-position.z));
  65 }
  66
  67 Vector3 Camera::project(const Vector4 &p) const
  68 {
  69         float frustum_h = tan(fov/2);
  70         float frustum_w = frustum_h*aspect;
  71         float z_range = clip_far-clip_near;
  72
  73         float eye_x = matrix[0]*p.x+matrix[4]*p.y+matrix[8]*p.z+matrix[12]*p.w;
  74         float eye_y = matrix[1]*p.x+matrix[5]*p.y+matrix[9]*p.z+matrix[13]*p.w;
  75         float eye_z = matrix[2]*p.x+matrix[6]*p.y+matrix[10]*p.z+matrix[14]*p.w;
  76
  77         return Vector3(eye_x/frustum_w/-eye_z, eye_y/frustum_h/-eye_z,
  78                 (clip_far+clip_near)/z_range+2*clip_far*clip_near/(eye_z*z_range));
  79 }
  80
  81 Vector4 Camera::unproject(const Vector4 &p) const
  82 {
  83         float frustum_h = tan(fov/2);
  84         float frustum_w = frustum_h*aspect;
  85         float z_range = clip_far-clip_near;
  86
  87         float z = (2*clip_far*clip_near)/(p.z*z_range-(clip_far+clip_near))-matrix[14]*p.w;
  88         float x = p.x*-z*frustum_w-matrix[12]*p.w;
  89         float y = p.y*-z*frustum_h-matrix[13]*p.w;
  90
  91         return Vector4(matrix[0]*x+matrix[1]*y+matrix[2]*z,
  92                 matrix[4]*x+matrix[5]*y+matrix[6]*z,
  93                 matrix[8]*x+matrix[9]*y+matrix[10]*z,
  94                 p.w);
  95 }
  96
  97 void Camera::apply() const
  98 {
  99         MatrixStack::projection() = Matrix::perspective(fov, aspect, clip_near, clip_far);
 100         MatrixStack::modelview() = matrix;
 101 }
 102
 103 void Camera::compute_matrix()
 104 {
 105         float x = look_dir.y*up_dir.z-look_dir.z*up_dir.y;
 106         float y = look_dir.z*up_dir.x-look_dir.x*up_dir.z;
 107         float z = look_dir.x*up_dir.y-look_dir.y*up_dir.x;
 108         float len = sqrt(x*x+y*y+z*z);
 109         double mdata[16];
 110
 111         mdata[0] = x/len;
 112         mdata[4] = y/len;
 113         mdata[8] = z/len;
 114
 115         mdata[1] = mdata[4]*look_dir.z-mdata[8]*look_dir.y;
 116         mdata[5] = mdata[8]*look_dir.x-mdata[0]*look_dir.z;
 117         mdata[9] = mdata[0]*look_dir.y-mdata[4]*look_dir.x;
 118
 119         mdata[2] = -look_dir.x;
 120         mdata[6] = -look_dir.y;
 121         mdata[10] = -look_dir.z;
 122
 123         mdata[12] = -position.x*mdata[0]-position.y*mdata[4]-position.z*mdata[8];
 124         mdata[13] = -position.x*mdata[1]-position.y*mdata[5]-position.z*mdata[9];
 125         mdata[14] = -position.x*mdata[2]-position.y*mdata[6]-position.z*mdata[10];
 126
 127         mdata[3] = 0;
 128         mdata[7] = 0;
 129         mdata[11] = 0;
 130         mdata[15] = 1;
 131
 132         matrix = mdata;
 133 }
 134
 135 } // namespace GL
 136 } // namespace Msp