source/camera.cpp

   1 /* $Id$
   2
   3 This file is part of libmspgl
   4 Copyright © 2010  Mikko Rasa, Mikkosoft Productions
   5 Distributed under the LGPL
   6 */
   7
   8 #include <cmath>
   9 #include "camera.h"
  10 #include "matrix.h"
  11 #include "projection.h"
  12
  13 namespace Msp {
  14 namespace GL {
  15
  16 Camera::Camera():
  17         fov(M_PI/4),
  18         aspect(4.0/3.0),
  19         clip_near(0.1),
  20         clip_far(10),
  21         position(0, 0, 0),
  22         look_dir(0, 0, -1),
  23         up_dir(0, 1, 0)
  24 {
  25         for(unsigned i=0; i<16; ++i)
  26                 matrix[i] = (i%5 ? 0 : 1);
  27         matrix[10] = -1;
  28 }
  29
  30 void Camera::set_field_of_view(float f)
  31 {
  32         fov = f;
  33 }
  34
  35 void Camera::set_aspect(float a)
  36 {
  37         aspect = a;
  38 }
  39
  40 void Camera::set_depth_clip(float n, float f)
  41 {
  42         clip_near = n;
  43         clip_far = f;
  44 }
  45
  46 void Camera::set_position(const Vector3 &p)
  47 {
  48         position = p;
  49         compute_matrix();
  50 }
  51
  52 void Camera::set_up_direction(const Vector3 &u)
  53 {
  54         float len = sqrt(u.x*u.x+u.y*u.y+u.z*u.z);
  55
  56         up_dir.x = u.x/len;
  57         up_dir.y = u.y/len;
  58         up_dir.z = u.z/len;
  59
  60         compute_matrix();
  61 }
  62
  63 void Camera::set_look_direction(const Vector3 &l)
  64 {
  65         float len = sqrt(l.x*l.x+l.y*l.y+l.z*l.z);
  66
  67         look_dir.x = l.x/len;
  68         look_dir.y = l.y/len;
  69         look_dir.z = l.z/len;
  70
  71         compute_matrix();
  72 }
  73
  74 void Camera::look_at(const Vector3 &p)
  75 {
  76         set_look_direction(Vector3(p.x-position.x, p.y-position.y, p.z-position.z));
  77 }
  78
  79 Vector3 Camera::project(const Vector4 &p) const
  80 {
  81         float near_h = tan(fov/2)*clip_near;
  82         float near_w = near_h*aspect;
  83         float z_range = clip_far-clip_near;
  84
  85         float eye_x = matrix[0]*p.x+matrix[4]*p.y+matrix[8]*p.z+matrix[12]*p.w;
  86         float eye_y = matrix[1]*p.x+matrix[5]*p.y+matrix[9]*p.z+matrix[13]*p.w;
  87         float eye_z = matrix[2]*p.x+matrix[6]*p.y+matrix[10]*p.z+matrix[14]*p.w;
  88
  89         return Vector3(eye_x/near_w/-eye_z, eye_y/near_h/-eye_z,
  90                 (clip_far+clip_near)/z_range+2*clip_far*clip_near/(eye_z*z_range));
  91 }
  92
  93 Vector4 Camera::unproject(const Vector4 &p) const
  94 {
  95         float near_h = tan(fov/2)*clip_near;
  96         float near_w = near_h*aspect;
  97         float z_range = clip_far-clip_near;
  98
  99         float z = (2*clip_far*clip_near)/(p.z*z_range-(clip_far+clip_near))-matrix[14]*p.w;
 100         float x = p.x*-z*near_w-matrix[12]*p.w;
 101         float y = p.y*-z*near_h-matrix[13]*p.w;
 102
 103         return Vector4(matrix[0]*x+matrix[1]*y+matrix[2]*z,
 104                 matrix[4]*x+matrix[5]*y+matrix[6]*z,
 105                 matrix[8]*x+matrix[9]*y+matrix[10]*z,
 106                 p.w);
 107 }
 108
 109 void Camera::apply() const
 110 {
 111         float h = tan(fov/2)*2*clip_near;
 112
 113         matrix_mode(PROJECTION);
 114         load_identity();
 115         frustum_centered(h*aspect, h, clip_near, clip_far);
 116
 117         matrix_mode(MODELVIEW);
 118         load_matrix(matrix);
 119 }
 120
 121 void Camera::compute_matrix()
 122 {
 123         float x = look_dir.y*up_dir.z-look_dir.z*up_dir.y;
 124         float y = look_dir.z*up_dir.x-look_dir.x*up_dir.z;
 125         float z = look_dir.x*up_dir.y-look_dir.y*up_dir.x;
 126         float len = sqrt(x*x+y*y+z*z);
 127
 128         matrix[0] = x/len;
 129         matrix[4] = y/len;
 130         matrix[8] = z/len;
 131
 132         matrix[1] = matrix[4]*look_dir.z-matrix[8]*look_dir.y;
 133         matrix[5] = matrix[8]*look_dir.x-matrix[0]*look_dir.z;
 134         matrix[9] = matrix[0]*look_dir.y-matrix[4]*look_dir.x;
 135
 136         matrix[2] = -look_dir.x;
 137         matrix[6] = -look_dir.y;
 138         matrix[10] = -look_dir.z;
 139
 140         matrix[12] = -position.x;
 141         matrix[13] = -position.y;
 142         matrix[14] = -position.z;
 143 }
 144
 145 } // namespace GL
 146 } // namespace Msp