Math Node:
[blender.git] / intern / cycles / util / util_math.h
1 /*
2  * Copyright 2011, Blender Foundation.
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
5  * modify it under the terms of the GNU General Public License
6  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
7  * of the License, or (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
16  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
17  */
18
19 #ifndef __UTIL_MATH_H__
20 #define __UTIL_MATH_H__
21
22 /* Math
23  *
24  * Basic math functions on scalar and vector types. This header is used by
25  * both the kernel code when compiled as C++, and other C++ non-kernel code. */
26
27 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
28
29 #ifdef _MSC_VER
30 #  define _USE_MATH_DEFINES
31 #endif
32
33 #include <float.h>
34 #include <math.h>
35 #include <stdio.h>
36
37 #endif
38
39 #include "util_types.h"
40
41 CCL_NAMESPACE_BEGIN
42
43 /* Float Pi variations */
44
45 /* Division */
46 #ifndef M_PI_F
47 #define M_PI_F          ((float)3.14159265358979323846264338327950288)          /* pi */
48 #endif
49 #ifndef M_PI_2_F
50 #define M_PI_2_F        ((float)1.57079632679489661923132169163975144)          /* pi/2 */
51 #endif
52 #ifndef M_PI_4_F
53 #define M_PI_4_F        ((float)0.785398163397448309615660845819875721)         /* pi/4 */
54 #endif
55 #ifndef M_1_PI_F
56 #define M_1_PI_F        ((float)0.318309886183790671537767526745028724)         /* 1/pi */
57 #endif
58 #ifndef M_2_PI_F
59 #define M_2_PI_F        ((float)0.636619772367581343075535053490057448)         /* 2/pi */
60 #endif
61
62 /* Multiplication */
63 #ifndef M_2PI_F
64 #define M_2PI_F         ((float)6.283185307179586476925286766559005768)         /* 2*pi */
65 #endif
66 #ifndef M_4PI_F
67 #define M_4PI_F         ((float)12.56637061435917295385057353311801153)         /* 4*pi */
68 #endif
69
70 /* Float sqrt variations */
71
72 #ifndef M_SQRT2_F
73 #define M_SQRT2_F       ((float)1.41421356237309504880)                                         /* sqrt(2) */
74 #endif
75
76
77 /* Scalar */
78
79 #ifdef _WIN32
80
81 #ifndef __KERNEL_GPU__
82
83 #if(!defined(FREE_WINDOWS))
84 #define copysignf(x, y) ((float)_copysign(x, y))
85 #define hypotf(x, y) _hypotf(x, y)
86 #define isnan(x) _isnan(x)
87 #define isfinite(x) _finite(x)
88 #endif
89
90 #endif
91
92 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
93
94 __device_inline float fmaxf(float a, float b)
95 {
96         return (a > b)? a: b;
97 }
98
99 __device_inline float fminf(float a, float b)
100 {
101         return (a < b)? a: b;
102 }
103
104 #endif
105
106 #endif
107
108 #ifndef __KERNEL_GPU__
109
110 __device_inline int max(int a, int b)
111 {
112         return (a > b)? a: b;
113 }
114
115 __device_inline int min(int a, int b)
116 {
117         return (a < b)? a: b;
118 }
119
120 __device_inline float max(float a, float b)
121 {
122         return (a > b)? a: b;
123 }
124
125 __device_inline float min(float a, float b)
126 {
127         return (a < b)? a: b;
128 }
129
130 __device_inline double max(double a, double b)
131 {
132         return (a > b)? a: b;
133 }
134
135 __device_inline double min(double a, double b)
136 {
137         return (a < b)? a: b;
138 }
139
140 #endif
141
142 __device_inline float min4(float a, float b, float c, float d)
143 {
144         return min(min(a, b), min(c, d));
145 }
146
147 __device_inline float max4(float a, float b, float c, float d)
148 {
149         return max(max(a, b), max(c, d));
150 }
151
152 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
153
154 __device_inline int clamp(int a, int mn, int mx)
155 {
156         return min(max(a, mn), mx);
157 }
158
159 __device_inline float clamp(float a, float mn, float mx)
160 {
161         return min(max(a, mn), mx);
162 }
163
164 #endif
165
166 __device_inline float signf(float f)
167 {
168         return (f < 0.0f)? -1.0f: 1.0f;
169 }
170
171 __device_inline float nonzerof(float f, float eps)
172 {
173         if(fabsf(f) < eps)
174                 return signf(f)*eps;
175         else
176                 return f;
177 }
178
179 __device_inline float smoothstepf(float f)
180 {
181         float ff = f*f;
182         return (3.0f*ff - 2.0f*ff*f);
183 }
184
185 /* Float2 Vector */
186
187 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
188
189 __device_inline bool is_zero(const float2 a)
190 {
191         return (a.x == 0.0f && a.y == 0.0f);
192 }
193
194 #endif
195
196 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
197
198 __device_inline float average(const float2 a)
199 {
200         return (a.x + a.y)*(1.0f/2.0f);
201 }
202
203 #endif
204
205 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
206
207 __device_inline float2 operator-(const float2 a)
208 {
209         return make_float2(-a.x, -a.y);
210 }
211
212 __device_inline float2 operator*(const float2 a, const float2 b)
213 {
214         return make_float2(a.x*b.x, a.y*b.y);
215 }
216
217 __device_inline float2 operator*(const float2 a, float f)
218 {
219         return make_float2(a.x*f, a.y*f);
220 }
221
222 __device_inline float2 operator*(float f, const float2 a)
223 {
224         return make_float2(a.x*f, a.y*f);
225 }
226
227 __device_inline float2 operator/(float f, const float2 a)
228 {
229         return make_float2(f/a.x, f/a.y);
230 }
231
232 __device_inline float2 operator/(const float2 a, float f)
233 {
234         float invf = 1.0f/f;
235         return make_float2(a.x*invf, a.y*invf);
236 }
237
238 __device_inline float2 operator/(const float2 a, const float2 b)
239 {
240         return make_float2(a.x/b.x, a.y/b.y);
241 }
242
243 __device_inline float2 operator+(const float2 a, const float2 b)
244 {
245         return make_float2(a.x+b.x, a.y+b.y);
246 }
247
248 __device_inline float2 operator-(const float2 a, const float2 b)
249 {
250         return make_float2(a.x-b.x, a.y-b.y);
251 }
252
253 __device_inline float2 operator+=(float2& a, const float2 b)
254 {
255         return a = a + b;
256 }
257
258 __device_inline float2 operator*=(float2& a, const float2 b)
259 {
260         return a = a * b;
261 }
262
263 __device_inline float2 operator*=(float2& a, float f)
264 {
265         return a = a * f;
266 }
267
268 __device_inline float2 operator/=(float2& a, const float2 b)
269 {
270         return a = a / b;
271 }
272
273 __device_inline float2 operator/=(float2& a, float f)
274 {
275         float invf = 1.0f/f;
276         return a = a * invf;
277 }
278
279
280 __device_inline float dot(const float2 a, const float2 b)
281 {
282         return a.x*b.x + a.y*b.y;
283 }
284
285 __device_inline float cross(const float2 a, const float2 b)
286 {
287         return (a.x*b.y - a.y*b.x);
288 }
289
290 #endif
291
292 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
293
294 __device_inline bool operator==(const int2 a, const int2 b)
295 {
296         return (a.x == b.x && a.y == b.y);
297 }
298
299 __device_inline float len(const float2 a)
300 {
301         return sqrtf(dot(a, a));
302 }
303
304 __device_inline float2 normalize(const float2 a)
305 {
306         return a/len(a);
307 }
308
309 __device_inline float2 normalize_len(const float2 a, float *t)
310 {
311         *t = len(a);
312         return a/(*t);
313 }
314
315 __device_inline bool operator==(const float2 a, const float2 b)
316 {
317         return (a.x == b.x && a.y == b.y);
318 }
319
320 __device_inline bool operator!=(const float2 a, const float2 b)
321 {
322         return !(a == b);
323 }
324
325 __device_inline float2 min(float2 a, float2 b)
326 {
327         return make_float2(min(a.x, b.x), min(a.y, b.y));
328 }
329
330 __device_inline float2 max(float2 a, float2 b)
331 {
332         return make_float2(max(a.x, b.x), max(a.y, b.y));
333 }
334
335 __device_inline float2 clamp(float2 a, float2 mn, float2 mx)
336 {
337         return min(max(a, mn), mx);
338 }
339
340 __device_inline float2 fabs(float2 a)
341 {
342         return make_float2(fabsf(a.x), fabsf(a.y));
343 }
344
345 __device_inline float2 as_float2(const float4 a)
346 {
347         return make_float2(a.x, a.y);
348 }
349
350 #endif
351
352 #ifndef __KERNEL_GPU__
353
354 __device_inline void print_float2(const char *label, const float2& a)
355 {
356         printf("%s: %.8f %.8f\n", label, (double)a.x, (double)a.y);
357 }
358
359 #endif
360
361 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
362
363 __device_inline float2 interp(float2 a, float2 b, float t)
364 {
365         return a + t*(b - a);
366 }
367
368 #endif
369
370 /* Float3 Vector */
371
372 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
373
374 __device_inline float3 operator-(const float3 a)
375 {
376         return make_float3(-a.x, -a.y, -a.z);
377 }
378
379 __device_inline float3 operator*(const float3 a, const float3 b)
380 {
381         return make_float3(a.x*b.x, a.y*b.y, a.z*b.z);
382 }
383
384 __device_inline float3 operator*(const float3 a, float f)
385 {
386         return make_float3(a.x*f, a.y*f, a.z*f);
387 }
388
389 __device_inline float3 operator*(float f, const float3 a)
390 {
391         return make_float3(a.x*f, a.y*f, a.z*f);
392 }
393
394 __device_inline float3 operator/(float f, const float3 a)
395 {
396         return make_float3(f/a.x, f/a.y, f/a.z);
397 }
398
399 __device_inline float3 operator/(const float3 a, float f)
400 {
401         float invf = 1.0f/f;
402         return make_float3(a.x*invf, a.y*invf, a.z*invf);
403 }
404
405 __device_inline float3 operator/(const float3 a, const float3 b)
406 {
407         return make_float3(a.x/b.x, a.y/b.y, a.z/b.z);
408 }
409
410 __device_inline float3 operator+(const float3 a, const float3 b)
411 {
412         return make_float3(a.x+b.x, a.y+b.y, a.z+b.z);
413 }
414
415 __device_inline float3 operator-(const float3 a, const float3 b)
416 {
417         return make_float3(a.x-b.x, a.y-b.y, a.z-b.z);
418 }
419
420 __device_inline float3 operator+=(float3& a, const float3 b)
421 {
422         return a = a + b;
423 }
424
425 __device_inline float3 operator*=(float3& a, const float3 b)
426 {
427         return a = a * b;
428 }
429
430 __device_inline float3 operator*=(float3& a, float f)
431 {
432         return a = a * f;
433 }
434
435 __device_inline float3 operator/=(float3& a, const float3 b)
436 {
437         return a = a / b;
438 }
439
440 __device_inline float3 operator/=(float3& a, float f)
441 {
442         float invf = 1.0f/f;
443         return a = a * invf;
444 }
445
446 __device_inline float dot(const float3 a, const float3 b)
447 {
448         return a.x*b.x + a.y*b.y + a.z*b.z;
449 }
450
451 __device_inline float3 cross(const float3 a, const float3 b)
452 {
453         float3 r = make_float3(a.y*b.z - a.z*b.y, a.z*b.x - a.x*b.z, a.x*b.y - a.y*b.x);
454         return r;
455 }
456
457 #endif
458
459 __device_inline float len(const float3 a)
460 {
461         return sqrtf(dot(a, a));
462 }
463
464 __device_inline float len_squared(const float3 a)
465 {
466         return dot(a, a);
467 }
468
469 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
470
471 __device_inline float3 normalize(const float3 a)
472 {
473         return a/len(a);
474 }
475
476 #endif
477
478 __device_inline float3 normalize_len(const float3 a, float *t)
479 {
480         *t = len(a);
481         return a/(*t);
482 }
483
484 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
485
486 __device_inline bool operator==(const float3 a, const float3 b)
487 {
488 #ifdef __KERNEL_SSE__
489         return (_mm_movemask_ps(_mm_cmpeq_ps(a.m128, b.m128)) & 7) == 7;
490 #else
491         return (a.x == b.x && a.y == b.y && a.z == b.z);
492 #endif
493 }
494
495 __device_inline bool operator!=(const float3 a, const float3 b)
496 {
497         return !(a == b);
498 }
499
500 __device_inline float3 min(float3 a, float3 b)
501 {
502 #ifdef __KERNEL_SSE__
503         return _mm_min_ps(a.m128, b.m128);
504 #else
505         return make_float3(min(a.x, b.x), min(a.y, b.y), min(a.z, b.z));
506 #endif
507 }
508
509 __device_inline float3 max(float3 a, float3 b)
510 {
511 #ifdef __KERNEL_SSE__
512         return _mm_max_ps(a.m128, b.m128);
513 #else
514         return make_float3(max(a.x, b.x), max(a.y, b.y), max(a.z, b.z));
515 #endif
516 }
517
518 __device_inline float3 clamp(float3 a, float3 mn, float3 mx)
519 {
520         return min(max(a, mn), mx);
521 }
522
523 __device_inline float3 fabs(float3 a)
524 {
525 #ifdef __KERNEL_SSE__
526         __m128 mask = _mm_castsi128_ps(_mm_set1_epi32(0x7fffffff));
527         return _mm_and_ps(a.m128, mask);
528 #else
529         return make_float3(fabsf(a.x), fabsf(a.y), fabsf(a.z));
530 #endif
531 }
532
533 #endif
534
535 __device_inline float3 float2_to_float3(const float2 a)
536 {
537         return make_float3(a.x, a.y, 0.0f);
538 }
539
540 __device_inline float3 float4_to_float3(const float4 a)
541 {
542         return make_float3(a.x, a.y, a.z);
543 }
544
545 __device_inline float4 float3_to_float4(const float3 a)
546 {
547         return make_float4(a.x, a.y, a.z, 1.0f);
548 }
549
550 #ifndef __KERNEL_GPU__
551
552 __device_inline void print_float3(const char *label, const float3& a)
553 {
554         printf("%s: %.8f %.8f %.8f\n", label, (double)a.x, (double)a.y, (double)a.z);
555 }
556
557 __device_inline float3 rcp(const float3& a)
558 {
559 #ifdef __KERNEL_SSE__
560         float4 r = _mm_rcp_ps(a.m128);
561         return _mm_sub_ps(_mm_add_ps(r, r), _mm_mul_ps(_mm_mul_ps(r, r), a));
562 #else
563         return make_float3(1.0f/a.x, 1.0f/a.y, 1.0f/a.z);
564 #endif
565 }
566
567 #endif
568
569 __device_inline float3 interp(float3 a, float3 b, float t)
570 {
571         return a + t*(b - a);
572 }
573
574 __device_inline bool is_zero(const float3 a)
575 {
576 #ifdef __KERNEL_SSE__
577         return a == make_float3(0.0f);
578 #else
579         return (a.x == 0.0f && a.y == 0.0f && a.z == 0.0f);
580 #endif
581 }
582
583 __device_inline float reduce_add(const float3 a)
584 {
585 #ifdef __KERNEL_SSE__
586         return (a.x + a.y + a.z);
587 #else
588         return (a.x + a.y + a.z);
589 #endif
590 }
591
592 __device_inline float average(const float3 a)
593 {
594         return reduce_add(a)*(1.0f/3.0f);
595 }
596
597 /* Float4 Vector */
598
599 #ifdef __KERNEL_SSE__
600
601 template<size_t index_0, size_t index_1, size_t index_2, size_t index_3> __forceinline const float4 shuffle(const float4& b)
602 {
603         return _mm_castsi128_ps(_mm_shuffle_epi32(_mm_castps_si128(b), _MM_SHUFFLE(index_3, index_2, index_1, index_0)));
604 }
605
606 template<> __forceinline const float4 shuffle<0, 0, 2, 2>(const float4& b)
607 {
608         return _mm_moveldup_ps(b);
609 }
610
611 template<> __forceinline const float4 shuffle<1, 1, 3, 3>(const float4& b)
612 {
613         return _mm_movehdup_ps(b);
614 }
615
616 template<> __forceinline const float4 shuffle<0, 1, 0, 1>(const float4& b)
617 {
618         return _mm_castpd_ps(_mm_movedup_pd(_mm_castps_pd(b)));
619 }
620
621 #endif
622
623 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
624
625 __device_inline float4 operator-(const float4& a)
626 {
627 #ifdef __KERNEL_SSE__
628         __m128 mask = _mm_castsi128_ps(_mm_set1_epi32(0x80000000));
629         return _mm_xor_ps(a.m128, mask);
630 #else
631         return make_float4(-a.x, -a.y, -a.z, -a.w);
632 #endif
633 }
634
635 __device_inline float4 operator*(const float4& a, const float4& b)
636 {
637 #ifdef __KERNEL_SSE__
638         return _mm_mul_ps(a.m128, b.m128);
639 #else
640         return make_float4(a.x*b.x, a.y*b.y, a.z*b.z, a.w*b.w);
641 #endif
642 }
643
644 __device_inline float4 operator*(const float4& a, float f)
645 {
646 #ifdef __KERNEL_SSE__
647         return a * make_float4(f);
648 #else
649         return make_float4(a.x*f, a.y*f, a.z*f, a.w*f);
650 #endif
651 }
652
653 __device_inline float4 operator*(float f, const float4& a)
654 {
655         return a * f;
656 }
657
658 __device_inline float4 rcp(const float4& a)
659 {
660 #ifdef __KERNEL_SSE__
661         float4 r = _mm_rcp_ps(a.m128);
662         return _mm_sub_ps(_mm_add_ps(r, r), _mm_mul_ps(_mm_mul_ps(r, r), a));
663 #else
664         return make_float4(1.0f/a.x, 1.0f/a.y, 1.0f/a.z, 1.0f/a.w);
665 #endif
666 }
667
668 __device_inline float4 operator/(const float4& a, float f)
669 {
670         return a * (1.0f/f);
671 }
672
673 __device_inline float4 operator/(const float4& a, const float4& b)
674 {
675 #ifdef __KERNEL_SSE__
676         return a * rcp(b);
677 #else
678         return make_float4(a.x/b.x, a.y/b.y, a.z/b.z, a.w/b.w);
679 #endif
680
681 }
682
683 __device_inline float4 operator+(const float4& a, const float4& b)
684 {
685 #ifdef __KERNEL_SSE__
686         return _mm_add_ps(a.m128, b.m128);
687 #else
688         return make_float4(a.x+b.x, a.y+b.y, a.z+b.z, a.w+b.w);
689 #endif
690 }
691
692 __device_inline float4 operator-(const float4& a, const float4& b)
693 {
694 #ifdef __KERNEL_SSE__
695         return _mm_sub_ps(a.m128, b.m128);
696 #else
697         return make_float4(a.x-b.x, a.y-b.y, a.z-b.z, a.w-b.w);
698 #endif
699 }
700
701 __device_inline float4 operator+=(float4& a, const float4& b)
702 {
703         return a = a + b;
704 }
705
706 __device_inline float4 operator*=(float4& a, const float4& b)
707 {
708         return a = a * b;
709 }
710
711 __device_inline float4 operator/=(float4& a, float f)
712 {
713         return a = a / f;
714 }
715
716 __device_inline int4 operator<(const float4& a, const float4& b)
717 {
718 #ifdef __KERNEL_SSE__
719         return _mm_cvtps_epi32(_mm_cmplt_ps(a.m128, b.m128)); /* todo: avoid cvt */
720 #else
721         return make_int4(a.x < b.x, a.y < b.y, a.z < b.z, a.w < b.w);
722 #endif
723 }
724
725 __device_inline int4 operator>=(float4 a, float4 b)
726 {
727 #ifdef __KERNEL_SSE__
728         return _mm_cvtps_epi32(_mm_cmpge_ps(a.m128, b.m128)); /* todo: avoid cvt */
729 #else
730         return make_int4(a.x >= b.x, a.y >= b.y, a.z >= b.z, a.w >= b.w);
731 #endif
732 }
733
734 __device_inline int4 operator<=(const float4& a, const float4& b)
735 {
736 #ifdef __KERNEL_SSE__
737         return _mm_cvtps_epi32(_mm_cmple_ps(a.m128, b.m128)); /* todo: avoid cvt */
738 #else
739         return make_int4(a.x <= b.x, a.y <= b.y, a.z <= b.z, a.w <= b.w);
740 #endif
741 }
742
743 __device_inline bool operator==(const float4 a, const float4 b)
744 {
745 #ifdef __KERNEL_SSE__
746         return (_mm_movemask_ps(_mm_cmpeq_ps(a.m128, b.m128)) & 15) == 15;
747 #else
748         return (a.x == b.x && a.y == b.y && a.z == b.z && a.w == b.w);
749 #endif
750 }
751
752 __device_inline float4 cross(const float4& a, const float4& b)
753 {
754 #ifdef __KERNEL_SSE__
755         return (shuffle<1,2,0,0>(a)*shuffle<2,0,1,0>(b)) - (shuffle<2,0,1,0>(a)*shuffle<1,2,0,0>(b));
756 #else
757         return make_float4(a.y*b.z - a.z*b.y, a.z*b.x - a.x*b.z, a.x*b.y - a.y*b.x, 0.0f);
758 #endif
759 }
760
761 __device_inline bool is_zero(const float4& a)
762 {
763 #ifdef __KERNEL_SSE__
764         return a == make_float4(0.0f);
765 #else
766         return (a.x == 0.0f && a.y == 0.0f && a.z == 0.0f && a.w == 0.0f);
767 #endif
768 }
769
770 __device_inline float reduce_add(const float4& a)
771 {
772 #ifdef __KERNEL_SSE__
773         float4 h = shuffle<1,0,3,2>(a) + a;
774         return _mm_cvtss_f32(shuffle<2,3,0,1>(h) + h); /* todo: efficiency? */
775 #else
776         return ((a.x + a.y) + (a.z + a.w));
777 #endif
778 }
779
780 __device_inline float average(const float4& a)
781 {
782         return reduce_add(a) * 0.25f;
783 }
784
785 __device_inline float dot(const float4& a, const float4& b)
786 {
787         return reduce_add(a * b);
788 }
789
790 __device_inline float len(const float4 a)
791 {
792         return sqrtf(dot(a, a));
793 }
794
795 __device_inline float4 normalize(const float4 a)
796 {
797         return a/len(a);
798 }
799
800 __device_inline float4 min(float4 a, float4 b)
801 {
802 #ifdef __KERNEL_SSE__
803         return _mm_min_ps(a.m128, b.m128);
804 #else
805         return make_float4(min(a.x, b.x), min(a.y, b.y), min(a.z, b.z), min(a.w, b.w));
806 #endif
807 }
808
809 __device_inline float4 max(float4 a, float4 b)
810 {
811 #ifdef __KERNEL_SSE__
812         return _mm_max_ps(a.m128, b.m128);
813 #else
814         return make_float4(max(a.x, b.x), max(a.y, b.y), max(a.z, b.z), max(a.w, b.w));
815 #endif
816 }
817
818 #endif
819
820 #ifndef __KERNEL_GPU__
821
822 __device_inline float4 select(const int4& mask, const float4& a, const float4& b)
823 {
824 #ifdef __KERNEL_SSE__
825         /* blendv is sse4, and apparently broken on vs2008 */
826         return _mm_or_ps(_mm_and_ps(_mm_cvtepi32_ps(mask), a), _mm_andnot_ps(_mm_cvtepi32_ps(mask), b)); /* todo: avoid cvt */
827 #else
828         return make_float4((mask.x)? a.x: b.x, (mask.y)? a.y: b.y, (mask.z)? a.z: b.z, (mask.w)? a.w: b.w);
829 #endif
830 }
831
832 __device_inline float4 reduce_min(const float4& a)
833 {
834 #ifdef __KERNEL_SSE__
835         float4 h = min(shuffle<1,0,3,2>(a), a);
836         return min(shuffle<2,3,0,1>(h), h);
837 #else
838         return make_float4(min(min(a.x, a.y), min(a.z, a.w)));
839 #endif
840 }
841
842 __device_inline float4 reduce_max(const float4& a)
843 {
844 #ifdef __KERNEL_SSE__
845         float4 h = max(shuffle<1,0,3,2>(a), a);
846         return max(shuffle<2,3,0,1>(h), h);
847 #else
848         return make_float4(max(max(a.x, a.y), max(a.z, a.w)));
849 #endif
850 }
851
852 #if 0
853 __device_inline float4 reduce_add(const float4& a)
854 {
855 #ifdef __KERNEL_SSE__
856         float4 h = shuffle<1,0,3,2>(a) + a;
857         return shuffle<2,3,0,1>(h) + h;
858 #else
859         return make_float4((a.x + a.y) + (a.z + a.w));
860 #endif
861 }
862 #endif
863
864 __device_inline void print_float4(const char *label, const float4& a)
865 {
866         printf("%s: %.8f %.8f %.8f %.8f\n", label, (double)a.x, (double)a.y, (double)a.z, (double)a.w);
867 }
868
869 #endif
870
871 /* Int3 */
872
873 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
874
875 __device_inline int3 min(int3 a, int3 b)
876 {
877 #ifdef __KERNEL_SSE__
878         return _mm_min_epi32(a.m128, b.m128);
879 #else
880         return make_int3(min(a.x, b.x), min(a.y, b.y), min(a.z, b.z));
881 #endif
882 }
883
884 __device_inline int3 max(int3 a, int3 b)
885 {
886 #ifdef __KERNEL_SSE__
887         return _mm_max_epi32(a.m128, b.m128);
888 #else
889         return make_int3(max(a.x, b.x), max(a.y, b.y), max(a.z, b.z));
890 #endif
891 }
892
893 __device_inline int3 clamp(const int3& a, int mn, int mx)
894 {
895 #ifdef __KERNEL_SSE__
896         return min(max(a, make_int3(mn)), make_int3(mx));
897 #else
898         return make_int3(clamp(a.x, mn, mx), clamp(a.y, mn, mx), clamp(a.z, mn, mx));
899 #endif
900 }
901
902 __device_inline int3 clamp(const int3& a, int3& mn, int mx)
903 {
904 #ifdef __KERNEL_SSE__
905         return min(max(a, mn), make_int3(mx));
906 #else
907         return make_int3(clamp(a.x, mn.x, mx), clamp(a.y, mn.y, mx), clamp(a.z, mn.z, mx));
908 #endif
909 }
910
911 #endif
912
913 #ifndef __KERNEL_GPU__
914
915 __device_inline void print_int3(const char *label, const int3& a)
916 {
917         printf("%s: %d %d %d\n", label, a.x, a.y, a.z);
918 }
919
920 #endif
921
922 /* Int4 */
923
924 #ifndef __KERNEL_GPU__
925
926 __device_inline int4 operator+(const int4& a, const int4& b)
927 {
928 #ifdef __KERNEL_SSE__
929         return _mm_add_epi32(a.m128, b.m128);
930 #else
931         return make_int4(a.x+b.x, a.y+b.y, a.z+b.z, a.w+b.w);
932 #endif
933 }
934
935 __device_inline int4 operator+=(int4& a, const int4& b)
936 {
937         return a = a + b;
938 }
939
940 __device_inline int4 operator>>(const int4& a, int i)
941 {
942 #ifdef __KERNEL_SSE__
943         return _mm_srai_epi32(a.m128, i);
944 #else
945         return make_int4(a.x >> i, a.y >> i, a.z >> i, a.w >> i);
946 #endif
947 }
948
949 __device_inline int4 min(int4 a, int4 b)
950 {
951 #ifdef __KERNEL_SSE__
952         return _mm_min_epi32(a.m128, b.m128);
953 #else
954         return make_int4(min(a.x, b.x), min(a.y, b.y), min(a.z, b.z), min(a.w, b.w));
955 #endif
956 }
957
958 __device_inline int4 max(int4 a, int4 b)
959 {
960 #ifdef __KERNEL_SSE__
961         return _mm_max_epi32(a.m128, b.m128);
962 #else
963         return make_int4(max(a.x, b.x), max(a.y, b.y), max(a.z, b.z), max(a.w, b.w));
964 #endif
965 }
966
967 __device_inline int4 clamp(const int4& a, const int4& mn, const int4& mx)
968 {
969         return min(max(a, mn), mx);
970 }
971
972 __device_inline int4 select(const int4& mask, const int4& a, const int4& b)
973 {
974 #ifdef __KERNEL_SSE__
975         __m128 m = _mm_cvtepi32_ps(mask);
976         return _mm_castps_si128(_mm_or_ps(_mm_and_ps(m, _mm_castsi128_ps(a)), _mm_andnot_ps(m, _mm_castsi128_ps(b)))); /* todo: avoid cvt */
977 #else
978         return make_int4((mask.x)? a.x: b.x, (mask.y)? a.y: b.y, (mask.z)? a.z: b.z, (mask.w)? a.w: b.w);
979 #endif
980 }
981
982 __device_inline void print_int4(const char *label, const int4& a)
983 {
984         printf("%s: %d %d %d %d\n", label, a.x, a.y, a.z, a.w);
985 }
986
987 #endif
988
989 /* Int/Float conversion */
990
991 #ifndef __KERNEL_OPENCL__
992
993 __device_inline unsigned int as_int(uint i)
994 {
995         union { unsigned int ui; int i; } u;
996         u.ui = i;
997         return u.i;
998 }
999
1000 __device_inline unsigned int as_uint(int i)
1001 {
1002         union { unsigned int ui; int i; } u;
1003         u.i = i;
1004         return u.ui;
1005 }
1006
1007 __device_inline unsigned int as_uint(float f)
1008 {
1009         union { unsigned int i; float f; } u;
1010         u.f = f;
1011         return u.i;
1012 }
1013
1014 __device_inline int __float_as_int(float f)
1015 {
1016         union { int i; float f; } u;
1017         u.f = f;
1018         return u.i;
1019 }
1020
1021 __device_inline float __int_as_float(int i)
1022 {
1023         union { int i; float f; } u;
1024         u.i = i;
1025         return u.f;
1026 }
1027
1028 __device_inline uint __float_as_uint(float f)
1029 {
1030         union { uint i; float f; } u;
1031         u.f = f;
1032         return u.i;
1033 }
1034
1035 __device_inline float __uint_as_float(uint i)
1036 {
1037         union { uint i; float f; } u;
1038         u.i = i;
1039         return u.f;
1040 }
1041
1042 /* Interpolation */
1043
1044 template<class A, class B> A lerp(const A& a, const A& b, const B& t)
1045 {
1046         return (A)(a * ((B)1 - t) + b * t);
1047 }
1048
1049 /* Triangle */
1050
1051 __device_inline float triangle_area(const float3 v1, const float3 v2, const float3 v3)
1052 {
1053         return len(cross(v3 - v2, v1 - v2))*0.5f;
1054 }
1055
1056 #endif
1057
1058 /* Orthonormal vectors */
1059
1060 __device_inline void make_orthonormals(const float3 N, float3 *a, float3 *b)
1061 {
1062         if(N.x != N.y || N.x != N.z)
1063                 *a = make_float3(N.z-N.y, N.x-N.z, N.y-N.x);  //(1,1,1)x N
1064         else
1065                 *a = make_float3(N.z-N.y, N.x+N.z, -N.y-N.x);  //(-1,1,1)x N
1066
1067         *a = normalize(*a);
1068         *b = cross(N, *a);
1069 }
1070
1071 /* Color division */
1072
1073 __device_inline float3 safe_divide_color(float3 a, float3 b)
1074 {
1075         float x, y, z;
1076
1077         x = (b.x != 0.0f)? a.x/b.x: 0.0f;
1078         y = (b.y != 0.0f)? a.y/b.y: 0.0f;
1079         z = (b.z != 0.0f)? a.z/b.z: 0.0f;
1080
1081         return make_float3(x, y, z);
1082 }
1083
1084 /* Rotation of point around axis and angle */
1085
1086 __device_inline float3 rotate_around_axis(float3 p, float3 axis, float angle)
1087 {
1088         float costheta = cosf(angle);
1089         float sintheta = sinf(angle);
1090         float3 r;
1091
1092         r.x = ((costheta + (1 - costheta) * axis.x * axis.x) * p.x) +
1093                 (((1 - costheta) * axis.x * axis.y - axis.z * sintheta) * p.y) +
1094                 (((1 - costheta) * axis.x * axis.z + axis.y * sintheta) * p.z);
1095
1096         r.y = (((1 - costheta) * axis.x * axis.y + axis.z * sintheta) * p.x) +
1097                 ((costheta + (1 - costheta) * axis.y * axis.y) * p.y) +
1098                 (((1 - costheta) * axis.y * axis.z - axis.x * sintheta) * p.z);
1099
1100         r.z = (((1 - costheta) * axis.x * axis.z - axis.y * sintheta) * p.x) +
1101                 (((1 - costheta) * axis.y * axis.z + axis.x * sintheta) * p.y) +
1102                 ((costheta + (1 - costheta) * axis.z * axis.z) * p.z);
1103
1104         return r;
1105 }
1106
1107 /* NaN-safe math ops */
1108
1109 __device float safe_asinf(float a)
1110 {
1111         if(a <= -1.0f)
1112                 return -M_PI_2_F;
1113         else if(a >= 1.0f)
1114                 return M_PI_2_F;
1115
1116         return asinf(a);
1117 }
1118
1119 __device float safe_acosf(float a)
1120 {
1121         if(a <= -1.0f)
1122                 return M_PI_F;
1123         else if(a >= 1.0f)
1124                 return 0.0f;
1125
1126         return acosf(a);
1127 }
1128
1129 __device float compatible_powf(float x, float y)
1130 {
1131         /* GPU pow doesn't accept negative x, do manual checks here */
1132         if(x < 0.0f) {
1133                 if(fmodf(-y, 2.0f) == 0.0f)
1134                         return powf(-x, y);
1135                 else
1136                         return -powf(-x, y);
1137         }
1138         else if(x == 0.0f)
1139                 return 0.0f;
1140
1141         return powf(x, y);
1142 }
1143
1144 __device float safe_powf(float a, float b)
1145 {
1146         if(b == 0.0f)
1147                 return 1.0f;
1148         if(a == 0.0f)
1149                 return 0.0f;
1150         if(a < 0.0f && b != (int)b)
1151                 return 0.0f;
1152         
1153         return compatible_powf(a, b);
1154 }
1155
1156 __device float safe_logf(float a, float b)
1157 {
1158         if(a < 0.0f || b < 0.0f)
1159                 return 0.0f;
1160
1161         return logf(a)/logf(b);
1162 }
1163
1164 __device float safe_divide(float a, float b)
1165 {
1166         return (b != 0.0f)? a/b: 0.0f;
1167 }
1168
1169 __device float safe_modulo(float a, float b)
1170 {
1171         return (b != 0.0f)? fmodf(a, b): 0.0f;
1172 }
1173
1174 /* Ray Intersection */
1175
1176 __device bool ray_sphere_intersect(
1177         float3 ray_P, float3 ray_D, float ray_t,
1178         float3 sphere_P, float sphere_radius,
1179         float3 *isect_P, float *isect_t)
1180 {
1181         float3 d = sphere_P - ray_P;
1182         float radiussq = sphere_radius*sphere_radius;
1183         float tsq = dot(d, d);
1184
1185         if(tsq > radiussq) { /* ray origin outside sphere */
1186                 float tp = dot(d, ray_D);
1187
1188                 if(tp < 0.0f) /* dir points away from sphere */
1189                         return false;
1190
1191                 float dsq = tsq - tp*tp; /* pythagoras */
1192
1193                 if(dsq > radiussq) /* closest point on ray outside sphere */
1194                         return false;
1195
1196                 float t = tp - sqrtf(radiussq - dsq); /* pythagoras */
1197
1198                 if(t < ray_t) {
1199                         *isect_t = t;
1200                         *isect_P = ray_P + ray_D*t;
1201                         return true;
1202                 }
1203         }
1204
1205         return false;
1206 }
1207
1208 __device bool ray_aligned_disk_intersect(
1209         float3 ray_P, float3 ray_D, float ray_t,
1210         float3 disk_P, float disk_radius,
1211         float3 *isect_P, float *isect_t)
1212 {
1213         /* aligned disk normal */
1214         float disk_t;
1215         float3 disk_N = normalize_len(ray_P - disk_P, &disk_t);
1216         float div = dot(ray_D, disk_N);
1217
1218         if(div == 0.0f)
1219                 return false;
1220
1221         /* compute t to intersection point */
1222         float t = -disk_t/div;
1223         if(t < 0.0f || t > ray_t)
1224                 return false;
1225         
1226         /* test if within radius */
1227         float3 P = ray_P + ray_D*t;
1228         if(len_squared(P - disk_P) > disk_radius*disk_radius)
1229                 return false;
1230
1231         *isect_P = P;
1232         *isect_t = t;
1233
1234         return true;
1235 }
1236
1237 __device bool ray_triangle_intersect(
1238         float3 ray_P, float3 ray_D, float ray_t,
1239         float3 v0, float3 v1, float3 v2,
1240         float3 *isect_P, float *isect_t)
1241 {
1242         /* Calculate intersection */
1243         float3 e1 = v1 - v0;
1244         float3 e2 = v2 - v0;
1245         float3 s1 = cross(ray_D, e2);
1246
1247         const float divisor = dot(s1, e1);
1248         if(divisor == 0.0f)
1249                 return false;
1250
1251         const float invdivisor = 1.0f/divisor;
1252
1253         /* compute first barycentric coordinate */
1254         const float3 d = ray_P - v0;
1255         const float u = dot(d, s1)*invdivisor;
1256         if(u < 0.0f)
1257                 return false;
1258
1259         /* Compute second barycentric coordinate */
1260         const float3 s2 = cross(d, e1);
1261         const float v = dot(ray_D, s2)*invdivisor;
1262         if(v < 0.0f)
1263                 return false;
1264
1265         const float b0 = 1.0f - u - v;
1266         if(b0 < 0.0f)
1267                 return false;
1268
1269         /* compute t to intersection point */
1270         const float t = dot(e2, s2)*invdivisor;
1271         if(t < 0.0f || t > ray_t)
1272                 return false;
1273
1274         *isect_t = t;
1275         *isect_P = ray_P + ray_D*t;
1276
1277         return true;
1278 }
1279
1280 __device bool ray_quad_intersect(
1281         float3 ray_P, float3 ray_D, float ray_t,
1282         float3 quad_P, float3 quad_u, float3 quad_v,
1283         float3 *isect_P, float *isect_t)
1284 {
1285         float3 v0 = quad_P - quad_u*0.5f - quad_v*0.5f;
1286         float3 v1 = quad_P + quad_u*0.5f - quad_v*0.5f;
1287         float3 v2 = quad_P + quad_u*0.5f + quad_v*0.5f;
1288         float3 v3 = quad_P - quad_u*0.5f + quad_v*0.5f;
1289
1290         if(ray_triangle_intersect(ray_P, ray_D, ray_t, v0, v1, v2, isect_P, isect_t))
1291                 return true;
1292         else if(ray_triangle_intersect(ray_P, ray_D, ray_t, v0, v2, v3, isect_P, isect_t))
1293                 return true;
1294         
1295         return false;
1296 }
1297
1298 CCL_NAMESPACE_END
1299
1300 #endif /* __UTIL_MATH_H__ */
1301