Merge branch 'blender2.7'
[blender.git] / source / blender / blenlib / BLI_math_rotation.h
1 /*
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11  *
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13  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
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15  *
16  * The Original Code is Copyright (C) 2001-2002 by NaN Holding BV.
17  * All rights reserved.
18  *
19  * The Original Code is: some of this file.
20  *
21  * */
22
23 #ifndef __BLI_MATH_ROTATION_H__
24 #define __BLI_MATH_ROTATION_H__
25
26 /** \file \ingroup bli
27  */
28
29 #ifdef __cplusplus
30 extern "C" {
31 #endif
32
33 #define RAD2DEG(_rad) ((_rad) * (180.0 / M_PI))
34 #define DEG2RAD(_deg) ((_deg) * (M_PI / 180.0))
35
36
37 #define RAD2DEGF(_rad) ((_rad) * (float)(180.0 / M_PI))
38 #define DEG2RADF(_deg) ((_deg) * (float)(M_PI / 180.0))
39
40 /******************************** Quaternions ********************************/
41 /* stored in (w, x, y, z) order                                              */
42
43 /* init */
44 void unit_axis_angle(float axis[3], float *angle);
45 void unit_qt(float q[4]);
46 void copy_qt_qt(float q[4], const float a[4]);
47
48 /* arithmetic */
49 void mul_qt_qtqt(float q[4], const float a[4], const float b[4]);
50 void mul_qt_v3(const float q[4], float r[3]);
51 void mul_qt_fl(float q[4], const float f);
52
53 void pow_qt_fl_normalized(float q[4], const float f);
54
55 void sub_qt_qtqt(float q[4], const float a[4], const float b[4]);
56
57 void invert_qt(float q[4]);
58 void invert_qt_qt(float q1[4], const float q2[4]);
59 void invert_qt_normalized(float q[4]);
60 void invert_qt_qt_normalized(float q1[4], const float q2[4]);
61 void conjugate_qt(float q[4]);
62 void conjugate_qt_qt(float q1[4], const float q2[4]);
63 float dot_qtqt(const float a[4], const float b[4]);
64 float normalize_qt(float q[4]);
65 float normalize_qt_qt(float q1[4], const float q2[4]);
66
67 /* comparison */
68 bool is_zero_qt(const float q[4]);
69
70 /* interpolation */
71 void interp_dot_slerp(const float t, const float cosom, float w[2]);
72 void interp_qt_qtqt(float q[4], const float a[4], const float b[4], const float t);
73 void add_qt_qtqt(float q[4], const float a[4], const float b[4], const float t);
74
75 /* conversion */
76 void quat_to_mat3(float mat[3][3], const float q[4]);
77 void quat_to_mat4(float mat[4][4], const float q[4]);
78
79 void mat3_normalized_to_quat(float q[4], float mat[3][3]);
80 void mat4_normalized_to_quat(float q[4], float mat[4][4]);
81 void mat3_to_quat(float q[4], float mat[3][3]);
82 void mat4_to_quat(float q[4], float mat[4][4]);
83 void tri_to_quat_ex(float quat[4], const float v1[3], const float v2[3], const float v3[3],
84                     const float no_orig[3]);
85 float tri_to_quat(float q[4], const float a[3], const float b[3], const float c[3]);
86 void  vec_to_quat(float q[4], const float vec[3], short axis, const short upflag);
87 /* note: v1 and v2 must be normalized */
88 void rotation_between_vecs_to_mat3(float m[3][3], const float v1[3], const float v2[3]);
89 void rotation_between_vecs_to_quat(float q[4], const float v1[3], const float v2[3]);
90 void rotation_between_quats_to_quat(float q[4], const float q1[4], const float q2[4]);
91
92 float angle_normalized_qt(const float q[4]);
93 float angle_normalized_qtqt(const float q1[4], const float q2[4]);
94 float angle_qt(const float q[4]);
95 float angle_qtqt(const float q1[4], const float q2[4]);
96
97 float angle_signed_normalized_qt(const float q[4]);
98 float angle_signed_normalized_qtqt(const float q1[4], const float q2[4]);
99 float angle_signed_qt(const float q[4]);
100 float angle_signed_qtqt(const float q1[4], const float q2[4]);
101
102 /* TODO: don't what this is, but it's not the same as mat3_to_quat */
103 void mat3_to_quat_is_ok(float q[4], float mat[3][3]);
104
105 /* other */
106 void print_qt(const char *str, const float q[4]);
107
108 #define print_qt_id(q) print_qt(STRINGIFY(q), q)
109
110 /******************************** Axis Angle *********************************/
111
112 /* conversion */
113 void axis_angle_normalized_to_quat(float r[4], const float axis[3], const float angle);
114 void axis_angle_to_quat(float r[4], const float axis[3], const float angle);
115 void axis_angle_to_mat3(float R[3][3], const float axis[3], const float angle);
116 void axis_angle_normalized_to_mat3_ex(float mat[3][3], const float axis[3],
117                                       const float angle_sin, const float angle_cos);
118 void axis_angle_normalized_to_mat3(float R[3][3], const float axis[3], const float angle);
119 void axis_angle_to_mat4(float R[4][4], const float axis[3], const float angle);
120
121 void mat3_normalized_to_axis_angle(float axis[3], float *angle, float M[3][3]);
122 void mat4_normalized_to_axis_angle(float axis[3], float *angle, float M[4][4]);
123 void mat3_to_axis_angle(float axis[3], float *angle, float M[3][3]);
124 void mat4_to_axis_angle(float axis[3], float *angle, float M[4][4]);
125 void quat_to_axis_angle(float axis[3], float *angle, const float q[4]);
126
127 void      angle_to_mat2(float R[2][2], const float angle);
128 void axis_angle_to_mat3_single(float R[3][3], const char axis, const float angle);
129 void axis_angle_to_mat4_single(float R[4][4], const char axis, const float angle);
130
131 void axis_angle_to_quat_single(float q[4], const char axis, const float angle);
132
133 /****************************** Exponential Map ******************************/
134 void quat_to_expmap(float expmap[3], const float q[4]);
135 void quat_normalized_to_expmap(float expmap[3], const float q[4]);
136 void expmap_to_quat(float r[4], const float expmap[3]);
137
138 /******************************** XYZ Eulers *********************************/
139
140 void eul_to_quat(float quat[4], const float eul[3]);
141 void eul_to_mat3(float mat[3][3], const float eul[3]);
142 void eul_to_mat4(float mat[4][4], const float eul[3]);
143
144 void mat3_normalized_to_eul(float eul[3], float mat[3][3]);
145 void mat4_normalized_to_eul(float eul[3], float mat[4][4]);
146 void mat3_to_eul(float eul[3], float mat[3][3]);
147 void mat4_to_eul(float eul[3], float mat[4][4]);
148 void quat_to_eul(float eul[3], const float quat[4]);
149
150 void mat3_normalized_to_compatible_eul(float eul[3], const float old[3], float mat[3][3]);
151 void mat3_to_compatible_eul(float eul[3], const float old[3], float mat[3][3]);
152 void quat_to_compatible_eul(float eul[3], const float oldrot[3], const float quat[4]);
153 void compatible_eul(float eul[3], const float old[3]);
154
155 void rotate_eul(float eul[3], const char axis, const float angle);
156
157 /************************** Arbitrary Order Eulers ***************************/
158
159 /* warning: must match the eRotationModes in DNA_action_types.h
160  * order matters - types are saved to file. */
161
162 typedef enum eEulerRotationOrders {
163         EULER_ORDER_DEFAULT = 1, /* blender classic = XYZ */
164         EULER_ORDER_XYZ = 1,
165         EULER_ORDER_XZY,
166         EULER_ORDER_YXZ,
167         EULER_ORDER_YZX,
168         EULER_ORDER_ZXY,
169         EULER_ORDER_ZYX
170         /* there are 6 more entries with dulpicate entries included */
171 } eEulerRotationOrders;
172
173 void eulO_to_quat(float quat[4], const float eul[3], const short order);
174 void eulO_to_mat3(float mat[3][3], const float eul[3], const short order);
175 void eulO_to_mat4(float mat[4][4], const float eul[3], const short order);
176 void eulO_to_axis_angle(float axis[3], float *angle, const float eul[3], const short order);
177 void eulO_to_gimbal_axis(float gmat[3][3], const float eul[3], const short order);
178
179 void mat3_normalized_to_eulO(float eul[3], const short order, float mat[3][3]);
180 void mat4_normalized_to_eulO(float eul[3], const short order, float mat[4][4]);
181 void mat3_to_eulO(float eul[3], const short order, float mat[3][3]);
182 void mat4_to_eulO(float eul[3], const short order, float mat[4][4]);
183 void quat_to_eulO(float eul[3], const short order, const float quat[4]);
184 void axis_angle_to_eulO(float eul[3], const short order, const float axis[3], const float angle);
185
186 void mat3_normalized_to_compatible_eulO(float eul[3], float old[3], const short order, float mat[3][3]);
187 void mat4_normalized_to_compatible_eulO(float eul[3], float old[3], const short order, float mat[4][4]);
188 void mat3_to_compatible_eulO(float eul[3], float old[3], const short order, float mat[3][3]);
189 void mat4_to_compatible_eulO(float eul[3], float old[3], const short order, float mat[4][4]);
190 void quat_to_compatible_eulO(float eul[3], float old[3], const short order, const float quat[4]);
191
192 void rotate_eulO(float eul[3], const short order, char axis, float angle);
193
194 /******************************* Dual Quaternions ****************************/
195
196 typedef struct DualQuat {
197         float quat[4];
198         float trans[4];
199
200         float scale[4][4];
201         float scale_weight;
202 } DualQuat;
203
204 void copy_dq_dq(DualQuat *r, const DualQuat *dq);
205 void normalize_dq(DualQuat *dq, float totw);
206 void add_weighted_dq_dq(DualQuat *r, const DualQuat *dq, float weight);
207 void mul_v3m3_dq(float r[3], float R[3][3], DualQuat *dq);
208
209 void mat4_to_dquat(DualQuat *r, float base[4][4], float M[4][4]);
210 void dquat_to_mat4(float R[4][4], const DualQuat *dq);
211
212 void quat_apply_track(float quat[4], short axis, short upflag);
213 void vec_apply_track(float vec[3], short axis);
214
215 float focallength_to_fov(float focal_length, float sensor);
216 float fov_to_focallength(float fov, float sensor);
217
218 float angle_wrap_rad(float angle);
219 float angle_wrap_deg(float angle);
220
221 float angle_compat_rad(float angle, float angle_compat);
222
223 bool mat3_from_axis_conversion(
224         int src_forward, int src_up, int dst_forward, int dst_up,
225         float r_mat[3][3]);
226 bool mat3_from_axis_conversion_single(
227         int src_axis, int dst_axis,
228         float r_mat[3][3]);
229
230 #ifdef __cplusplus
231 }
232 #endif
233
234 #endif /* __BLI_MATH_ROTATION_H__ */