home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ OpenGL Superbible (2nd Edition) / OpenGL SuperBible e2.iso / tools / GLUT-3.7 / PROGS / EXAMPLES / trackball.c < prev    next >
Encoding:
C/C++ Source or Header  |  1998-08-12  |  8.6 KB  |  338 lines
  1. #include <stdio.h>
  2. /*
  3.  * (c) Copyright 1993, 1994, Silicon Graphics, Inc.
  4.  * ALL RIGHTS RESERVED
  5.  * Permission to use, copy, modify, and distribute this software for
  6.  * any purpose and without fee is hereby granted, provided that the above
  7.  * copyright notice appear in all copies and that both the copyright notice
  8.  * and this permission notice appear in supporting documentation, and that
  9.  * the name of Silicon Graphics, Inc. not be used in advertising
  10.  * or publicity pertaining to distribution of the software without specific,
  11.  * written prior permission.
  12.  *
  13.  * THE MATERIAL EMBODIED ON THIS SOFTWARE IS PROVIDED TO YOU "AS-IS"
  14.  * AND WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS, IMPLIED OR OTHERWISE,
  15.  * INCLUDING WITHOUT LIMITATION, ANY WARRANTY OF MERCHANTABILITY OR
  16.  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  IN NO EVENT SHALL SILICON
  17.  * GRAPHICS, INC.  BE LIABLE TO YOU OR ANYONE ELSE FOR ANY DIRECT,
  18.  * SPECIAL, INCIDENTAL, INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OF ANY
  19.  * KIND, OR ANY DAMAGES WHATSOEVER, INCLUDING WITHOUT LIMITATION,
  20.  * LOSS OF PROFIT, LOSS OF USE, SAVINGS OR REVENUE, OR THE CLAIMS OF
  21.  * THIRD PARTIES, WHETHER OR NOT SILICON GRAPHICS, INC.  HAS BEEN
  22.  * ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH LOSS, HOWEVER CAUSED AND ON
  23.  * ANY THEORY OF LIABILITY, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE
  24.  * POSSESSION, USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
  25.  *
  26.  * US Government Users Restricted Rights
  27.  * Use, duplication, or disclosure by the Government is subject to
  28.  * restrictions set forth in FAR 52.227.19(c)(2) or subparagraph
  29.  * (c)(1)(ii) of the Rights in Technical Data and Computer Software
  30.  * clause at DFARS 252.227-7013 and/or in similar or successor
  31.  * clauses in the FAR or the DOD or NASA FAR Supplement.
  32.  * Unpublished-- rights reserved under the copyright laws of the
  33.  * United States.  Contractor/manufacturer is Silicon Graphics,
  34.  * Inc., 2011 N.  Shoreline Blvd., Mountain View, CA 94039-7311.
  35.  *
  36.  * OpenGL(TM) is a trademark of Silicon Graphics, Inc.
  37.  */
  38. /*
  39.  * Trackball code:
  40.  *
  41.  * Implementation of a virtual trackball.
  42.  * Implemented by Gavin Bell, lots of ideas from Thant Tessman and
  43.  *   the August '88 issue of Siggraph's "Computer Graphics," pp. 121-129.
  44.  *
  45.  * Vector manip code:
  46.  *
  47.  * Original code from:
  48.  * David M. Ciemiewicz, Mark Grossman, Henry Moreton, and Paul Haeberli
  49.  *
  50.  * Much mucking with by:
  51.  * Gavin Bell
  52.  */
  53. #if defined(_WIN32)
  54. #pragma warning (disable:4244)          /* disable bogus conversion warnings */
  55. #endif
  56. #include <math.h>
  57. #include "trackball.h"
  58.  
  59. /*
  60.  * This size should really be based on the distance from the center of
  61.  * rotation to the point on the object underneath the mouse.  That
  62.  * point would then track the mouse as closely as possible.  This is a
  63.  * simple example, though, so that is left as an Exercise for the
  64.  * Programmer.
  65.  */
  66. #define TRACKBALLSIZE  (0.8f)
  67.  
  68. /*
  69.  * Local function prototypes (not defined in trackball.h)
  70.  */
  71. static float tb_project_to_sphere(float, float, float);
  72. static void normalize_quat(float [4]);
  73.  
  74. void
  75. vzero(float *v)
  76. {
  77.     v[0] = 0.0;
  78.     v[1] = 0.0;
  79.     v[2] = 0.0;
  80. }
  81.  
  82. void
  83. vset(float *v, float x, float y, float z)
  84. {
  85.     v[0] = x;
  86.     v[1] = y;
  87.     v[2] = z;
  88. }
  89.  
  90. void
  91. vsub(const float *src1, const float *src2, float *dst)
  92. {
  93.     dst[0] = src1[0] - src2[0];
  94.     dst[1] = src1[1] - src2[1];
  95.     dst[2] = src1[2] - src2[2];
  96. }
  97.  
  98. void
  99. vcopy(const float *v1, float *v2)
  100. {
  101.     register int i;
  102.     for (i = 0 ; i < 3 ; i++)
  103.         v2[i] = v1[i];
  104. }
  105.  
  106. void
  107. vcross(const float *v1, const float *v2, float *cross)
  108. {
  109.     float temp[3];
  110.  
  111.     temp[0] = (v1[1] * v2[2]) - (v1[2] * v2[1]);
  112.     temp[1] = (v1[2] * v2[0]) - (v1[0] * v2[2]);
  113.     temp[2] = (v1[0] * v2[1]) - (v1[1] * v2[0]);
  114.     vcopy(temp, cross);
  115. }
  116.  
  117. float
  118. vlength(const float *v)
  119. {
  120.     return sqrt(v[0] * v[0] + v[1] * v[1] + v[2] * v[2]);
  121. }
  122.  
  123. void
  124. vscale(float *v, float div)
  125. {
  126.     v[0] *= div;
  127.     v[1] *= div;
  128.     v[2] *= div;
  129. }
  130.  
  131. void
  132. vnormal(float *v)
  133. {
  134.     vscale(v,1.0/vlength(v));
  135. }
  136.  
  137. float
  138. vdot(const float *v1, const float *v2)
  139. {
  140.     return v1[0]*v2[0] + v1[1]*v2[1] + v1[2]*v2[2];
  141. }
  142.  
  143. void
  144. vadd(const float *src1, const float *src2, float *dst)
  145. {
  146.     dst[0] = src1[0] + src2[0];
  147.     dst[1] = src1[1] + src2[1];
  148.     dst[2] = src1[2] + src2[2];
  149. }
  150.  
  151. /*
  152.  * Ok, simulate a track-ball.  Project the points onto the virtual
  153.  * trackball, then figure out the axis of rotation, which is the cross
  154.  * product of P1 P2 and O P1 (O is the center of the ball, 0,0,0)
  155.  * Note:  This is a deformed trackball-- is a trackball in the center,
  156.  * but is deformed into a hyperbolic sheet of rotation away from the
  157.  * center.  This particular function was chosen after trying out
  158.  * several variations.
  159.  *
  160.  * It is assumed that the arguments to this routine are in the range
  161.  * (-1.0 ... 1.0)
  162.  */
  163. void
  164. trackball(float q[4], float p1x, float p1y, float p2x, float p2y)
  165. {
  166.     float a[3]; /* Axis of rotation */
  167.     float phi;  /* how much to rotate about axis */
  168.     float p1[3], p2[3], d[3];
  169.     float t;
  170.  
  171.     if (p1x == p2x && p1y == p2y) {
  172.         /* Zero rotation */
  173.         vzero(q);
  174.         q[3] = 1.0;
  175.         return;
  176.     }
  177.  
  178.     /*
  179.      * First, figure out z-coordinates for projection of P1 and P2 to
  180.      * deformed sphere
  181.      */
  182.     vset(p1,p1x,p1y,tb_project_to_sphere(TRACKBALLSIZE,p1x,p1y));
  183.     vset(p2,p2x,p2y,tb_project_to_sphere(TRACKBALLSIZE,p2x,p2y));
  184.  
  185.     /*
  186.      *  Now, we want the cross product of P1 and P2
  187.      */
  188.     vcross(p2,p1,a);
  189.  
  190.     /*
  191.      *  Figure out how much to rotate around that axis.
  192.      */
  193.     vsub(p1,p2,d);
  194.     t = vlength(d) / (2.0*TRACKBALLSIZE);
  195.  
  196.     /*
  197.      * Avoid problems with out-of-control values...
  198.      */
  199.     if (t > 1.0) t = 1.0;
  200.     if (t < -1.0) t = -1.0;
  201.     phi = 2.0 * asin(t);
  202.  
  203.     axis_to_quat(a,phi,q);
  204. }
  205.  
  206. /*
  207.  *  Given an axis and angle, compute quaternion.
  208.  */
  209. void
  210. axis_to_quat(float a[3], float phi, float q[4])
  211. {
  212.     vnormal(a);
  213.     vcopy(a,q);
  214.     vscale(q,sin(phi/2.0));
  215.     q[3] = cos(phi/2.0);
  216. }
  217.  
  218. /*
  219.  * Project an x,y pair onto a sphere of radius r OR a hyperbolic sheet
  220.  * if we are away from the center of the sphere.
  221.  */
  222. static float
  223. tb_project_to_sphere(float r, float x, float y)
  224. {
  225.     float d, t, z;
  226.  
  227.     d = sqrt(x*x + y*y);
  228.     if (d < r * 0.70710678118654752440) {    /* Inside sphere */
  229.         z = sqrt(r*r - d*d);
  230.     } else {           /* On hyperbola */
  231.         t = r / 1.41421356237309504880;
  232.         z = t*t / d;
  233.     }
  234.     return z;
  235. }
  236.  
  237. /*
  238.  * Given two rotations, e1 and e2, expressed as quaternion rotations,
  239.  * figure out the equivalent single rotation and stuff it into dest.
  240.  *
  241.  * This routine also normalizes the result every RENORMCOUNT times it is
  242.  * called, to keep error from creeping in.
  243.  *
  244.  * NOTE: This routine is written so that q1 or q2 may be the same
  245.  * as dest (or each other).
  246.  */
  247.  
  248. #define RENORMCOUNT 97
  249.  
  250. void
  251. add_quats(float q1[4], float q2[4], float dest[4])
  252. {
  253.     static int count=0;
  254.     float t1[4], t2[4], t3[4];
  255.     float tf[4];
  256.  
  257. #if 0
  258. printf("q1 = %f %f %f %f\n", q1[0], q1[1], q1[2], q1[3]);
  259. printf("q2 = %f %f %f %f\n", q2[0], q2[1], q2[2], q2[3]);
  260. #endif
  261.  
  262.     vcopy(q1,t1);
  263.     vscale(t1,q2[3]);
  264.  
  265.     vcopy(q2,t2);
  266.     vscale(t2,q1[3]);
  267.  
  268.     vcross(q2,q1,t3);
  269.     vadd(t1,t2,tf);
  270.     vadd(t3,tf,tf);
  271.     tf[3] = q1[3] * q2[3] - vdot(q1,q2);
  272.  
  273. #if 0
  274. printf("tf = %f %f %f %f\n", tf[0], tf[1], tf[2], tf[3]);
  275. #endif
  276.  
  277.     dest[0] = tf[0];
  278.     dest[1] = tf[1];
  279.     dest[2] = tf[2];
  280.     dest[3] = tf[3];
  281.  
  282.     if (++count > RENORMCOUNT) {
  283.         count = 0;
  284.         normalize_quat(dest);
  285.     }
  286. }
  287.  
  288. /*
  289.  * Quaternions always obey:  a^2 + b^2 + c^2 + d^2 = 1.0
  290.  * If they don't add up to 1.0, dividing by their magnitued will
  291.  * renormalize them.
  292.  *
  293.  * Note: See the following for more information on quaternions:
  294.  *
  295.  * - Shoemake, K., Animating rotation with quaternion curves, Computer
  296.  *   Graphics 19, No 3 (Proc. SIGGRAPH'85), 245-254, 1985.
  297.  * - Pletinckx, D., Quaternion calculus as a basic tool in computer
  298.  *   graphics, The Visual Computer 5, 2-13, 1989.
  299.  */
  300. static void
  301. normalize_quat(float q[4])
  302. {
  303.     int i;
  304.     float mag;
  305.  
  306.     mag = sqrt(q[0]*q[0] + q[1]*q[1] + q[2]*q[2] + q[3]*q[3]);
  307.     for (i = 0; i < 4; i++) q[i] /= mag;
  308. }
  309.  
  310. /*
  311.  * Build a rotation matrix, given a quaternion rotation.
  312.  *
  313.  */
  314. void
  315. build_rotmatrix(float m[4][4], float q[4])
  316. {
  317.     m[0][0] = 1.0 - 2.0 * (q[1] * q[1] + q[2] * q[2]);
  318.     m[0][1] = 2.0 * (q[0] * q[1] - q[2] * q[3]);
  319.     m[0][2] = 2.0 * (q[2] * q[0] + q[1] * q[3]);
  320.     m[0][3] = 0.0;
  321.  
  322.     m[1][0] = 2.0 * (q[0] * q[1] + q[2] * q[3]);
  323.     m[1][1]= 1.0 - 2.0 * (q[2] * q[2] + q[0] * q[0]);
  324.     m[1][2] = 2.0 * (q[1] * q[2] - q[0] * q[3]);
  325.     m[1][3] = 0.0;
  326.  
  327.     m[2][0] = 2.0 * (q[2] * q[0] - q[1] * q[3]);
  328.     m[2][1] = 2.0 * (q[1] * q[2] + q[0] * q[3]);
  329.     m[2][2] = 1.0 - 2.0 * (q[1] * q[1] + q[0] * q[0]);
  330.     m[2][3] = 0.0;
  331.  
  332.     m[3][0] = 0.0;
  333.     m[3][1] = 0.0;
  334.     m[3][2] = 0.0;
  335.     m[3][3] = 1.0;
  336. }
  337.  
  338.