| 1 | #pragma once
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| 2 | #include <math.hfa>
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| 3 | #include <iostream.hfa>
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|---|
| 4 |
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|---|
| 5 | trait zeroassn(otype T) {
|
|---|
| 6 | T ?=?(T&, zero_t);
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|---|
| 7 | };
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|---|
| 8 | trait fromint(otype T) {
|
|---|
| 9 | void ?{}(T&, int);
|
|---|
| 10 | };
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|---|
| 11 | trait zero_assign(otype T) {
|
|---|
| 12 | T ?=?(T&, zero_t);
|
|---|
| 13 | };
|
|---|
| 14 | trait subtract(otype T) {
|
|---|
| 15 | T ?-?(T, T);
|
|---|
| 16 | T -?(T);
|
|---|
| 17 | };
|
|---|
| 18 | trait add(otype T) {
|
|---|
| 19 | T ?+?(T, T);
|
|---|
| 20 | };
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|---|
| 21 | trait multiply(otype T) {
|
|---|
| 22 | T ?*?(T, T);
|
|---|
| 23 | };
|
|---|
| 24 | trait divide(otype T) {
|
|---|
| 25 | T ?/?(T, T);
|
|---|
| 26 | };
|
|---|
| 27 | trait lessthan(otype T) {
|
|---|
| 28 | int ?<?(T, T);
|
|---|
| 29 | };
|
|---|
| 30 | trait equality(otype T) {
|
|---|
| 31 | int ?==?(T, T);
|
|---|
| 32 | };
|
|---|
| 33 | trait sqrt(otype T) {
|
|---|
| 34 | T sqrt(T);
|
|---|
| 35 | };
|
|---|
| 36 |
|
|---|
| 37 | static inline {
|
|---|
| 38 | // int
|
|---|
| 39 | int ?=?(int& n, zero_t) { return n = 0.f; }
|
|---|
| 40 | /* float */
|
|---|
| 41 | void ?{}(float& a, int b) { a = b; }
|
|---|
| 42 | float ?=?(float& n, zero_t) { return n = 0.f; }
|
|---|
| 43 | /* double */
|
|---|
| 44 | void ?{}(double& a, int b) { a = b; }
|
|---|
| 45 | double ?=?(double& n, zero_t) { return n = 0L; }
|
|---|
| 46 | // long double
|
|---|
| 47 | void ?{}(long double& a, int b) { a = b; }
|
|---|
| 48 | long double ?=?(long double& n, zero_t) { return n = 0L; }
|
|---|
| 49 | }
|
|---|
| 50 |
|
|---|
| 51 | forall(otype T) {
|
|---|
| 52 | struct vec2 {
|
|---|
| 53 | T x, y;
|
|---|
| 54 | };
|
|---|
| 55 | }
|
|---|
| 56 |
|
|---|
| 57 | forall(otype T) {
|
|---|
| 58 | static inline {
|
|---|
| 59 |
|
|---|
| 60 | // Constructors
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|---|
| 61 |
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|---|
| 62 | void ?{}(vec2(T)& v, T x, T y) {
|
|---|
| 63 | v.[x, y] = [x, y];
|
|---|
| 64 | }
|
|---|
| 65 |
|
|---|
| 66 | forall(| zero_assign(T))
|
|---|
| 67 | void ?{}(vec2(T)& vec, zero_t) with (vec) {
|
|---|
| 68 | x = y = 0;
|
|---|
| 69 | }
|
|---|
| 70 |
|
|---|
| 71 | void ?{}(vec2(T)& vec, T val) with (vec) {
|
|---|
| 72 | x = y = val;
|
|---|
| 73 | }
|
|---|
| 74 |
|
|---|
| 75 | void ?{}(vec2(T)& vec, vec2(T) other) with (vec) {
|
|---|
| 76 | [x,y] = other.[x,y];
|
|---|
| 77 | }
|
|---|
| 78 |
|
|---|
| 79 | // Assignment
|
|---|
| 80 | void ?=?(vec2(T)& vec, vec2(T) other) with (vec) {
|
|---|
| 81 | [x,y] = other.[x,y];
|
|---|
| 82 | }
|
|---|
| 83 | forall(| zero_assign(T))
|
|---|
| 84 | void ?=?(vec2(T)& vec, zero_t) with (vec) {
|
|---|
| 85 | x = y = 0;
|
|---|
| 86 | }
|
|---|
| 87 |
|
|---|
| 88 | // Primitive mathematical operations
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|---|
| 89 |
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|---|
| 90 | // Subtraction
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|---|
| 91 |
|
|---|
| 92 | forall(| subtract(T)) {
|
|---|
| 93 | vec2(T) ?-?(vec2(T) u, vec2(T) v) { // TODO( can't make this const ref )
|
|---|
| 94 | return [u.x - v.x, u.y - v.y];
|
|---|
| 95 | }
|
|---|
| 96 | vec2(T)& ?-=?(vec2(T)& u, vec2(T) v) {
|
|---|
| 97 | u = u - v;
|
|---|
| 98 | return u;
|
|---|
| 99 | }
|
|---|
| 100 | vec2(T) -?(vec2(T)& v) with (v) {
|
|---|
| 101 | return [-x, -y];
|
|---|
| 102 | }
|
|---|
| 103 | }
|
|---|
| 104 |
|
|---|
| 105 | // Addition
|
|---|
| 106 | forall(| add(T)) {
|
|---|
| 107 | vec2(T) ?+?(vec2(T) u, vec2(T) v) { // TODO( can't make this const ref )
|
|---|
| 108 | return [u.x + v.x, u.y + v.y];
|
|---|
| 109 | }
|
|---|
| 110 | vec2(T)& ?+=?(vec2(T)& u, vec2(T) v) {
|
|---|
| 111 | u = u + v;
|
|---|
| 112 | return u;
|
|---|
| 113 | }
|
|---|
| 114 | }
|
|---|
| 115 |
|
|---|
| 116 | // Scalar Multiplication
|
|---|
| 117 | forall(| multiply(T)) {
|
|---|
| 118 | vec2(T) ?*?(vec2(T) v, T scalar) with (v) { // TODO (can't make this const ref)
|
|---|
| 119 | return [x * scalar, y * scalar];
|
|---|
| 120 | }
|
|---|
| 121 | vec2(T) ?*?(T scalar, vec2(T) v) { // TODO (can't make this const ref)
|
|---|
| 122 | return v * scalar;
|
|---|
| 123 | }
|
|---|
| 124 | vec2(T)& ?*=?(vec2(T)& v, T scalar) {
|
|---|
| 125 | v = v * scalar;
|
|---|
| 126 | return v;
|
|---|
| 127 | }
|
|---|
| 128 | }
|
|---|
| 129 |
|
|---|
| 130 | // Scalar Division
|
|---|
| 131 | forall(| divide(T)) {
|
|---|
| 132 | vec2(T) ?/?(vec2(T) v, T scalar) with (v) {
|
|---|
| 133 | return [x / scalar, y / scalar];
|
|---|
| 134 | }
|
|---|
| 135 | vec2(T)& ?/=?(vec2(T)& v, T scalar) with (v) {
|
|---|
| 136 | v = v / scalar;
|
|---|
| 137 | return v;
|
|---|
| 138 | }
|
|---|
| 139 | }
|
|---|
| 140 |
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|---|
| 141 | // Relational Operators
|
|---|
| 142 | forall(| equality(T)) {
|
|---|
| 143 | bool ?==?(vec2(T) u, vec2(T) v) with (u) {
|
|---|
| 144 | return x == v.x && y == v.y;
|
|---|
| 145 | }
|
|---|
| 146 | bool ?!=?(vec2(T) u, vec2(T) v) {
|
|---|
| 147 | return !(u == v);
|
|---|
| 148 | }
|
|---|
| 149 | }
|
|---|
| 150 |
|
|---|
| 151 | forall(| add(T) | multiply(T))
|
|---|
| 152 | T dot(vec2(T) u, vec2(T) v) {
|
|---|
| 153 | return u.x * v.x + u.y * v.y;
|
|---|
| 154 | }
|
|---|
| 155 |
|
|---|
| 156 | forall(| sqrt(T) | add(T) | multiply(T))
|
|---|
| 157 | T length(vec2(T) v) {
|
|---|
| 158 | return sqrt(dot(v, v));
|
|---|
| 159 | }
|
|---|
| 160 |
|
|---|
| 161 | forall(| add(T) | multiply(T))
|
|---|
| 162 | T length_squared(vec2(T) v) {
|
|---|
| 163 | return dot(v, v);
|
|---|
| 164 | }
|
|---|
| 165 |
|
|---|
| 166 | forall(| subtract(T) | sqrt(T) | add(T) | multiply(T))
|
|---|
| 167 | T distance(vec2(T) v1, vec2(T) v2) {
|
|---|
| 168 | return length(v1 - v2);
|
|---|
| 169 | }
|
|---|
| 170 |
|
|---|
| 171 | forall(| sqrt(T) | divide(T) | add(T) | multiply(T))
|
|---|
| 172 | vec2(T) normalize(vec2(T) v) {
|
|---|
| 173 | return v / sqrt(dot(v, v));
|
|---|
| 174 | }
|
|---|
| 175 |
|
|---|
| 176 | // Project vector u onto vector v
|
|---|
| 177 | forall(| sqrt(T) | divide(T) | add(T) | multiply(T))
|
|---|
| 178 | vec2(T) project(vec2(T) u, vec2(T) v) {
|
|---|
| 179 | vec2(T) v_norm = normalize(v);
|
|---|
| 180 | return v_norm * dot(u, v_norm);
|
|---|
| 181 | }
|
|---|
| 182 |
|
|---|
| 183 | // Reflect incident vector v with respect to surface with normal n
|
|---|
| 184 | forall(| sqrt(T) | divide(T) | add(T) | multiply(T) | subtract(T) | fromint(T))
|
|---|
| 185 | vec2(T) reflect(vec2(T) v, vec2(T) n) {
|
|---|
| 186 | return v - (T){2} * project(v, n);
|
|---|
| 187 | }
|
|---|
| 188 |
|
|---|
| 189 | // Refract incident vector v with respect to surface with normal n
|
|---|
| 190 | // eta is the ratio of indices of refraction between starting material and
|
|---|
| 191 | // entering material (i.e., from air to water, eta = 1/1.33)
|
|---|
| 192 | // v and n must already be normalized
|
|---|
| 193 | forall(| sqrt(T) | add(T) | multiply(T) | subtract(T) | fromint(T) | lessthan(T) | zeroassn(T))
|
|---|
| 194 | vec2(T) refract(vec2(T) v, vec2(T) n, T eta) {
|
|---|
| 195 | T dotValue = dot(n, v);
|
|---|
| 196 | T k = (T){1} - eta * eta * ((T){1} - dotValue * dotValue);
|
|---|
| 197 | if (k < (T){0}) {
|
|---|
| 198 | return 0;
|
|---|
| 199 | }
|
|---|
| 200 | return eta * v - (eta * dotValue + sqrt(k)) * n;
|
|---|
| 201 | }
|
|---|
| 202 |
|
|---|
| 203 | // Given a perturbed normal and a geometric normal,
|
|---|
| 204 | // flip the perturbed normal if the geometric normal is pointing away
|
|---|
| 205 | // from the observer.
|
|---|
| 206 | // n is the perturbed vector that we want to align
|
|---|
| 207 | // i is the incident vector
|
|---|
| 208 | // ng is the geometric normal of the surface
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|---|
| 209 | forall(| add(T) | multiply(T) | lessthan(T) | fromint(T) | subtract(T))
|
|---|
| 210 | vec2(T) faceforward(vec2(T) n, vec2(T) i, vec2(T) ng) {
|
|---|
| 211 | return dot(ng, i) < (T){0} ? n : -n;
|
|---|
| 212 | }
|
|---|
| 213 |
|
|---|
| 214 | }
|
|---|
| 215 | }
|
|---|
| 216 |
|
|---|
| 217 | forall(dtype ostype, otype T | writeable(T, ostype)) {
|
|---|
| 218 | ostype & ?|?( ostype & os, vec2(T) v) with (v) {
|
|---|
| 219 | return os | '<' | x | ',' | y | '>';
|
|---|
| 220 | }
|
|---|
| 221 | void ?|?( ostype & os, vec2(T) v ) with (v) {
|
|---|
| 222 | (ostype &)(os | v); ends(os);
|
|---|
| 223 | }
|
|---|
| 224 | }
|
|---|