]> Shamusworld >> Repos - architektonas/blobdiff - src/geometry.cpp
Added angle snap to whole degrees, ability to manipulate Dimensions.
[architektonas] / src / geometry.cpp
index eacaec7feabc20ee4b8cddce4a15e538f2905bd4..b52ff7e97d058aaa7626b2568a0b667bc647c0d1 100644 (file)
 
 #include "geometry.h"
 #include <math.h>
-#include "line.h"
-#include "circle.h"
-
-
-Point Geometry::IntersectionOfLineAndLine(Point p1, Point p2, Point p3, Point p4)
-{
-       // Find the intersection of the lines by formula:
-       // px = (x1y2 - y1x2)(x3 - x4) - (x1 - x2)(x3y4 - y3x4)
-       // py = (x1y2 - y1x2)(y3 - y4) - (y1 - y2)(x3y4 - y3x4)
-       // d = (x1 - x2)(y3 - y4) - (y1 - y2)(x3 - x4) = 0 if lines are parallel
-       // Intersection is (px / d, py / d)
-
-       double d = ((p1.x - p2.x) * (p3.y - p4.y)) - ((p1.y - p2.y) * (p3.x - p4.x));
-
-       // Check for parallel lines, and return sentinel if so
-       if (d == 0)
-               return Point(0, 0, -1);
-
-       double px = (((p1.x * p2.y) - (p1.y * p2.x)) * (p3.x - p4.x))
-               - ((p1.x - p2.x) * ((p3.x * p4.y) - (p3.y * p4.x)));
-       double py = (((p1.x * p2.y) - (p1.y * p2.x)) * (p3.y - p4.y))
-               - ((p1.y - p2.y) * ((p3.x * p4.y) - (p3.y * p4.x)));
-
-       return Point(px / d, py / d, 0);
-}
+#include <stdio.h>
+#include "global.h"
+#include "mathconstants.h"
 
 
 // Returns the parameter of a point in space to this vector. If the parameter
@@ -61,15 +39,15 @@ double Geometry::ParameterOfLineAndPoint(Point tail, Point head, Point point)
 }
 
 
-Point Geometry::MirrorPointAroundLine(Point point, Point p1, Point p2)
+Point Geometry::MirrorPointAroundLine(Point point, Point tail, Point head)
 {
        // Get the vector of the intersection of the line and the normal on the
        // line to the point in question.
-       double t = ParameterOfLineAndPoint(p1, p2, point);
-       Vector v = Vector(p1, p2) * t;
+       double t = ParameterOfLineAndPoint(tail, head, point);
+       Vector v = Vector(tail, head) * t;
 
-       // Get the point normal to point to the line passed in (p2 is the tail)
-       Point normalOnLine = p2 + v;
+       // Get the point normal to point to the line passed in
+       Point normalOnLine = tail + v;
 
        // Make our mirrored vector (head - tail)
        Vector mirror = -(point - normalOnLine);
@@ -81,9 +59,13 @@ Point Geometry::MirrorPointAroundLine(Point point, Point p1, Point p2)
 }
 
 
+//
+// point: The point we're rotating
+// rotationPoint: The point we're rotating around
+//
 Point Geometry::RotatePointAroundPoint(Point point, Point rotationPoint, double angle)
 {
-       Vector v = Vector(point, rotationPoint);
+       Vector v = Vector(rotationPoint, point);
        double px = (v.x * cos(angle)) - (v.y * sin(angle));
        double py = (v.x * sin(angle)) + (v.y * cos(angle));
 
@@ -97,6 +79,21 @@ double Geometry::Determinant(Point p1, Point p2)
 }
 
 
+void Geometry::Intersects(Object * obj1, Object * obj2)
+{
+       Global::numIntersectPoints = Global::numIntersectParams = 0;
+
+       if ((obj1->type == OTLine) && (obj2->type == OTLine))
+               CheckLineToLineIntersection(obj1, obj2);
+       else if ((obj1->type == OTCircle) && (obj2->type == OTCircle))
+               CheckCircleToCircleIntersection(obj1, obj2);
+       else if ((obj1->type == OTLine) && (obj2->type == OTCircle))
+               CheckLineToCircleIntersection(obj1, obj2);
+       else if ((obj1->type == OTCircle) && (obj2->type == OTLine))
+               CheckLineToCircleIntersection(obj2, obj1);
+}
+
+
 /*
 Intersecting line segments:
 An easier way:
@@ -116,138 +113,242 @@ So check if the above two numbers are both >=0 and <=1.
 */
 
 
-#if 0
-// Finds the intesection between two objects (if any)
-bool Geometry::Intersects(Object * obj1, Object * obj2, double * t, double * s)
-{
-}
-#endif
-
 // Finds the intersection between two lines (if any)
-int Geometry::Intersects(Line * l1, Line * l2, double * tp/*= 0*/, double * up/*= 0*/)
+void Geometry::CheckLineToLineIntersection(Object * l1, Object * l2)
 {
-       Vector r(l1->position, l1->endpoint);
-       Vector s(l2->position, l2->endpoint);
-       Vector v1 = l2->position - l1->position;
-//     Vector v1 = l1->position - l2->position;
+       Global::numIntersectPoints = Global::numIntersectParams = 0;
+
+       Vector r(l1->p[0], l1->p[1]);
+       Vector s(l2->p[0], l2->p[1]);
+       Vector v1 = l2->p[0] - l1->p[0];        // q - p
 
        double rxs = (r.x * s.y) - (s.x * r.y);
+       double t, u;
 
        if (rxs == 0)
-               return 0;
+       {
+               double qpxr = (v1.x * r.y) - (r.x * v1.y);
+
+               // Lines are parallel, so no intersection...
+               if (qpxr != 0)
+                       return;
+
+               // Check to see which endpoints are connected... Four possibilities:
+               if (l1->p[0] == l2->p[0])
+                       t = 0, u = 0;
+               else if (l1->p[0] == l2->p[1])
+                       t = 0, u = 1.0;
+               else if (l1->p[1] == l2->p[0])
+                       t = 1.0, u = 0;
+               else if (l1->p[1] == l2->p[1])
+                       t = 1.0, u = 1.0;
+               else
+                       return;
+       }
+       else
+       {
+               t = ((v1.x * s.y) - (s.x * v1.y)) / rxs;
+               u = ((v1.x * r.y) - (r.x * v1.y)) / rxs;
+       }
+
+       Global::intersectParam[0] = t;
+       Global::intersectParam[1] = u;
+
+       // If the parameters are in range, we have overlap!
+       if ((t >= 0) && (t <= 1.0) && (u >= 0) && (u <= 1.0))
+               Global::numIntersectParams = 1;
+}
+
+
+void Geometry::CheckCircleToCircleIntersection(Object * c1, Object * c2)
+{
+       // Set up global vars
+       Global::numIntersectPoints = Global::numIntersectParams = 0;
+
+       // Get the distance between the centers of the circles
+       Vector centerLine(c1->p[0], c2->p[0]);
+       double d = centerLine.Magnitude();
+       double clAngle = centerLine.Angle();
+
+       // If the distance between centers is greater than the sum of the radii or
+       // less than the difference between the radii, there is NO intersection
+       if ((d > (c1->radius[0] + c2->radius[0]))
+               || (d < fabs(c1->radius[0] - c2->radius[0])))
+               return;
+
+       // If the distance between centers is equal to the sum of the radii or
+       // equal to the difference between the radii, the intersection is tangent
+       // to both circles.
+       if (d == (c1->radius[0] + c2->radius[0]))
+       {
+               Global::intersectPoint[0].x = c1->p[0].x + (cos(clAngle) * c1->radius[0]);
+               Global::intersectPoint[0].y = c1->p[0].y + (sin(clAngle) * c1->radius[0]);
+               Global::numIntersectPoints = 1;
+               return;
+       }
+       else if (d == fabs(c1->radius[0] - c2->radius[0]))
+       {
+               double sign = (c1->radius[0] > c2->radius[0] ? +1 : -1);
+               Global::intersectPoint[0].x = c1->p[0].x + (cos(clAngle) * c1->radius[0] * sign);
+               Global::intersectPoint[0].y = c1->p[0].y + (sin(clAngle) * c1->radius[0] * sign);
+               Global::numIntersectPoints = 1;
+               return;
+       }
 
-       double t = ((v1.x * s.y) - (s.x * v1.y)) / rxs;
-       double u = ((v1.x * r.y) - (r.x * v1.y)) / rxs;
 /*
-Now there are five cases:
+       c² = a² + b² - 2ab·cos µ
+2ab·cos µ = a² + b² - c²
+    cos µ = (a² + b² - c²) / 2ab
+*/
+       // Use the Law of Cosines to find the angle between the centerline and the
+       // radial line on Circle #1
+       double a = acos(((c1->radius[0] * c1->radius[0]) + (d * d) - (c2->radius[0] * c2->radius[0])) / (2.0 * c1->radius[0] * d));
+
+       // Finally, find the points of intersection by using +/- the angle found
+       // from the centerline's angle
+       Global::intersectPoint[0].x = c1->p[0].x + (cos(clAngle + a) * c1->radius[0]);
+       Global::intersectPoint[0].y = c1->p[0].y + (sin(clAngle + a) * c1->radius[0]);
+       Global::intersectPoint[1].x = c1->p[0].x + (cos(clAngle - a) * c1->radius[0]);
+       Global::intersectPoint[1].y = c1->p[0].y + (sin(clAngle - a) * c1->radius[0]);
+       Global::numIntersectPoints = 2;
+}
 
-1. If r × s = 0 and (q − p) × r = 0, then the two lines are collinear. If in addition, either 0 ≤ (q − p) · r ≤ r · r or 0 ≤ (p − q) · s ≤ s · s, then the two lines are overlapping.
 
-2. If r × s = 0 and (q − p) × r = 0, but neither 0 ≤ (q − p) · r ≤ r · r nor 0 ≤ (p − q) · s ≤ s · s, then the two lines are collinear but disjoint.
+//
+// N.B.: l is the line, c is the circle
+//
+void Geometry::CheckLineToCircleIntersection(Object * l, Object * c)
+{
+       // Set up global vars
+       Global::numIntersectPoints = Global::numIntersectParams = 0;
+
+       // Step 1: Find shortest distance from center of circle to the infinite line
+       double t = ParameterOfLineAndPoint(l->p[0], l->p[1], c->p[0]);
+       Point p = l->p[0] + (Vector(l->p[0], l->p[1]) * t);
+       Vector radial = Vector(c->p[0], p);
+       double distance = radial.Magnitude();
+
+       // Step 2: See if we have 0, 1, or 2 intersection points
+
+       // Case #1: No intersection points
+       if (distance > c->radius[0])
+               return;
+       // Case #2: One intersection point (possibly--tangent)
+       else if (distance == c->radius[0])
+       {
+               // Only intersects if the parameter is on the line segment!
+               if ((t >= 0.0) && (t <= 1.0))
+               {
+                       Global::intersectPoint[0] = c->p[0] + radial;
+                       Global::numIntersectPoints = 1;
+               }
+
+               return;
+       }
 
-3. If r × s = 0 and (q − p) × r ≠ 0, then the two lines are parallel and non-intersecting.
+       // Case #3: Two intersection points (possibly--secant)
 
-4. If r × s ≠ 0 and 0 ≤ t ≤ 1 and 0 ≤ u ≤ 1, the two line segments meet at the point p + t r = q + u s.
+       // So, we have the line, and the perpendicular from the center of the
+       // circle to the line. Now figure out where the intersection points are.
+       // This is a right triangle, though do we really know all the sides?
+       // Don't need to, 2 is enough for Pythagoras :-)
+       // Radius is the hypotenuse, so we have to use c² = a² + b² => a² = c² - b²
+       double perpendicularLength = sqrt((c->radius[0] * c->radius[0]) - (distance * distance));
 
-5. Otherwise, the two line segments are not parallel but do not intersect.
-*/
-       // Return parameter values, if user passed in valid pointers
-       if (tp)
-               *tp = t;
+       // Now, find the intersection points using the length...
+       Vector lineUnit = Vector(l->p[0], l->p[1]).Unit();
+       Point i1 = p + (lineUnit * perpendicularLength);
+       Point i2 = p - (lineUnit * perpendicularLength);
 
-       if (up)
-               *up = u;
+       // Next we need to see if they are on the line segment...
+       double u = ParameterOfLineAndPoint(l->p[0], l->p[1], i1);
+       double v = ParameterOfLineAndPoint(l->p[0], l->p[1], i2);
 
-       // If the parameters are in range, we have overlap!
-       if ((t >= 0) && (t <= 1.0) && (u >= 0) && (u <= 1.0))
-               return 1;
+       if ((u >= 0.0) && (u <= 1.0))
+       {
+               Global::intersectPoint[Global::numIntersectPoints] = i1;
+               Global::numIntersectPoints++;
+       }
 
-       return 0;
+       if ((v >= 0.0) && (v <= 1.0))
+       {
+               Global::intersectPoint[Global::numIntersectPoints] = i2;
+               Global::numIntersectPoints++;
+       }
 }
 
 
-// Finds the intesection(s) between a line and a circle (if any)
-int Geometry::Intersects(Line * l, Circle * c, double * tp/*= 0*/, double * up/*= 0*/, double * vp/*= 0*/, double * wp/*= 0*/)
-{
-#if 0
-       Vector center = c->position;
-       Vector v1 = l->position - center;
-       Vector v2 = l->endpoint - center;
-       Vector d = v2 - v1;
-       double dr = d.Magnitude();
-       double determinant = (v1.x * v2.y) - (v1.y * v2.x);
+// should we just do common trig solves, like AAS, ASA, SAS, SSA?
+// Law of Cosines:
+// c² = a² + b² - 2ab * cos(C)
+// Solving for C:
+// cos(C) = (c² - a² - b²) / -2ab = (a² + b² - c²) / 2ab
+// Law of Sines:
+// a / sin A = b / sin B = c / sin C
 
-       double discriminant = ((c->radius * c->radius) * (dr * dr)) - (determinant * determinant);
+// Solve the angles of the triangle given the sides. Angles returned are
+// opposite of the given sides (so a1 consists of sides s2 & s3, and so on).
+void Geometry::FindAnglesForSides(double s1, double s2, double s3, double * a1, double * a2, double * a3)
+{
+       // Use law of cosines to find 1st angle
+       double cosine1 = ((s2 * s2) + (s3 * s3) - (s1 * s1)) / (2.0 * s2 * s3);
 
-       if (discriminant < 0)
-               return false;
+       // Check for a valid triangle
+       if ((cosine1 < -1.0) || (cosine1 > 1.0))
+               return;
 
-       
+       double angle1 = acos(cosine1);
 
-       return true;
-#else
+       // Use law of sines to find 2nd & 3rd angles
+// sin A / a = sin B / b
+// sin B = (sin A / a) * b
+// B = arcsin( sin A * (b / a))
+// ??? ==> B = A * arcsin(b / a)
 /*
-I'm thinking a better approach to this might be as follows:
-
--- Get the distance of the circle's center from the line segment. If it's
-   > the radius, it doesn't intersect.
--- If the parameter is off the line segment, check distance to endpoints. (Not sure
-   how to proceed from here, it's different than the following.)
-   [Actually, you can use the following for all of it. You only know if you have
-    an intersection at the last step, which is OK.]
--- If the radius == distance, we have a tangent line.
--- If radius > distance, use Pythagorus to find the length on either side of the
-   normal to the spots where the hypotenuse (== radius' length) contact the line.
--- Use those points to find the parameter on the line segment; if they're not on
-   the line segment, no intersection.
+Well, look here:
+sin B = sin A * (b / a)
+sin B / sin A = b / a
+arcsin( sin B / sin A ) = arcsin( b / a )
+
+hmm... dunno...
 */
-       double t = ParameterOfLineAndPoint(l->position, l->endpoint, c->position);
-//small problem here: it clamps the result to the line segment. NOT what we want
-//here! !!! FIX !!! [DONE]
-       Vector p = l->GetPointAtParameter(t);
-       double distance = Vector::Magnitude(c->position, p);
-
-       // If the center of the circle is farther from the line than the radius, fail.
-       if (distance > c->radius)
-               return 0;
-
-       // Now we have to check for intersection points.
-       // Tangent case: (needs to return something)
-       if ((distance == c->radius) && (t >= 0.0) && (t <= 1.0))
-               return 1;
-
-       // The line intersects the circle in two points (possibly). Use Pythagorus
-       // to find them for testing.
-       double offset = sqrt((c->radius * c->radius) - (distance * distance));
-//need to convert distance to paramter value... :-/
-//t = position on line / length of line segment, so if we divide the offset by length,
-//that should give us what we want.
-       double length = Vector::Magnitude(l->position, l->endpoint);
-       double t1 = t + (offset / length);
-       double t2 = t - (offset / length);
-
-//need to find angles for the circle...
-       Vector cp1 = l->position + (Vector(l->position, l->endpoint) * (length * t1));
-       Vector cp2 = l->position + (Vector(l->position, l->endpoint) * (length * t2));
-       double a1 = Vector(c->position, cp1).Angle();
-       double a2 = Vector(c->position, cp2).Angle();
-
-//instead of this, return a # which is the # of intersections. [DONE]
-       int intersections = 0;
-
-       // Now check for if the parameters are in range
-       if ((t1 >= 0) && (t1 <= 1.0))
-       {
-               intersections++;
-       }
 
-       if ((t2 >= 0) && (t2 <= 1.0))
+       double angle2 = asin(s2 * (sin(angle1) / s1));
+       double angle3 = asin(s3 * (sin(angle1) / s1));
+
+       if (a1)
+               *a1 = angle1;
+
+       if (a2)
+               *a2 = angle2;
+
+       if (a3)
+               *a3 = angle3;
+}
+
+
+Point Geometry::GetPointForParameter(Object * obj, double t)
+{
+       if (obj->type == OTLine)
        {
-               intersections++;
+               // Translate line vector to the origin, then add the scaled vector to
+               // initial point of the line.
+               Vector v = obj->p[1] - obj->p[0];
+               return obj->p[0] + (v * t);
        }
 
-       return intersections;
-#endif
+       return Point(0, 0);
 }
 
 
+/*
+How to find the tangent of a point off a circle:
+
+ •  Calculate the midpoint on the point and the center of the circle
+ •  Get the length of the line segment from the and the center divided by two
+ •  Use that length to construct a circle with the point at the center and the
+    radius equal to that length
+ •  The intersection of the two circles are the tangent points
+
+*/
+