Extras/RigidBodyGpuPipeline/opencl/primitives/AdlPrimitives/Math/Quaternion.h

   1 /*
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   3
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   9
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  13 */
  14 //Originally written by Takahiro Harada
  15
  16
  17 #ifndef QUATERNION_H
  18 #define QUATERNION_H
  19
  20 #include <AdlPrimitives/Math/Matrix3x3.h>
  21
  22 namespace adl
  23 {
  24
  25 typedef float4 Quaternion;
  26
  27 __inline
  28 Quaternion qtSet(const float4& axis, float angle);
  29
  30 __inline
  31 Quaternion qtMul(const Quaternion& a, const Quaternion& b);
  32
  33 __inline
  34 float4 qtRotate(const Quaternion& q, const float4& vec);
  35
  36 __inline
  37 float4 qtInvRotate(const Quaternion& q, const float4& vec);
  38
  39 __inline
  40 Quaternion qtInvert(const Quaternion& q);
  41
  42 __inline
  43 Matrix3x3 qtGetRotationMatrix(const Quaternion& quat);
  44
  45 __inline
  46 Quaternion qtNormalize(const Quaternion& q);
  47
  48 __inline
  49 Quaternion qtGetIdentity() { return make_float4(0,0,0,1); }
  50
  51 __inline
  52 Quaternion qtSet(const float4& axis, float angle)
  53 {
  54         float4 nAxis = normalize3( axis );
  55
  56         Quaternion q;
  57         q.s[0] = nAxis.s[0]*sin(angle/2);
  58         q.s[1] = nAxis.s[1]*sin(angle/2);
  59         q.s[2] = nAxis.s[2]*sin(angle/2);
  60         q.s[3] = cos(angle/2);
  61         return q;
  62 }
  63
  64 __inline
  65 Quaternion qtMul(const Quaternion& a, const Quaternion& b)
  66 {
  67         Quaternion ans;
  68         ans = cross3( a, b );
  69         ans += a.s[3]*b + b.s[3]*a;
  70         ans.s[3] = a.s[3]*b.s[3] - (a.s[0]*b.s[0]+a.s[1]*b.s[1]+a.s[2]*b.s[2]);
  71         return ans;
  72 }
  73
  74 __inline
  75 float4 qtRotate(const Quaternion& q, const float4& vec)
  76 {
  77         Quaternion vecQ = vec;
  78         vecQ.s[3] = 0.f;
  79         Quaternion qInv = qtInvert( q );
  80         float4 out = qtMul(qtMul(q,vecQ),qInv);
  81         return out;
  82 }
  83
  84 __inline
  85 float4 qtInvRotate(const Quaternion& q, const float4& vec)
  86 {
  87         return qtRotate( qtInvert( q ), vec );
  88 }
  89
  90 __inline
  91 Quaternion qtInvert(const Quaternion& q)
  92 {
  93         Quaternion ans;
  94         ans.s[0] = -q.s[0];
  95         ans.s[1] = -q.s[1];
  96         ans.s[2] = -q.s[2];
  97         ans.s[3] = q.s[3];
  98         return ans;
  99 }
 100
 101 __inline
 102 Matrix3x3 qtGetRotationMatrix(const Quaternion& quat)
 103 {
 104         float4 quat2 = make_float4(quat.s[0]*quat.s[0], quat.s[1]*quat.s[1], quat.s[2]*quat.s[2], 0.f);
 105         Matrix3x3 out;
 106
 107         out.m_row[0].s[0]=1-2*quat2.s[1]-2*quat2.s[2];
 108         out.m_row[0].s[1]=2*quat.s[0]*quat.s[1]-2*quat.s[3]*quat.s[2];
 109         out.m_row[0].s[2]=2*quat.s[0]*quat.s[2]+2*quat.s[3]*quat.s[1];
 110         out.m_row[0].s[3] = 0.f;
 111
 112         out.m_row[1].s[0]=2*quat.s[0]*quat.s[1]+2*quat.s[3]*quat.s[2];
 113         out.m_row[1].s[1]=1-2*quat2.s[0]-2*quat2.s[2];
 114         out.m_row[1].s[2]=2*quat.s[1]*quat.s[2]-2*quat.s[3]*quat.s[0];
 115         out.m_row[1].s[3] = 0.f;
 116
 117         out.m_row[2].s[0]=2*quat.s[0]*quat.s[2]-2*quat.s[3]*quat.s[1];
 118         out.m_row[2].s[1]=2*quat.s[1]*quat.s[2]+2*quat.s[3]*quat.s[0];
 119         out.m_row[2].s[2]=1-2*quat2.s[0]-2*quat2.s[1];
 120         out.m_row[2].s[3] = 0.f;
 121
 122         return out;
 123 }
 124
 125 __inline
 126 Quaternion qtGetQuaternion(const Matrix3x3* m)
 127 {
 128         Quaternion q;
 129         q.w = sqrtf( m[0].m_row[0].x + m[0].m_row[1].y + m[0].m_row[2].z + 1 ) * 0.5f;
 130         float inv4w = 1.f/(4.f*q.w);
 131         q.x = (m[0].m_row[2].y-m[0].m_row[1].z)*inv4w;
 132         q.y = (m[0].m_row[0].z-m[0].m_row[2].x)*inv4w;
 133         q.z = (m[0].m_row[1].x-m[0].m_row[0].y)*inv4w;
 134
 135         return q;
 136 }
 137
 138 __inline
 139 Quaternion qtNormalize(const Quaternion& q)
 140 {
 141         return normalize4(q);
 142 }
 143
 144 __inline
 145 float4 transform(const float4& p, const float4& translation, const Quaternion& orientation)
 146 {
 147         return qtRotate( orientation, p ) + translation;
 148 }
 149
 150 __inline
 151 float4 invTransform(const float4& p, const float4& translation, const Quaternion& orientation)
 152 {
 153         return qtRotate( qtInvert( orientation ), p-translation ); // use qtInvRotate
 154 }
 155
 156 };
 157
 158 #endif
 159