Merge "Log which watchdog timer was exceeded" am: 9bd0272d00 am: 00bbea1771 am: a20ae...
[platform/upstream/VK-GL-CTS.git] / framework / common / tcuMatrix.hpp
1 #ifndef _TCUMATRIX_HPP
2 #define _TCUMATRIX_HPP
3 /*-------------------------------------------------------------------------
4  * drawElements Quality Program Tester Core
5  * ----------------------------------------
6  *
7  * Copyright 2014 The Android Open Source Project
8  *
9  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
10  * you may not use this file except in compliance with the License.
11  * You may obtain a copy of the License at
12  *
13  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
14  *
15  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
16  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
17  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
18  * See the License for the specific language governing permissions and
19  * limitations under the License.
20  *
21  *//*!
22  * \file
23  * \brief Templatized matrix class.
24  *//*--------------------------------------------------------------------*/
25
26 #include "tcuDefs.hpp"
27 #include "tcuVector.hpp"
28 #include "tcuArray.hpp"
29
30 namespace tcu
31 {
32
33 // Templated matrix class.
34 template <typename T, int Rows, int Cols>
35 class Matrix
36 {
37 public:
38         typedef Vector<T, Rows>                 Element;
39         typedef T                                               Scalar;
40
41         enum
42         {
43                 SIZE = Cols,
44                 ROWS = Rows,
45                 COLS = Cols,
46         };
47
48                                                                         Matrix                          (void);
49         explicit                                                Matrix                          (const T& src);
50         explicit                                                Matrix                          (const T src[Rows*Cols]);
51                                                                         Matrix                          (const Vector<T, Rows>& src);
52                                                                         Matrix                          (const Matrix<T, Rows, Cols>& src);
53                                                                         ~Matrix                         (void);
54
55         Matrix<T, Rows, Cols>&                  operator=                       (const Matrix<T, Rows, Cols>& src);
56         Matrix<T, Rows, Cols>&                  operator*=                      (const Matrix<T, Rows, Cols>& src);
57
58         void                                                    setRow                          (int rowNdx, const Vector<T, Cols>& vec);
59         void                                                    setColumn                       (int colNdx, const Vector<T, Rows>& vec);
60
61         Vector<T, Cols>                                 getRow                          (int ndx) const;
62         Vector<T, Rows>&                                getColumn                       (int ndx);
63         const Vector<T, Rows>&                  getColumn                       (int ndx) const;
64
65         Vector<T, Rows>&                                operator[]                      (int ndx)                                       { return getColumn(ndx);        }
66         const Vector<T, Rows>&                  operator[]                      (int ndx) const                         { return getColumn(ndx);        }
67
68         inline const T&                                 operator()                      (int row, int col) const        { return m_data[col][row];      }
69         inline T&                                               operator()                      (int row, int col)                      { return m_data[col][row];      }
70
71         Array<T, Rows*Cols>                             getRowMajorData         (void) const;
72         Array<T, Rows*Cols>                             getColumnMajorData      (void) const;
73
74 private:
75         Vector<Vector<T, Rows>, Cols>   m_data;
76 } DE_WARN_UNUSED_TYPE;
77
78 // Operators.
79
80 // Mat * Mat.
81 template <typename T, int Rows0, int Cols0, int Rows1, int Cols1>
82 Matrix<T, Rows0, Cols1> operator* (const Matrix<T, Rows0, Cols0>& a, const Matrix<T, Rows1, Cols1>& b);
83
84 // Mat * Vec (column vector).
85 template <typename T, int Rows, int Cols>
86 Vector<T, Rows> operator* (const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx, const Vector<T, Cols>& vec);
87
88 // Vec * Mat (row vector).
89 template <typename T, int Rows, int Cols>
90 Vector<T, Cols> operator* (const Vector<T, Rows>& vec, const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx);
91
92 template <typename T, int Rows, int Cols>
93 bool operator== (const Matrix<T, Rows, Cols>& lhs, const Matrix<T, Rows, Cols>& rhs);
94
95 template <typename T, int Rows, int Cols>
96 bool operator!= (const Matrix<T, Rows, Cols>& lhs, const Matrix<T, Rows, Cols>& rhs);
97
98 // Further operations
99
100 template <typename T, int Size>
101 struct SquareMatrixOps
102 {
103         static T                                                doDeterminant   (const Matrix<T, Size, Size>& mat);
104         static Matrix<T, Size, Size>    doInverse               (const Matrix<T, Size, Size>& mat);
105 };
106
107 template <typename T>
108 struct SquareMatrixOps<T, 2>
109 {
110         static T                                                doDeterminant   (const Matrix<T, 2, 2>& mat);
111         static Matrix<T, 2, 2>                  doInverse               (const Matrix<T, 2, 2>& mat);
112 };
113
114 template <typename T>
115 struct SquareMatrixOps<T, 3>
116 {
117         static T                                                doDeterminant   (const Matrix<T, 3, 3>& mat);
118         static Matrix<T, 3, 3>                  doInverse               (const Matrix<T, 3, 3>& mat);
119 };
120
121 template <typename T>
122 struct SquareMatrixOps<T, 4>
123 {
124         static T                                                doDeterminant   (const Matrix<T, 4, 4>& mat);
125         static Matrix<T, 4, 4>                  doInverse               (const Matrix<T, 4, 4>& mat);
126 };
127
128 namespace matrix
129 {
130
131 template <typename T, int Size>
132 T determinant (const Matrix<T, Size, Size>& mat)
133 {
134         return SquareMatrixOps<T, Size>::doDeterminant(mat);
135 }
136
137 template <typename T, int Size>
138 Matrix<T, Size, Size> inverse (const Matrix<T, Size, Size>& mat)
139 {
140         return SquareMatrixOps<T, Size>::doInverse(mat);
141 }
142
143 } // matrix
144
145 // Template implementations.
146
147 template <typename T>
148 T SquareMatrixOps<T, 2>::doDeterminant (const Matrix<T, 2, 2>& mat)
149 {
150         return mat(0,0) * mat(1,1) - mat(1,0) * mat(0,1);
151 }
152
153 template <typename T>
154 T SquareMatrixOps<T, 3>::doDeterminant (const Matrix<T, 3, 3>& mat)
155 {
156         return  + mat(0,0) * mat(1,1) * mat(2,2)
157                         + mat(0,1) * mat(1,2) * mat(2,0)
158                         + mat(0,2) * mat(1,0) * mat(2,1)
159                         - mat(0,0) * mat(1,2) * mat(2,1)
160                         - mat(0,1) * mat(1,0) * mat(2,2)
161                         - mat(0,2) * mat(1,1) * mat(2,0);
162 }
163
164 template <typename T>
165 T SquareMatrixOps<T, 4>::doDeterminant (const Matrix<T, 4, 4>& mat)
166 {
167         using matrix::determinant;
168
169         const T minorMatrices[4][3*3] =
170         {
171                 {
172                         mat(1,1),       mat(2,1),       mat(3,1),
173                         mat(1,2),       mat(2,2),       mat(3,2),
174                         mat(1,3),       mat(2,3),       mat(3,3),
175                 },
176                 {
177                         mat(1,0),       mat(2,0),       mat(3,0),
178                         mat(1,2),       mat(2,2),       mat(3,2),
179                         mat(1,3),       mat(2,3),       mat(3,3),
180                 },
181                 {
182                         mat(1,0),       mat(2,0),       mat(3,0),
183                         mat(1,1),       mat(2,1),       mat(3,1),
184                         mat(1,3),       mat(2,3),       mat(3,3),
185                 },
186                 {
187                         mat(1,0),       mat(2,0),       mat(3,0),
188                         mat(1,1),       mat(2,1),       mat(3,1),
189                         mat(1,2),       mat(2,2),       mat(3,2),
190                 }
191         };
192
193         return  + mat(0,0) * determinant(Matrix<T, 3, 3>(minorMatrices[0]))
194                         - mat(0,1) * determinant(Matrix<T, 3, 3>(minorMatrices[1]))
195                         + mat(0,2) * determinant(Matrix<T, 3, 3>(minorMatrices[2]))
196                         - mat(0,3) * determinant(Matrix<T, 3, 3>(minorMatrices[3]));
197 }
198
199 template <typename T>
200 Matrix<T, 2, 2> SquareMatrixOps<T, 2>::doInverse (const Matrix<T, 2, 2>& mat)
201 {
202         using matrix::determinant;
203
204         const T                 det             = determinant(mat);
205         Matrix<T, 2, 2> retVal;
206
207         retVal(0, 0) =  mat(1, 1) / det;
208         retVal(0, 1) = -mat(0, 1) / det;
209         retVal(1, 0) = -mat(1, 0) / det;
210         retVal(1, 1) =  mat(0, 0) / det;
211
212         return retVal;
213 }
214
215 template <typename T>
216 Matrix<T, 3, 3> SquareMatrixOps<T, 3>::doInverse (const Matrix<T, 3, 3>& mat)
217 {
218         // Blockwise inversion
219         using matrix::inverse;
220
221         const T areaA[2*2] =
222         {
223                 mat(0,0),       mat(0,1),
224                 mat(1,0),       mat(1,1)
225         };
226         const T areaB[2] =
227         {
228                 mat(0,2),
229                 mat(1,2),
230         };
231         const T areaC[2] =
232         {
233                 mat(2,0),       mat(2,1),
234         };
235         const T areaD[1] =
236         {
237                 mat(2,2)
238         };
239         const T nullField[4] = { T(0.0f) };
240
241         const Matrix<T, 2, 2>   invA = inverse(Matrix<T, 2, 2>(areaA));
242         const Matrix<T, 2, 1>   matB =         Matrix<T, 2, 1>(areaB);
243         const Matrix<T, 1, 2>   matC =         Matrix<T, 1, 2>(areaC);
244         const Matrix<T, 1, 1>   matD =         Matrix<T, 1, 1>(areaD);
245
246         const T                                 schurComplement = T(1.0f) / (matD - matC*invA*matB)(0,0);
247         const Matrix<T, 2, 2>   zeroMat         = Matrix<T, 2, 2>(nullField);
248
249         const Matrix<T, 2, 2>   blockA = invA + invA*matB*schurComplement*matC*invA;
250         const Matrix<T, 2, 1>   blockB = (zeroMat-invA)*matB*schurComplement;
251         const Matrix<T, 1, 2>   blockC = matC*invA*(-schurComplement);
252         const T                                 blockD = schurComplement;
253
254         const T result[3*3] =
255         {
256                 blockA(0,0),    blockA(0,1),    blockB(0,0),
257                 blockA(1,0),    blockA(1,1),    blockB(1,0),
258                 blockC(0,0),    blockC(0,1),    blockD,
259         };
260
261         return Matrix<T, 3, 3>(result);
262 }
263
264 template <typename T>
265 Matrix<T, 4, 4> SquareMatrixOps<T, 4>::doInverse (const Matrix<T, 4, 4>& mat)
266 {
267         // Blockwise inversion
268         using matrix::inverse;
269
270         const T areaA[2*2] =
271         {
272                 mat(0,0),       mat(0,1),
273                 mat(1,0),       mat(1,1)
274         };
275         const T areaB[2*2] =
276         {
277                 mat(0,2),       mat(0,3),
278                 mat(1,2),       mat(1,3)
279         };
280         const T areaC[2*2] =
281         {
282                 mat(2,0),       mat(2,1),
283                 mat(3,0),       mat(3,1)
284         };
285         const T areaD[2*2] =
286         {
287                 mat(2,2),       mat(2,3),
288                 mat(3,2),       mat(3,3)
289         };
290         const T nullField[4] = { T(0.0f) };
291
292         const Matrix<T, 2, 2> invA = inverse(Matrix<T, 2, 2>(areaA));
293         const Matrix<T, 2, 2> matB =         Matrix<T, 2, 2>(areaB);
294         const Matrix<T, 2, 2> matC =         Matrix<T, 2, 2>(areaC);
295         const Matrix<T, 2, 2> matD =         Matrix<T, 2, 2>(areaD);
296
297         const Matrix<T, 2, 2> schurComplement = inverse(matD - matC*invA*matB);
298         const Matrix<T, 2, 2> zeroMat         = Matrix<T, 2, 2>(nullField);
299
300         const Matrix<T, 2, 2> blockA = invA + invA*matB*schurComplement*matC*invA;
301         const Matrix<T, 2, 2> blockB = (zeroMat-invA)*matB*schurComplement;
302         const Matrix<T, 2, 2> blockC = (zeroMat-schurComplement)*matC*invA;
303         const Matrix<T, 2, 2> blockD = schurComplement;
304
305         const T result[4*4] =
306         {
307                 blockA(0,0),    blockA(0,1),    blockB(0,0),    blockB(0,1),
308                 blockA(1,0),    blockA(1,1),    blockB(1,0),    blockB(1,1),
309                 blockC(0,0),    blockC(0,1),    blockD(0,0),    blockD(0,1),
310                 blockC(1,0),    blockC(1,1),    blockD(1,0),    blockD(1,1),
311         };
312
313         return Matrix<T, 4, 4>(result);
314 }
315
316 // Initialize to identity.
317 template <typename T, int Rows, int Cols>
318 Matrix<T, Rows, Cols>::Matrix (void)
319 {
320         for (int row = 0; row < Rows; row++)
321                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
322                         (*this)(row, col) = (row == col) ? T(1) : T(0);
323 }
324
325 // Initialize to diagonal matrix.
326 template <typename T, int Rows, int Cols>
327 Matrix<T, Rows, Cols>::Matrix (const T& src)
328 {
329         for (int row = 0; row < Rows; row++)
330                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
331                         (*this)(row, col) = (row == col) ? src : T(0);
332 }
333
334 // Initialize from data array.
335 template <typename T, int Rows, int Cols>
336 Matrix<T, Rows, Cols>::Matrix (const T src[Rows*Cols])
337 {
338         for (int row = 0; row < Rows; row++)
339                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
340                         (*this)(row, col) = src[row*Cols + col];
341 }
342
343 // Initialize to diagonal matrix.
344 template <typename T, int Rows, int Cols>
345 Matrix<T, Rows, Cols>::Matrix (const Vector<T, Rows>& src)
346 {
347         DE_STATIC_ASSERT(Rows == Cols);
348         for (int row = 0; row < Rows; row++)
349                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
350                         (*this)(row, col) = (row == col) ? src.m_data[row] : T(0);
351 }
352
353 // Copy constructor.
354 template <typename T, int Rows, int Cols>
355 Matrix<T, Rows, Cols>::Matrix (const Matrix<T, Rows, Cols>& src)
356 {
357         *this = src;
358 }
359
360 // Destructor.
361 template <typename T, int Rows, int Cols>
362 Matrix<T, Rows, Cols>::~Matrix (void)
363 {
364 }
365
366 // Assignment operator.
367 template <typename T, int Rows, int Cols>
368 Matrix<T, Rows, Cols>& Matrix<T, Rows, Cols>::operator= (const Matrix<T, Rows, Cols>& src)
369 {
370         for (int row = 0; row < Rows; row++)
371                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
372                         (*this)(row, col) = src(row, col);
373         return *this;
374 }
375
376 // Multipy and assign op
377 template <typename T, int Rows, int Cols>
378 Matrix<T, Rows, Cols>& Matrix<T, Rows, Cols>::operator*= (const Matrix<T, Rows, Cols>& src)
379 {
380         *this = *this * src;
381         return *this;
382 }
383
384 template <typename T, int Rows, int Cols>
385 void Matrix<T, Rows, Cols>::setRow (int rowNdx, const Vector<T, Cols>& vec)
386 {
387         for (int col = 0; col < Cols; col++)
388                 (*this)(rowNdx, col) = vec.m_data[col];
389 }
390
391 template <typename T, int Rows, int Cols>
392 void Matrix<T, Rows, Cols>::setColumn (int colNdx, const Vector<T, Rows>& vec)
393 {
394         m_data[colNdx] = vec;
395 }
396
397 template <typename T, int Rows, int Cols>
398 Vector<T, Cols> Matrix<T, Rows, Cols>::getRow (int rowNdx) const
399 {
400         Vector<T, Cols> res;
401         for (int col = 0; col < Cols; col++)
402                 res[col] = (*this)(rowNdx, col);
403         return res;
404 }
405
406 template <typename T, int Rows, int Cols>
407 Vector<T, Rows>& Matrix<T, Rows, Cols>::getColumn (int colNdx)
408 {
409         return m_data[colNdx];
410 }
411
412 template <typename T, int Rows, int Cols>
413 const Vector<T, Rows>& Matrix<T, Rows, Cols>::getColumn (int colNdx) const
414 {
415         return m_data[colNdx];
416 }
417
418 template <typename T, int Rows, int Cols>
419 Array<T, Rows*Cols> Matrix<T, Rows, Cols>::getColumnMajorData (void) const
420 {
421         Array<T, Rows*Cols> a;
422         T* dst = a.getPtr();
423         for (int col = 0; col < Cols; col++)
424                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
425                         *dst++ = (*this)(row, col);
426         return a;
427 }
428
429 template <typename T, int Rows, int Cols>
430 Array<T, Rows*Cols> Matrix<T, Rows, Cols>::getRowMajorData (void) const
431 {
432         Array<T, Rows*Cols> a;
433         T* dst = a.getPtr();
434         for (int row = 0; row < Rows; row++)
435                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
436                         *dst++ = (*this)(row, col);
437         return a;
438 }
439
440 // Multiplication of two matrices.
441 template <typename T, int Rows0, int Cols0, int Rows1, int Cols1>
442 Matrix<T, Rows0, Cols1> operator* (const Matrix<T, Rows0, Cols0>& a, const Matrix<T, Rows1, Cols1>& b)
443 {
444         DE_STATIC_ASSERT(Cols0 == Rows1);
445         Matrix<T, Rows0, Cols1> res;
446         for (int row = 0; row < Rows0; row++)
447         {
448                 for (int col = 0; col < Cols1; col++)
449                 {
450                         T v = T(0);
451                         for (int ndx = 0; ndx < Cols0; ndx++)
452                                 v += a(row,ndx) * b(ndx,col);
453                         res(row,col) = v;
454                 }
455         }
456         return res;
457 }
458
459 // Multiply of matrix with column vector.
460 template <typename T, int Rows, int Cols>
461 Vector<T, Rows> operator* (const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx, const Vector<T, Cols>& vec)
462 {
463         Vector<T, Rows> res;
464         for (int row = 0; row < Rows; row++)
465         {
466                 T v = T(0);
467                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
468                         v += mtx(row,col) * vec.m_data[col];
469                 res.m_data[row] = v;
470         }
471         return res;
472 }
473
474 // Multiply of matrix with row vector.
475 template <typename T, int Rows, int Cols>
476 Vector<T, Cols> operator* (const Vector<T, Rows>& vec, const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx)
477 {
478         Vector<T, Cols> res;
479         for (int col = 0; col < Cols; col++)
480         {
481                 T v = T(0);
482                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
483                         v += mtx(row,col) * vec.m_data[row];
484                 res.m_data[col] = v;
485         }
486         return res;
487 }
488
489 // Common typedefs.
490 typedef Matrix<float, 2, 2>             Matrix2f;
491 typedef Matrix<float, 3, 3>             Matrix3f;
492 typedef Matrix<float, 4, 4>             Matrix4f;
493 typedef Matrix<double, 2, 2>    Matrix2d;
494 typedef Matrix<double, 3, 3>    Matrix3d;
495 typedef Matrix<double, 4, 4>    Matrix4d;
496
497 // GLSL-style naming \note CxR.
498 typedef Matrix2f                        Mat2;
499 typedef Matrix<float, 3, 2>     Mat2x3;
500 typedef Matrix<float, 4, 2>     Mat2x4;
501 typedef Matrix<float, 2, 3>     Mat3x2;
502 typedef Matrix3f                        Mat3;
503 typedef Matrix<float, 4, 3>     Mat3x4;
504 typedef Matrix<float, 2, 4>     Mat4x2;
505 typedef Matrix<float, 3, 4>     Mat4x3;
506 typedef Matrix4f                        Mat4;
507
508 // Matrix-scalar operators.
509
510 template <typename T, int Rows, int Cols>
511 Matrix<T, Rows, Cols> operator+ (const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx, T scalar)
512 {
513         Matrix<T, Rows, Cols> res;
514         for (int col = 0; col < Cols; col++)
515                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
516                         res(row, col) = mtx(row, col) + scalar;
517         return res;
518 }
519
520 template <typename T, int Rows, int Cols>
521 Matrix<T, Rows, Cols> operator- (const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx, T scalar)
522 {
523         Matrix<T, Rows, Cols> res;
524         for (int col = 0; col < Cols; col++)
525                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
526                         res(row, col) = mtx(row, col) - scalar;
527         return res;
528 }
529
530 template <typename T, int Rows, int Cols>
531 Matrix<T, Rows, Cols> operator* (const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx, T scalar)
532 {
533         Matrix<T, Rows, Cols> res;
534         for (int col = 0; col < Cols; col++)
535                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
536                         res(row, col) = mtx(row, col) * scalar;
537         return res;
538 }
539
540 template <typename T, int Rows, int Cols>
541 Matrix<T, Rows, Cols> operator/ (const Matrix<T, Rows, Cols>& mtx, T scalar)
542 {
543         Matrix<T, Rows, Cols> res;
544         for (int col = 0; col < Cols; col++)
545                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
546                         res(row, col) = mtx(row, col) / scalar;
547         return res;
548 }
549
550 // Matrix-matrix component-wise operators.
551
552 template <typename T, int Rows, int Cols>
553 Matrix<T, Rows, Cols> operator+ (const Matrix<T, Rows, Cols>& a, const Matrix<T, Rows, Cols>& b)
554 {
555         Matrix<T, Rows, Cols> res;
556         for (int col = 0; col < Cols; col++)
557                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
558                         res(row, col) = a(row, col) + b(row, col);
559         return res;
560 }
561
562 template <typename T, int Rows, int Cols>
563 Matrix<T, Rows, Cols> operator- (const Matrix<T, Rows, Cols>& a, const Matrix<T, Rows, Cols>& b)
564 {
565         Matrix<T, Rows, Cols> res;
566         for (int col = 0; col < Cols; col++)
567                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
568                         res(row, col) = a(row, col) - b(row, col);
569         return res;
570 }
571
572 template <typename T, int Rows, int Cols>
573 Matrix<T, Rows, Cols> operator/ (const Matrix<T, Rows, Cols>& a, const Matrix<T, Rows, Cols>& b)
574 {
575         Matrix<T, Rows, Cols> res;
576         for (int col = 0; col < Cols; col++)
577                 for (int row = 0; row < Rows; row++)
578                         res(row, col) = a(row, col) / b(row, col);
579         return res;
580 }
581
582 template <typename T, int Rows, int Cols>
583 bool operator== (const Matrix<T, Rows, Cols>& lhs, const Matrix<T, Rows, Cols>& rhs)
584 {
585         for (int row = 0; row < Rows; row++)
586                 for (int col = 0; col < Cols; col++)
587                         if (lhs(row, col) != rhs(row, col))
588                                 return false;
589         return true;
590 }
591
592 template <typename T, int Rows, int Cols>
593 bool operator!= (const Matrix<T, Rows, Cols>& lhs, const Matrix<T, Rows, Cols>& rhs)
594 {
595         return !(lhs == rhs);
596 }
597
598 } // tcu
599
600 #endif // _TCUMATRIX_HPP