geom/ellipse: add naive covering ellipse impl
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dcd789a075
102
geom/ellipse.cpp
102
geom/ellipse.cpp
@ -20,65 +20,92 @@
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#include "aabb.hpp"
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#include "ray.hpp"
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#include "sphere.hpp"
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#include "point.hpp"
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#include "quaternion.hpp"
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#include "../point.hpp"
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#include "../matrix.hpp"
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#include "../coord/iostream.hpp"
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using util::geom::ellipse;
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template <size_t S, typename T>
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static bool
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intersects (ellipse<S,T> e, util::point<S,T> p)
|
||||
{
|
||||
auto mag = (p - e.origin) * (p - e.origin) / (e.radius * e.radius);
|
||||
return std::accumulate (mag.begin (), mag.end (), 0) <= 1;
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}
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//-----------------------------------------------------------------------------
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template <size_t S, typename T, template <size_t,typename> class A, template <size_t,typename> class B>
|
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template <>
|
||||
bool
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||||
util::geom::intersects (A<S,T> a, B<S,T> b)
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util::geom::intersects (ellipse3f e, util::point3f p)
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||||
{
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return ::intersects (a, b);
|
||||
}
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||||
auto transform = util::quaternionf::from_to (e.up, {0,1,0}).as_matrix () *
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||||
util::translation (0-e.origin);
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|
||||
return all (abs (transform * p) <= e.radius);
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template <size_t DimensionV, typename ValueT>
|
||||
util::point<DimensionV,ValueT>
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||||
util::geom::project (util::geom::ray<DimensionV, ValueT> lhs,
|
||||
util::geom::ellipse<DimensionV, ValueT> rhs)
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||||
{
|
||||
return lhs.origin + lhs.direction * distance (lhs, rhs);
|
||||
//auto mag = (p - e.origin) * (p - e.origin) / (e.radius * e.radius);
|
||||
//return std::accumulate (mag.begin (), mag.end (), 0) <= 1;
|
||||
}
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||||
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||||
// query a ray-ellipse distance by transforming spaces such that the ellipse is
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||||
// a sphere
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||||
template <size_t DimensionV, typename ValueT>
|
||||
ValueT
|
||||
util::geom::distance (ray<DimensionV,ValueT> r, ellipse<DimensionV,ValueT> e)
|
||||
template <>
|
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float
|
||||
util::geom::distance (ray3f r, ellipse3f e)
|
||||
{
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||||
// find a transform that puts the ellipse at origin and scales it to a
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||||
// unit sphere.
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||||
auto const from_scaled = util::translation (e.origin.template as<vector> ()) *
|
||||
util::quaternionf::from_to ({0,1,0}, e.up) *
|
||||
util::scale (e.radius);
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auto const to_scaled = inverse (from_scaled);
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||||
// transform the ray into this new space and query against a unit sphere
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||||
auto const scaled_r = to_scaled * r;
|
||||
auto const scaled_d = distance (scaled_r, sphere<DimensionV,ValueT> {0, 1.f});
|
||||
auto const scaled_d = distance (scaled_r, sphere3f {0, 1.f});
|
||||
auto const scaled_p = scaled_r.at (scaled_d);
|
||||
|
||||
// transform the result back into the original space
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||||
return distance (r.origin, (from_scaled * scaled_p.homog ()).template redim<DimensionV> ());
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||||
return distance (r.origin, from_scaled * scaled_p);
|
||||
}
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||||
|
||||
|
||||
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||||
template <>
|
||||
util::point3f
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||||
util::geom::project (util::geom::ray3f lhs,
|
||||
util::geom::ellipse3f rhs)
|
||||
{
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||||
return lhs.origin + lhs.direction * distance (lhs, rhs);
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
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||||
util::geom::ellipse3f
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util::geom::cover (util::view<const point3f*> src)
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{
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||||
// find our major axis points and vector
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||||
const auto [a,b] = furthest (src);
|
||||
|
||||
auto const diff = b - a;
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||||
auto const dir = normalised (diff);
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||||
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||||
// find a transform such that we recentre about the origin
|
||||
auto const transform = quaternionf::from_to (dir, util::vector3f{1,0,0}).as_matrix () *
|
||||
translation (0 -a -diff*0.5f);
|
||||
|
||||
// find the maximum absolute value in each axis
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||||
util::point3f hi {0};
|
||||
|
||||
for (auto const& p: src)
|
||||
hi = max (abs (transform * p), hi);
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||||
|
||||
return ellipse3f {
|
||||
.origin = a + diff * 0.5f,
|
||||
.radius = hi.as<vector> (),
|
||||
.up = rotate ({0,1,0}, util::quaternionf::from_to ({1,0,0}, dir))
|
||||
};
|
||||
};
|
||||
|
||||
|
||||
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||||
template <size_t S, typename T>
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||||
static util::geom::aabb<S,T>
|
||||
@ -101,11 +128,24 @@ util::geom::bounds (K<S,T> k)
|
||||
|
||||
|
||||
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||||
#define INSTANTIATE_S_T(S,T) \
|
||||
template bool util::geom::intersects (ellipse<S,T>, util::point<S,T>); \
|
||||
template util::point<S,T> util::geom::project(ray<S,T>, ellipse<S,T>); \
|
||||
template util::geom::aabb<S,T> util::geom::bounds (ellipse<S,T>);
|
||||
template <size_t S, typename T>
|
||||
std::ostream&
|
||||
util::geom::operator<< (std::ostream &os, ellipse<S,T> val)
|
||||
{
|
||||
return os << "{ origin: " << val.origin
|
||||
<< ", radius: " << val.radius
|
||||
<< ", up: " << val.up
|
||||
<< " }";
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
|
||||
#define INSTANTIATE_S_T(S,T) \
|
||||
template util::geom::aabb<S,T> util::geom::bounds (ellipse<S,T>); \
|
||||
template std::ostream& util::geom::operator<< (std::ostream&, ellipse<S,T>);
|
||||
|
||||
//template util::point<S,T> util::geom::project(ray<S,T>, ellipse<S,T>);
|
||||
//template bool util::geom::intersects (ellipse<S,T>, util::point<S,T>);
|
||||
|
||||
INSTANTIATE_S_T(2,float)
|
||||
INSTANTIATE_S_T(3,float)
|
||||
|
@ -19,11 +19,13 @@
|
||||
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||||
#include "fwd.hpp"
|
||||
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||||
#include "../view.hpp"
|
||||
#include "../point.hpp"
|
||||
#include "../vector.hpp"
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#include <cstdlib>
|
||||
#include <random>
|
||||
#include <iosfwd>
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||||
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||||
|
||||
namespace util::geom {
|
||||
@ -43,6 +45,11 @@ namespace util::geom {
|
||||
using ellipse3f = ellipse<3,float>;
|
||||
|
||||
|
||||
template <size_t S, typename T>
|
||||
bool
|
||||
intersects (ellipse<S,T>, point<S,T>);
|
||||
|
||||
|
||||
/// returns the approximate surface area of the ellipse
|
||||
///
|
||||
/// the general form involves _substantially_ more expensive and
|
||||
@ -94,6 +101,14 @@ namespace util::geom {
|
||||
);
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||||
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||||
|
||||
// generate a covering ellipsoid for an arbitrary set of points
|
||||
//
|
||||
// this isn't guaranteed to be optimal in any specific sense. but it
|
||||
// ought not be outrageously inefficient...
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||||
ellipse3f
|
||||
cover (util::view<const point3f*>);
|
||||
|
||||
|
||||
/// returns a point that is uniformly distributed about the ellipse
|
||||
/// surface.
|
||||
///
|
||||
@ -122,6 +137,11 @@ namespace util::geom {
|
||||
|
||||
return self.origin + util::vector3f {x,y,z} / d;
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
template <size_t S, typename T>
|
||||
std::ostream&
|
||||
operator<< (std::ostream&, ellipse<S,T>);
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
|
@ -62,6 +62,55 @@ test_area (util::TAP::logger &tap)
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
void
|
||||
test_cover (util::TAP::logger &tap)
|
||||
{
|
||||
static struct {
|
||||
std::vector<util::point3f> cloud;
|
||||
const char *message;
|
||||
} const TESTS[] = {
|
||||
{ {
|
||||
{-1, 0, 0},
|
||||
{ 0, 0, 0},
|
||||
{ 1, 0, 0},
|
||||
}, "three spaced across x"
|
||||
},
|
||||
{ {
|
||||
{-1, 0, 0},
|
||||
{ 0, 0, 0},
|
||||
{ 1, 0, 0},
|
||||
{ 0,-1, 0},
|
||||
{ 0, 1, 0},
|
||||
}, "planar circle about origin"
|
||||
},
|
||||
{ {
|
||||
{-1, 0, 0},
|
||||
{ 0, 0, 0},
|
||||
{ 1, 0, 0},
|
||||
{ 0,-1, 0},
|
||||
{ 0, 1, 0},
|
||||
{ 0, 0,-1},
|
||||
{ 0, 0, 1},
|
||||
}, "sphere about origin"
|
||||
},
|
||||
};
|
||||
|
||||
for (auto const &t: TESTS) {
|
||||
auto const shape = util::geom::cover (util::view<const util::point3f*> {t.cloud});
|
||||
|
||||
auto const success = std::all_of (
|
||||
t.cloud.begin (),
|
||||
t.cloud.end (),
|
||||
[shape] (auto p) {
|
||||
return intersects (shape, p);
|
||||
});
|
||||
|
||||
std::cout << shape << '\n';
|
||||
tap.expect (success, "%!", t.message);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
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|
||||
int
|
||||
main ()
|
||||
@ -70,7 +119,7 @@ main ()
|
||||
|
||||
test_intersection (tap);
|
||||
test_area (tap);
|
||||
|
||||
test_cover (tap);
|
||||
|
||||
return tap.status ();
|
||||
}
|
||||
|
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