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diff --git a/src/math/mat4.h b/src/math/mat4.h index 35b1ad2..adb2059 100644 --- a/src/math/mat4.h +++ b/src/math/mat4.h @@ -2,33 +2,157 @@ #define MATH_MAT4_H #include <array> +#include <cmath> #include "math/vector.h" namespace engine::math { -class Matrix4 { - public: - static Matrix4 idty(); - static Matrix4 translate(Vector3 v); - static Matrix4 scale(float fac); - static Matrix4 scale(Vector3 facs); - static Matrix4 rot_x(float a); - static Matrix4 rot_y(float a); - static Matrix4 rot_z(float a); - static Matrix4 projection(float aspect_ratio, float min_z, float max_z); - - std::array<float, 16> values; - - Matrix4 operator+() const; - Matrix4 operator-() const; - Matrix4 operator+(Matrix4 m) const; - Matrix4 operator-(Matrix4 m) const; - Matrix4 operator*(Matrix4 m) const; - Vector4 operator*(Vector4 v) const; - std::array<Vector4, 4> to_vecs() const; +struct Matrix4 { + static constexpr Matrix4 idty() { + return { + 1.f, 0.f, 0.f, 0.f, + 0.f, 1.f, 0.f, 0.f, + 0.f, 0.f, 1.f, 0.f, + 0.f, 0.f, 0.f, 1.f, + }; + } + + static constexpr Matrix4 translate(const Vector3& v) { + return { + 1.f, 0.f, 0.f, v.x, + 0.f, 1.f, 0.f, v.y, + 0.f, 0.f, 1.f, v.z, + 0.f, 0.f, 0.f, 1.f, + }; + } + + static constexpr Matrix4 scale(float fac) { + return { + fac, 0.f, 0.f, 0.f, + 0.f, fac, 0.f, 0.f, + 0.f, 0.f, fac, 0.f, + 0.f, 0.f, 0.f, 1.f, + }; + } + + static constexpr Matrix4 scale(const Vector3& facs) { + return { + facs.x, 0.f, 0.f, 0.f, + 0.f, facs.y, 0.f, 0.f, + 0.f, 0.f, facs.z, 0.f, + 0.f, 0.f, 0.f, 1.f, + }; + } + + static constexpr Matrix4 rot_x(float a) { + float c = std::cos(a); + float s = std::sin(a); + return { + 1.f, 0.f, 0.f, 0.f, + 0.f, c, -s, 0.f, + 0.f, s, c, 0.f, + 0.f, 0.f, 0.f, 1.f, + }; + } + + static constexpr Matrix4 rot_y(float a) { + float c = std::cos(a); + float s = std::sin(a); + return { + c, 0.f, s, 0.f, + 0.f, 1.f, 0.f, 0.f, + -s, 0.f, c, 0.f, + 0.f, 0.f, 0.f, 1.f, + }; + } + + static constexpr Matrix4 rot_z(float a) { + float c = std::cos(a); + float s = std::sin(a); + return { + c, -s, 0.f, 0.f, + s, c, 0.f, 0.f, + 0.f, 0.f, 1.f, 0.f, + 0.f, 0.f, 0.f, 1.f, + }; + } + + static constexpr Matrix4 projection(float aspect_ratio, float min_z, float max_z) { + return {{ + aspect_ratio, 0.f, 0.f, 0.f, + 0.f, -1.f, 0.f, 0.f, + 0.f, 0.f, -2.f / (max_z - min_z), -(max_z + min_z) / (max_z - min_z), + 0.f, 0.f, -1.f, 0.f, + }}; + } + + std::array<float, 4 * 4> values; + + constexpr Matrix4 operator+() const & { + return *this; + } + + constexpr Matrix4 operator-() const & { + return { + -values[ 0], -values[ 1], -values[ 2], -values[ 3], + -values[ 4], -values[ 5], -values[ 6], -values[ 7], + -values[ 8], -values[ 9], -values[10], -values[11], + -values[12], -values[13], -values[14], -values[15], + }; + } + + constexpr Matrix4 operator+(const Matrix4& m) const & { + return { + values[ 0] + m.values[ 0], values[ 1] + m.values[ 1], values[ 2] + m.values[ 2], values[ 3] + m.values[ 3], + values[ 4] + m.values[ 4], values[ 5] + m.values[ 5], values[ 6] + m.values[ 6], values[ 7] + m.values[ 7], + values[ 8] + m.values[ 8], values[ 9] + m.values[ 9], values[10] + m.values[10], values[11] + m.values[11], + values[12] + m.values[12], values[13] + m.values[13], values[14] + m.values[14], values[15] + m.values[15], + }; + } + + constexpr Matrix4 operator-(const Matrix4& m) const & { + return *this + (-m); + } + + constexpr Matrix4 operator*(const Matrix4& m) const & { + Matrix4 ret; + for (int i = 0; i < 4; i++) { + for (int j = 0; j < 4; j++) { + ret.values[i * 4 + j] = 0.f; + for (int k = 0; k < 4; k++) + ret.values[i * 4 + j] += values[i * 4 + k] * m.values[k * 4 + j]; + } + } + return ret; + } + + constexpr Vector4 operator*(const Vector4& v) const & { + return { + values[ 0] * v.x + values[ 1] * v.y + values[ 2] * v.z + values[ 3] * v.w, + values[ 4] * v.x + values[ 5] * v.y + values[ 6] * v.z + values[ 7] * v.w, + values[ 8] * v.x + values[ 9] * v.y + values[10] * v.z + values[11] * v.w, + values[12] * v.x + values[13] * v.y + values[14] * v.z + values[15] * v.w, + }; + } + + constexpr std::array<Vector4, 4> to_vecs() const & { + return {{ + { values[ 0], values[ 4], values[ 8], values[12] }, + { values[ 1], values[ 5], values[ 9], values[13] }, + { values[ 2], values[ 6], values[10], values[14] }, + { values[ 3], values[ 7], values[11], values[15] }, + }}; + } }; -Matrix4 operator*(float fac, Matrix4 m); +constexpr Matrix4 operator*(float fac, const Matrix4& m) { + return { + fac * m.values[ 0], fac * m.values[ 1], fac * m.values[ 2], fac * m.values[ 3], + fac * m.values[ 4], fac * m.values[ 5], fac * m.values[ 6], fac * m.values[ 7], + fac * m.values[ 8], fac * m.values[ 9], fac * m.values[10], fac * m.values[11], + fac * m.values[12], fac * m.values[13], fac * m.values[14], fac * m.values[15], + }; +} } |