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[simgear.git] / simgear / math / SGVec3.hxx
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@@ -1,9 +1,75 @@
+// Copyright (C) 2006  Mathias Froehlich - Mathias.Froehlich@web.de
+//
+// This library is free software; you can redistribute it and/or
+// modify it under the terms of the GNU Library General Public
+// License as published by the Free Software Foundation; either
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+//
+// This library is distributed in the hope that it will be useful,
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+// along with this program; if not, write to the Free Software
+// Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
+//
+
 #ifndef SGVec3_H
 #define SGVec3_H
 
+#include <osg/Vec3f>
+#include <osg/Vec3d>
+
+template<typename T>
+struct SGVec3Storage {
+  /// Readonly raw storage interface
+  const T (&data(void) const)[3]
+  { return _data; }
+  /// Readonly raw storage interface
+  T (&data(void))[3]
+  { return _data; }
+
+  void osg() const
+  { }
+
+private:
+  T _data[3];
+};
+
+template<>
+struct SGVec3Storage<float> : public osg::Vec3f {
+  /// Access raw data by index, the index is unchecked
+  const float (&data(void) const)[3]
+  { return osg::Vec3f::_v; }
+  /// Access raw data by index, the index is unchecked
+  float (&data(void))[3]
+  { return osg::Vec3f::_v; }
+
+  const osg::Vec3f& osg() const
+  { return *this; }
+  osg::Vec3f& osg()
+  { return *this; }
+};
+
+template<>
+struct SGVec3Storage<double> : public osg::Vec3d {
+  /// Access raw data by index, the index is unchecked
+  const double (&data(void) const)[3]
+  { return osg::Vec3d::_v; }
+  /// Access raw data by index, the index is unchecked
+  double (&data(void))[3]
+  { return osg::Vec3d::_v; }
+
+  const osg::Vec3d& osg() const
+  { return *this; }
+  osg::Vec3d& osg()
+  { return *this; }
+};
+
 /// 3D Vector Class
 template<typename T>
-class SGVec3 {
+class SGVec3 : protected SGVec3Storage<T> {
 public:
   typedef T value_type;
 
@@ -16,75 +82,77 @@ public:
     /// uninitialized values in the debug build very fast ...
 #ifndef NDEBUG
     for (unsigned i = 0; i < 3; ++i)
-      _data[i] = SGLimits<T>::quiet_NaN();
+      data()[i] = SGLimits<T>::quiet_NaN();
 #endif
   }
   /// Constructor. Initialize by the given values
   SGVec3(T x, T y, T z)
-  { _data[0] = x; _data[1] = y; _data[2] = z; }
+  { data()[0] = x; data()[1] = y; data()[2] = z; }
   /// Constructor. Initialize by the content of a plain array,
   /// make sure it has at least 3 elements
-  explicit SGVec3(const T* data)
-  { _data[0] = data[0]; _data[1] = data[1]; _data[2] = data[2]; }
-  /// Constructor. Initialize by a geodetic coordinate
-  /// Note that this conversion is relatively expensive to compute
-  SGVec3(const SGGeod& geod)
-  { SGGeodesy::SGGeodToCart(geod, *this); }
-  /// Constructor. Initialize by a geocentric coordinate
-  /// Note that this conversion is relatively expensive to compute
-  SGVec3(const SGGeoc& geoc)
-  { SGGeodesy::SGGeocToCart(geoc, *this); }
+  explicit SGVec3(const T* d)
+  { data()[0] = d[0]; data()[1] = d[1]; data()[2] = d[2]; }
+  explicit SGVec3(const osg::Vec3f& d)
+  { data()[0] = d[0]; data()[1] = d[1]; data()[2] = d[2]; }
+  explicit SGVec3(const osg::Vec3d& d)
+  { data()[0] = d[0]; data()[1] = d[1]; data()[2] = d[2]; }
 
   /// Access by index, the index is unchecked
   const T& operator()(unsigned i) const
-  { return _data[i]; }
+  { return data()[i]; }
   /// Access by index, the index is unchecked
   T& operator()(unsigned i)
-  { return _data[i]; }
+  { return data()[i]; }
+
+  /// Access raw data by index, the index is unchecked
+  const T& operator[](unsigned i) const
+  { return data()[i]; }
+  /// Access raw data by index, the index is unchecked
+  T& operator[](unsigned i)
+  { return data()[i]; }
 
   /// Access the x component
   const T& x(void) const
-  { return _data[0]; }
+  { return data()[0]; }
   /// Access the x component
   T& x(void)
-  { return _data[0]; }
+  { return data()[0]; }
   /// Access the y component
   const T& y(void) const
-  { return _data[1]; }
+  { return data()[1]; }
   /// Access the y component
   T& y(void)
-  { return _data[1]; }
+  { return data()[1]; }
   /// Access the z component
   const T& z(void) const
-  { return _data[2]; }
+  { return data()[2]; }
   /// Access the z component
   T& z(void)
-  { return _data[2]; }
+  { return data()[2]; }
 
   /// Get the data pointer
-  const T* data(void) const
-  { return _data; }
-  /// Get the data pointer
-  T* data(void)
-  { return _data; }
+  using SGVec3Storage<T>::data;
 
   /// Readonly interface function to ssg's sgVec3/sgdVec3
   const T (&sg(void) const)[3]
-  { return _data; }
+  { return data(); }
   /// Interface function to ssg's sgVec3/sgdVec3
   T (&sg(void))[3]
-  { return _data; }
+  { return data(); }
+
+  /// Interface function to osg's Vec3*
+  using SGVec3Storage<T>::osg;
 
   /// Inplace addition
   SGVec3& operator+=(const SGVec3& v)
-  { _data[0] += v(0); _data[1] += v(1); _data[2] += v(2); return *this; }
+  { data()[0] += v(0); data()[1] += v(1); data()[2] += v(2); return *this; }
   /// Inplace subtraction
   SGVec3& operator-=(const SGVec3& v)
-  { _data[0] -= v(0); _data[1] -= v(1); _data[2] -= v(2); return *this; }
+  { data()[0] -= v(0); data()[1] -= v(1); data()[2] -= v(2); return *this; }
   /// Inplace scalar multiplication
   template<typename S>
   SGVec3& operator*=(S s)
-  { _data[0] *= s; _data[1] *= s; _data[2] *= s; return *this; }
+  { data()[0] *= s; data()[1] *= s; data()[2] *= s; return *this; }
   /// Inplace scalar multiplication by 1/s
   template<typename S>
   SGVec3& operator/=(S s)
@@ -101,11 +169,54 @@ public:
   static SGVec3 e3(void)
   { return SGVec3(0, 0, 1); }
 
-private:
-  /// The actual data
-  T _data[3];
+  /// Constructor. Initialize by a geodetic coordinate
+  /// Note that this conversion is relatively expensive to compute
+  static SGVec3 fromGeod(const SGGeod& geod);
+  /// Constructor. Initialize by a geocentric coordinate
+  /// Note that this conversion is relatively expensive to compute
+  static SGVec3 fromGeoc(const SGGeoc& geoc);
 };
 
+template<>
+inline
+SGVec3<double>
+SGVec3<double>::fromGeod(const SGGeod& geod)
+{
+  SGVec3<double> cart;
+  SGGeodesy::SGGeodToCart(geod, cart);
+  return cart;
+}
+
+template<>
+inline
+SGVec3<float>
+SGVec3<float>::fromGeod(const SGGeod& geod)
+{
+  SGVec3<double> cart;
+  SGGeodesy::SGGeodToCart(geod, cart);
+  return SGVec3<float>(cart(0), cart(1), cart(2));
+}
+
+template<>
+inline
+SGVec3<double>
+SGVec3<double>::fromGeoc(const SGGeoc& geoc)
+{
+  SGVec3<double> cart;
+  SGGeodesy::SGGeocToCart(geoc, cart);
+  return cart;
+}
+
+template<>
+inline
+SGVec3<float>
+SGVec3<float>::fromGeoc(const SGGeoc& geoc)
+{
+  SGVec3<double> cart;
+  SGGeodesy::SGGeocToCart(geoc, cart);
+  return SGVec3<float>(cart(0), cart(1), cart(2));
+}
+
 /// Unary +, do nothing ...
 template<typename T>
 inline
@@ -148,6 +259,64 @@ SGVec3<T>
 operator*(const SGVec3<T>& v, S s)
 { return SGVec3<T>(s*v(0), s*v(1), s*v(2)); }
 
+/// component wise min
+template<typename T>
+inline
+SGVec3<T>
+min(const SGVec3<T>& v1, const SGVec3<T>& v2)
+{
+  return SGVec3<T>(SGMisc<T>::min(v1(0), v2(0)),
+                   SGMisc<T>::min(v1(1), v2(1)),
+                   SGMisc<T>::min(v1(2), v2(2)));
+}
+template<typename S, typename T>
+inline
+SGVec3<T>
+min(const SGVec3<T>& v, S s)
+{
+  return SGVec3<T>(SGMisc<T>::min(s, v(0)),
+                   SGMisc<T>::min(s, v(1)),
+                   SGMisc<T>::min(s, v(2)));
+}
+template<typename S, typename T>
+inline
+SGVec3<T>
+min(S s, const SGVec3<T>& v)
+{
+  return SGVec3<T>(SGMisc<T>::min(s, v(0)),
+                   SGMisc<T>::min(s, v(1)),
+                   SGMisc<T>::min(s, v(2)));
+}
+
+/// component wise max
+template<typename T>
+inline
+SGVec3<T>
+max(const SGVec3<T>& v1, const SGVec3<T>& v2)
+{
+  return SGVec3<T>(SGMisc<T>::max(v1(0), v2(0)),
+                   SGMisc<T>::max(v1(1), v2(1)),
+                   SGMisc<T>::max(v1(2), v2(2)));
+}
+template<typename S, typename T>
+inline
+SGVec3<T>
+max(const SGVec3<T>& v, S s)
+{
+  return SGVec3<T>(SGMisc<T>::max(s, v(0)),
+                   SGMisc<T>::max(s, v(1)),
+                   SGMisc<T>::max(s, v(2)));
+}
+template<typename S, typename T>
+inline
+SGVec3<T>
+max(S s, const SGVec3<T>& v)
+{
+  return SGVec3<T>(SGMisc<T>::max(s, v(0)),
+                   SGMisc<T>::max(s, v(1)),
+                   SGMisc<T>::max(s, v(2)));
+}
+
 /// Scalar dot product
 template<typename T>
 inline
@@ -233,6 +402,20 @@ equivalent(const SGVec3<T>& v1, const SGVec3<T>& v2)
   return equivalent(v1, v2, tol, tol);
 }
 
+/// The euclidean distance of the two vectors
+template<typename T>
+inline
+T
+dist(const SGVec3<T>& v1, const SGVec3<T>& v2)
+{ return norm(v1 - v2); }
+
+/// The squared euclidean distance of the two vectors
+template<typename T>
+inline
+T
+distSqr(const SGVec3<T>& v1, const SGVec3<T>& v2)
+{ SGVec3<T> tmp = v1 - v2; return dot(tmp, tmp); }
+
 #ifndef NDEBUG
 template<typename T>
 inline
@@ -251,14 +434,10 @@ std::basic_ostream<char_type, traits_type>&
 operator<<(std::basic_ostream<char_type, traits_type>& s, const SGVec3<T>& v)
 { return s << "[ " << v(0) << ", " << v(1) << ", " << v(2) << " ]"; }
 
-/// Two classes doing actually the same on different types
-typedef SGVec3<float> SGVec3f;
-typedef SGVec3<double> SGVec3d;
-
 inline
 SGVec3f
 toVec3f(const SGVec3d& v)
-{ return SGVec3f(v(0), v(1), v(2)); }
+{ return SGVec3f((float)v(0), (float)v(1), (float)v(2)); }
 
 inline
 SGVec3d