レイキャストを実装してみる(1) レイの生成

#pragma once

#include<glm/glm.hpp>
#include<glm/gtc/type_ptr.hpp>

#include<vector>

// グリッド一つ分
class cell {
  glm::vec3 _min;  //始点
  glm::vec3 _vecx; //方向1
  glm::vec3 _vecy; //方向2

public:
  cell(glm::vec3 _min_, glm::vec3 _vec_x, glm::vec3 _vec_y) {
    _min = _min_;
    _vecx = _vec_x;
    _vecy = _vec_y;
  }
  const glm::vec3& cmin()const {
    return _min;
  }
  const glm::vec3& cvecx()const {
    return _vecx;
  }
  const glm::vec3& cvecy()const {
    return _vecy;
  }

  // セルの中心
  glm::vec3 center()const {
    return _min + _vecx / 2.f + _vecy / 2.f;
  }
};


class grid {
  std::vector<cell> _cells;
  int _xcount;
  int _ycount;
  float _xwidth;
  float _ywidth;
  glm::vec3 _center;

public:

  float xwidth()const { return _xwidth; }
  float ywidth()const { return _ywidth; }
  const glm::vec3& center()const { return _center; }

  size_t cellCount()const {
    return _cells.size();
  }
  cell& operator[](const size_t index) {
    return _cells[index];
  }
  const cell& operator[](const size_t index)const {
    return _cells[index];
  }
  grid() {}

  grid(const grid& g) {
    _cells = g._cells;
    _xcount = g._xcount;
    _ycount = g._ycount;
    _xwidth = g._xwidth;
    _ywidth = g._ywidth;
    _center = g._center;
  }
  grid& operator=(const grid& g) {
    _cells = g._cells;
    _xcount = g._xcount;
    _ycount = g._ycount;
    _xwidth = g._xwidth;
    _ywidth = g._ywidth;
    _center = g._center;
  }
  grid& operator=(grid&& g) {
    _cells = std::move(g._cells);
    _xcount = g._xcount;
    _ycount = g._ycount;
    _xwidth = g._xwidth;
    _ywidth = g._ywidth;
    _center = g._center;
    return *this;
  }

  // 平面一つ分。xcount × ycountのcellからなる
  grid(
    const glm::vec3 vecX,
    const glm::vec3 vecY,
    const glm::vec3 center,
    const float width,
    const float height,
    const int xcount,
    const int ycount) {

    _xcount = xcount;
    _ycount = ycount;
    _xwidth = width;
    _ywidth = height;

    _center = center;

    glm::vec3 NVecX = glm::normalize(vecX);
    glm::vec3 NVecY = glm::normalize(vecY);

    ////////////////////
    _cells.clear();

    // セル一個の縦方向、横方向のベクトル。長さはセル一個分
    const glm::vec3 CellVX = NVecX * (_xwidth / xcount);
    const glm::vec3 CellVY = NVecY * (_ywidth / ycount);

    // 面の始点
    const glm::vec3 Start = _center - NVecX * _xwidth / 2.f - NVecY * _ywidth / 2.f;

    for (size_t y = 0; y < ycount; y++) {
      for (size_t x = 0; x < xcount; x++) {

        // 各セルの始点
        glm::vec3 from =
          Start +
          CellVX * (float)x + CellVY * (float)y;

        // セルを記録
        _cells.push_back(
          cell(
            from,
            CellVX,
            CellVY
          )
        );

      }
    }

  }


  /*
  p0        p3
  +---------+
  |         |
  |         |
  |         |
  |         |
  +---------+
  p1        p2
  */
  glm::vec3 p0(const size_t index)const {
    return _cells[index].cmin();
  }
  glm::vec3 p1(const size_t index)const {

    return
      _cells[index].cmin() +
      _cells[index].cvecx();
  }
  glm::vec3 p2(const size_t index) const {
    return
      _cells[index].cmin() +
      _cells[index].cvecx() +
      _cells[index].cvecy();
  }
  glm::vec3 p3(const size_t index) const {
    return
      _cells[index].cmin() +
      _cells[index].cvecy();
  }

};

#pragma once

#include "Grid.hpp"

#include <array>

// レイキャスト用のクラス
class my_raycast {
  grid g[2];
  float _startZ;
  float _endZ;
  int _pxwidth;
  int _pxheight;
public:
  my_raycast() {}

  int width()const { return _pxwidth; }
  int height()const { return _pxheight; }

  // レイの開始点となるグリッド、終点となるグリッドを作成する
  void set(const float startZ_, const float endZ_, const int pxwidth_, const int pxheight_);

  //グリッド取得
  const grid& get_grid(const size_t index)const {
    return g[index];
  }

  //グリッドから作成するレイの数を取得
  int ray_count() {
    return g[0].cellCount();
  }

  //グリッドから作成するレイを取得
  std::array<glm::vec3, 2> get_ray(const size_t index)const;

  //始点グリッド、終点グリッドの中間の位置を取得（表示用）
  float lookatZ()const {
    return (_startZ + _endZ) / 2.f;
  }

};

#include "raycast.hpp"

void my_raycast::set(const float startZ_, const float endZ_, const int pxwidth_, const int pxheight_) {
  _startZ = startZ_;
  _endZ = endZ_;

  _pxwidth = pxwidth_;
  _pxheight = pxheight_;

  glm::vec3 vecx(1, 0, 0);
  glm::vec3 vecy(0, 1, 0);

  g[0] = grid(
    vecx,
    vecy,
    glm::vec3(0, 0, _startZ),
    1.f, 1.f,
    pxwidth_, pxheight_
  );
  g[1] = grid(
    vecx,
    vecy,
    glm::vec3(0, 0, _endZ),
    2.f, 2.f,
    pxwidth_, pxheight_
  );

}


std::array<glm::vec3, 2> my_raycast::get_ray(const size_t index)const {
  return
    std::array<glm::vec3, 2>{
    g[0][index].center(),
      g[1][index].center()
  };

}

#include <iostream>
#include <array>

#include<GL/freeglut.h>
#include<gl/GL.h>

#include "raycast.hpp"

#include<glm/gtc/type_ptr.hpp>

#include<glm/gtc/matrix_transform.hpp>

//! @brief グリッドの可視化
//! @param [in] g グリッドオブジェクト
//! @param [in] dispcenter セルの中央を表示するか
void drawGrid(const grid& g, const bool dispcenter) {

  glLineWidth(1);
  glColor3d(1, 1, 1);
  for (size_t i = 0; i < g.cellCount(); i++) {
    glBegin(GL_LINE_LOOP);
    glVertex3fv(glm::value_ptr(g.p0(i)));
    glVertex3fv(glm::value_ptr(g.p1(i)));
    glVertex3fv(glm::value_ptr(g.p2(i)));
    glVertex3fv(glm::value_ptr(g.p3(i)));

    glEnd();
  }

  if (dispcenter) {
    glPointSize(1);
    glColor3d(1, 1, 1);
    glBegin(GL_POINTS);
    for (size_t i = 0; i < g.cellCount(); i++) {
      glVertex3fv(
        glm::value_ptr(g[i].center()));
    }
    glEnd();
  }
}



void drawXYZ() {
  glLineWidth(3);
  glBegin(GL_LINES);
  glColor3f(1, 0, 0);
  glVertex3f(0, 0, 0);
  glVertex3f(1, 0, 0);

  glColor3f(0, 1, 0);
  glVertex3f(0, 0, 0);
  glVertex3f(0, 1, 0);

  glColor3f(0, 0, 1);
  glVertex3f(0, 0, 0);
  glVertex3f(0, 0, 1);
  glEnd();
  glLineWidth(1);
}

//レイキャストオブジェクトの定義
my_raycast mydata;


//ウィンドウの幅と高さ
int width, height;

//描画関数
void disp(void) {

  glViewport(0, 0, width, height);

  glClearColor(0.2, 0.2, 0.2, 1);
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

  glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  glLoadIdentity();
  glm::mat4 proj = glm::perspectiveFov(glm::radians(45.f), (float)width, (float)height, 0.1f, 50.f);
  glLoadMatrixf(glm::value_ptr(proj));

  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
  glLoadIdentity();

  //////////////////////////////////////////
  //////////////////////////////////////////
  // カメラの設定 レイとグリッドの状態を可視化するための表示用
  float z = mydata.lookatZ();
  glm::mat4 look = glm::lookAt(
    glm::vec3(3, 2, z-2 ),// eye
    glm::vec3(0, 0, z ), // lookat
    glm::vec3(0,1, 0)   // up
  );
  glLoadMatrixf(glm::value_ptr(look));
  //////////////////////////////////////////
  // グリッドを表示 OpenGLでグリッドを可視化
  drawGrid(mydata.get_grid(0), false);//from
  drawGrid(mydata.get_grid(1), false);//to
  //////////////////////////////////////////
  // 作成したレイを表示 OpenGLでレイを可視化
  // 第０グリッドの各セルの中央から、台グリッドの各セルの中央へ線分を引く
  glBegin(GL_LINES);
  for (size_t i = 0; i < mydata.ray_count(); i++) {
    auto ray = mydata.get_ray(i);
    glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
    glVertex3fv(glm::value_ptr(ray[0]));
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    glVertex3fv(glm::value_ptr(ray[1]));
  }
  glEnd();

  drawXYZ();

  glFlush();
}

//ウィンドウサイズの変化時に呼び出される
void reshape(int w, int h) {
  width = w; height = h;

  disp();
}

//エントリポイント
int main(int argc, char** argv)
{
  glutInit(&argc, argv);
  glutInitWindowPosition(100, 50);
  glutInitWindowSize(500, 500);
  glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA);

//レイキャスト用クラスにレイの始点・終点を設定
  mydata.set(
      0.f,//始点のZ座標 
      3.f,//終点のZ座標
      10, //X方向の解像度
      10  //Y方向の解像度
  );


  glutCreateWindow("sample");
  glutDisplayFunc(disp);
  glutReshapeFunc(reshape);
  glutMainLoop();

  return 0;
}