bool CPlane::Hit(const CRay &ray, SRayIntersection &intersection) const
{
// Величина, меньше которой модуль скалярного произведения вектора направления луча и
// нормали плоскости означает параллельность луча и плоскости
const float EPSILON = std::numeric_limits<float>::epsilon();
// Нормаль к плоскости в системе координат объекта
const glm::vec3 normalInObjectSpace(m_planeEquation);
// Скалярное произведение направления луча и нормали к плоскости
const float normalDotDirection = glm::dot(ray.GetDirection(), normalInObjectSpace);
// Если скалярное произведение близко к нулю, луч параллелен плоскости
if (fabs(normalDotDirection) < EPSILON)
{
return false;
}
/*
Находим время пересечения луча с плоскостью, подставляя в уравнение плоскости точку испускания луча
и деление результата на ранее вычисленное сканярное произведение направления луча и нормали к плоскости
*/
const float hitTime = -glm::dot(glm::vec4(ray.GetStart(), 1), m_planeEquation) / normalDotDirection;
// Нас интересует только пересечение луча с плоскостью в положительный момент времени,
// поэтому находящуюся "позади" точки испускания луча точку пересечения мы за точку пересечения не считаем
// Сравнение с величиной EPSILON, а не с 0 нужно для того, чтобы позволить
// лучам, испущенным с плоскости, оторваться от нее.
// Это необходимо при обработке вторичных лучей для построения теней и отражений и преломлений
if (hitTime <= EPSILON)
{
return false;
}
// Вычисляем точку столкновения с лучом в системе координат сцены в момент столкновения
const glm::vec3 hitPoint = ray.GetPointAtTime(hitTime);
intersection.m_time = hitTime;
intersection.m_point = hitPoint;
return true;
}
bool CTriangleMesh::Hit(CRay const& ray, CIntersection & intersection) const
{
// Вычисляем обратно преобразованный луч (вместо вполнения прямого преобразования объекта)
CRay invRay = Transform(ray, GetInverseTransform());
CVector3d const& invRayStart = invRay.GetStart();
CVector3d const& invRayDirection = invRay.GetDirection();
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Здесь следует выполнить проверку на пересечение луча с ограничивающим
// объемом (bounding volume) полигональной сетки.
// При отсутствии такого пересечения луч гарантированно не будет пересекать
// ни одну из граней сетки, что позволит избежать лишних проверок:
// if (!ray_intesects_bounding_volume)
// return false;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Получаем информацию о массиве треугольников сетки
CTriangle const* const triangles = m_pMeshData->GetTriangles();
const size_t numTriangles = m_pMeshData->GetTriangleCount();
// Массив найденных пересечений луча с гранями сетки.
std::vector<FaceHit> faceHits;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Используется поиск пересечения луча со всеми гранями сетки.
// Данный подход является очень неэффективным уже на полигональных сетках,
// содержащих более нескольких десятков граней, а, тем более, сотни и тысячи граней.
//
// Для эффективного поиска столкновений следует представить полигональную сетку
// не в виде массива граней, а в виде древовидной структуры (Oct-Tree или BSP-Tree),
// что уменьшит вычислительную сложность поиска столкновений с O(N) до O(log N)
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
FaceHit hit;
for (size_t i = 0; i < numTriangles; ++i)
{
CTriangle const& triangle = triangles[i];
// Проверка на пересечение луча с треугольной гранью
if (triangle.HitTest(invRayStart, invRayDirection, hit.hitTime, hit.hitPointInObjectSpace, hit.w0, hit.w1, hit.w2))
{
// Сохраняем индекс грани и добавляем информацию в массив найденных пересечений
hit.faceIndex = i;
if (faceHits.empty())
{
// При обнаружени первого пересечения резервируем
// память сразу под 8 пересечений (для уменьшения количества операций выделения памяти)
faceHits.reserve(8);
}
faceHits.push_back(hit);
}
}
// При отсутствии пересечений выходим
if (faceHits.empty())
{
return false;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Упорядочиваем найденные пересечения по возрастанию времени столкновения
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
size_t const numHits = faceHits.size();
std::vector<FaceHit const *> hitPointers(numHits);
{
// Инициализируем массив указателей на точки пересечения
for (size_t i = 0; i < numHits; ++i)
{
hitPointers[i] = &faceHits[i];
}
// Сортируем массив указателей по возрастанию времени столкновения
// Сортируются указатели, а не сами объекты, чтобы сократить
// издержки на обмен элементов массива:
// На 32 битной платформе размер структуры FaceHit равен 64 байтам,
// а размер указателя - всего 4 байта.
if (numHits > 1)
{
std::sort(hitPointers.begin(), hitPointers.end(), HitPointerComparator());
// Теперь указатели в массиве hitPointers отсортированы
// в порядке возрастания времени столкновения луча с гранями
}
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Возвращаем информацию о найденных пересечениях
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
for (size_t i = 0; i < numHits; ++i)
{
// Получаем информацию о столкновении
FaceHit const& faceHit = *hitPointers[i];
// Сохраняем информацию только о первом пересечении
if (i == 0)
{
ExtendedHitData *hd = (ExtendedHitData*)&m_lastHitData;
hd->faceIndex = faceHit.faceIndex;
hd->vc[0] = static_cast<float>(faceHit.w0);
hd->vc[1] = static_cast<float>(faceHit.w1);
hd->vc[2] = static_cast<float>(faceHit.w2);
}
// Точка столкновения в мировой системе координат
CVector3d hitPoint = ray.GetPointAtTime(faceHit.hitTime);
// Грань, с которой произошло столкновение
CTriangle const& triangle = triangles[faceHit.faceIndex];
// Нормаль "плоской грани" во всех точках столкновения равна нормали самой грани
CVector3d normalInObjectSpace = triangle.GetPlaneEquation();
if (!triangle.IsFlatShaded())
{
// Для неплоских граней выполняется интерполяция нормалей вершин треугольника
// с учетом их весовых коэффициентов в точке пересечения
Vertex const& v0 = triangle.GetVertex0();
Vertex const& v1 = triangle.GetVertex1();
Vertex const& v2 = triangle.GetVertex2();
// Взвешенный вектор нормали
normalInObjectSpace =
faceHit.w0 * v0.normal +
faceHit.w1 * v1.normal +
faceHit.w2 * v2.normal;
}
// Нормаль в мировой системе координат
CVector3d normal = GetNormalMatrix() * normalInObjectSpace;
// Добавляем информацию о точке пересечения в объект intersection
intersection.AddHit(
CHitInfo(
faceHit.hitTime, *this,
hitPoint,
faceHit.hitPointInObjectSpace,
normal, normalInObjectSpace
)
);
}
return true;
}