Basic matrix operations
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2569a48792
commit
c2777e2a70
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@ -0,0 +1,269 @@
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use crate::types::{eq_f64, Tuple};
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#[derive(Clone, Debug)]
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pub struct Matrix {
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width: usize,
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height: usize,
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values: Vec<f64>,
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}
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impl Matrix {
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pub fn new(width: usize, height: usize) -> Self {
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Self {
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width,
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height,
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values: vec![0.; width * height],
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}
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}
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pub fn identity() -> Self {
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let mut values = vec![0.; 16];
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values[0] = 1.;
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values[5] = 1.;
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values[10] = 1.;
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values[15] = 1.;
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Self {
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width: 4,
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height: 4,
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values,
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}
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}
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pub fn cell(&self, row: usize, column: usize) -> f64 {
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self.values[self.addr(row, column)]
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}
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pub fn cell_mut<'a>(&'a mut self, row: usize, column: usize) -> &'a mut f64 {
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let addr = self.addr(row, column);
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&mut self.values[addr]
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}
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pub fn transpose(self) -> Self {
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let mut m = Self::new(self.width, self.height);
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for row in 0..self.height {
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for column in 0..self.width {
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*m.cell_mut(row, column) = self.cell(column, row);
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}
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}
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m
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}
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#[inline]
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fn addr(&self, row: usize, column: usize) -> usize {
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row * self.width + column
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}
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}
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impl From<[[f64; 2]; 2]> for Matrix {
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fn from(s: [[f64; 2]; 2]) -> Self {
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Self {
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width: 2,
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height: 2,
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values: s.concat(),
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}
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}
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}
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impl From<[[f64; 3]; 3]> for Matrix {
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fn from(s: [[f64; 3]; 3]) -> Self {
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Self {
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width: 3,
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|
height: 3,
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||||||
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values: s.concat(),
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}
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}
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}
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impl From<[[f64; 4]; 4]> for Matrix {
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fn from(s: [[f64; 4]; 4]) -> Self {
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Self {
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||||||
|
width: 4,
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||||||
|
height: 4,
|
||||||
|
values: s.concat(),
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||||||
|
}
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}
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}
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impl PartialEq for Matrix {
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fn eq(&self, rside: &Matrix) -> bool {
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if self.width != rside.width || self.height != rside.height {
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return false;
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};
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self.values
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.iter()
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.zip(rside.values.iter())
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.all(|(l, r)| eq_f64(*l, *r))
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}
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}
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impl std::ops::Mul for Matrix {
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type Output = Matrix;
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fn mul(self, rside: Matrix) -> Matrix {
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assert_eq!(self.width, 4);
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|
assert_eq!(self.height, 4);
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assert_eq!(rside.width, 4);
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||||||
|
assert_eq!(rside.height, 4);
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let mut m = Matrix::new(self.width, self.height);
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for row in 0..4 {
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for column in 0..4 {
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|
*m.cell_mut(row, column) = self.cell(row, 0) * rside.cell(0, column)
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||||||
|
+ self.cell(row, 1) * rside.cell(1, column)
|
||||||
|
+ self.cell(row, 2) * rside.cell(2, column)
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||||||
|
+ self.cell(row, 3) * rside.cell(3, column);
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}
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}
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|
m
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|
}
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}
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impl std::ops::Mul<Tuple> for Matrix {
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type Output = Tuple;
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fn mul(self, rside: Tuple) -> Tuple {
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assert_eq!(self.width, 4);
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assert_eq!(self.height, 4);
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let mut t = [0.; 4];
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for row in 0..4 {
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|
t[row] = self.cell(row, 0) * rside.0
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|
+ self.cell(row, 1) * rside.1
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|
+ self.cell(row, 2) * rside.2
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|
+ self.cell(row, 3) * rside.3;
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}
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Tuple::from(t)
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}
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}
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#[cfg(test)]
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mod tests {
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use super::*;
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#[test]
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fn it_constructs_a_matrix() {
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let m = Matrix::from([[-3., 5.], [1., -2.]]);
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assert_eq!(m.cell(0, 0), -3.);
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|
assert_eq!(m.cell(0, 1), 5.);
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||||||
|
assert_eq!(m.cell(1, 0), 1.);
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||||||
|
assert_eq!(m.cell(1, 1), -2.);
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|
let m = Matrix::from([[-3., 5., 0.], [1., -2., -7.], [0., 1., 1.]]);
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|
assert_eq!(m.cell(0, 0), -3.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(1, 1), -2.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(2, 2), 1.);
|
||||||
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||||||
|
let m = Matrix::from([
|
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|
[1., 2., 3., 4.],
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||||||
|
[5.5, 6.5, 7.5, 8.5],
|
||||||
|
[9., 10., 11., 12.],
|
||||||
|
[13.5, 14.5, 15.5, 16.5],
|
||||||
|
]);
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|
assert_eq!(m.cell(0, 0), 1.);
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||||||
|
assert_eq!(m.cell(0, 3), 4.);
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|
assert_eq!(m.cell(1, 0), 5.5);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(1, 2), 7.5);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(2, 2), 11.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(3, 0), 13.5);
|
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|
assert_eq!(m.cell(3, 2), 15.5);
|
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|
}
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#[test]
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fn it_compares_two_matrices() {
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let a = Matrix::from([
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||||||
|
[1., 2., 3., 4.],
|
||||||
|
[5., 6., 7., 8.],
|
||||||
|
[9., 8., 7., 6.],
|
||||||
|
[5., 4., 3., 2.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let b = Matrix::from([
|
||||||
|
[1., 2., 3., 4.],
|
||||||
|
[5., 6., 7., 8.],
|
||||||
|
[9., 8., 7., 6.],
|
||||||
|
[5., 4., 3., 2.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let c = Matrix::from([
|
||||||
|
[2., 3., 4., 5.],
|
||||||
|
[6., 7., 8., 9.],
|
||||||
|
[8., 7., 6., 5.],
|
||||||
|
[4., 3., 2., 1.],
|
||||||
|
]);
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||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(a, b);
|
||||||
|
assert_ne!(a, c);
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|
}
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#[test]
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|
fn multiply_two_matrices() {
|
||||||
|
let a = Matrix::from([
|
||||||
|
[1., 2., 3., 4.],
|
||||||
|
[5., 6., 7., 8.],
|
||||||
|
[9., 8., 7., 6.],
|
||||||
|
[5., 4., 3., 2.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
let b = Matrix::from([
|
||||||
|
[-2., 1., 2., 3.],
|
||||||
|
[3., 2., 1., -1.],
|
||||||
|
[4., 3., 6., 5.],
|
||||||
|
[1., 2., 7., 8.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
let expected = Matrix::from([
|
||||||
|
[20., 22., 50., 48.],
|
||||||
|
[44., 54., 114., 108.],
|
||||||
|
[40., 58., 110., 102.],
|
||||||
|
[16., 26., 46., 42.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(a * b, expected);
|
||||||
|
}
|
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|
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#[test]
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|
fn multiply_matrix_by_tuple() {
|
||||||
|
let a = Matrix::from([
|
||||||
|
[1., 2., 3., 4.],
|
||||||
|
[2., 4., 4., 2.],
|
||||||
|
[8., 6., 4., 1.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let b = Tuple(1., 2., 3., 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(a * b, Tuple(18., 24., 33., 1.));
|
||||||
|
}
|
||||||
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|
#[test]
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|
fn identity_matrix() {
|
||||||
|
let a = Matrix::from([
|
||||||
|
[0., 1., 2., 4.],
|
||||||
|
[1., 2., 4., 8.],
|
||||||
|
[2., 4., 8., 16.],
|
||||||
|
[4., 8., 16., 32.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(a.clone() * Matrix::identity(), a);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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#[test]
|
||||||
|
fn transpose_a_matrix() {
|
||||||
|
let a = Matrix::from([
|
||||||
|
[0., 9., 3., 0.],
|
||||||
|
[9., 8., 0., 8.],
|
||||||
|
[1., 8., 5., 3.],
|
||||||
|
[0., 0., 5., 8.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
let expected = Matrix::from([
|
||||||
|
[0., 9., 1., 0.],
|
||||||
|
[9., 8., 8., 0.],
|
||||||
|
[3., 0., 5., 5.],
|
||||||
|
[0., 8., 3., 8.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(a.transpose(), expected);
|
||||||
|
}
|
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|
}
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@ -1,11 +1,13 @@
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mod canvas;
|
mod canvas;
|
||||||
mod color;
|
mod color;
|
||||||
|
mod matrix;
|
||||||
mod point;
|
mod point;
|
||||||
mod tuple;
|
mod tuple;
|
||||||
mod vector;
|
mod vector;
|
||||||
|
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||||||
pub use canvas::Canvas;
|
pub use canvas::Canvas;
|
||||||
pub use color::Color;
|
pub use color::Color;
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||||||
|
pub use matrix::Matrix;
|
||||||
pub use point::Point;
|
pub use point::Point;
|
||||||
pub use tuple::Tuple;
|
pub use tuple::Tuple;
|
||||||
pub use vector::Vector;
|
pub use vector::Vector;
|
||||||
|
|
|
@ -15,6 +15,12 @@ impl Tuple {
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
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|
impl From<[f64; 4]> for Tuple {
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||||||
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fn from(source: [f64; 4]) -> Self {
|
||||||
|
Self(source[0], source[1], source[2], source[3])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
impl PartialEq for Tuple {
|
impl PartialEq for Tuple {
|
||||||
fn eq(&self, r: &Tuple) -> bool {
|
fn eq(&self, r: &Tuple) -> bool {
|
||||||
eq_f64(self.0, r.0) && eq_f64(self.1, r.1) && eq_f64(self.2, r.2) && eq_f64(self.3, r.3)
|
eq_f64(self.0, r.0) && eq_f64(self.1, r.1) && eq_f64(self.2, r.2) && eq_f64(self.3, r.3)
|
||||||
|
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