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main
...
ray-tracer
Author | SHA1 | Date |
---|---|---|
Savanni D'Gerinel | 4d67ea4af2 | |
Savanni D'Gerinel | f347e2e47d | |
Savanni D'Gerinel | 324d37f858 | |
Savanni D'Gerinel | 59dfaf1696 | |
Savanni D'Gerinel | 2fbb468830 | |
Savanni D'Gerinel | fa4ec059f7 | |
Savanni D'Gerinel | 4f47d65ba5 | |
Savanni D'Gerinel | f15fa9dd48 | |
Savanni D'Gerinel | af75bc20c8 | |
Savanni D'Gerinel | b07925a2c3 | |
Savanni D'Gerinel | 40bfe6d74f | |
Savanni D'Gerinel | af7d8680a0 | |
Savanni D'Gerinel | 8e4f6b06e6 | |
Savanni D'Gerinel | bd899e3a2e | |
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Savanni D'Gerinel | a2aa132886 | |
Savanni D'Gerinel | 971206d325 | |
Savanni D'Gerinel | c2777e2a70 | |
Savanni D'Gerinel | 2569a48792 | |
Savanni D'Gerinel | 15d87fbde6 | |
Savanni D'Gerinel | 3c8536deb6 | |
Savanni D'Gerinel | d0a8be63e9 | |
Savanni D'Gerinel | 2a38ca38e1 | |
Savanni D'Gerinel | 39c947b461 | |
Savanni D'Gerinel | e23a4aacab | |
Savanni D'Gerinel | 01f3e05235 |
|
@ -3331,11 +3331,18 @@ dependencies = [
|
||||||
"rand_core 0.6.4",
|
"rand_core 0.6.4",
|
||||||
]
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
[[package]]
|
||||||
|
name = "ray-tracer"
|
||||||
|
version = "0.1.0"
|
||||||
|
dependencies = [
|
||||||
|
"rayon",
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
[[package]]
|
[[package]]
|
||||||
name = "rayon"
|
name = "rayon"
|
||||||
version = "1.8.0"
|
version = "1.10.0"
|
||||||
source = "registry+https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
|
source = "registry+https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
|
||||||
checksum = "9c27db03db7734835b3f53954b534c91069375ce6ccaa2e065441e07d9b6cdb1"
|
checksum = "b418a60154510ca1a002a752ca9714984e21e4241e804d32555251faf8b78ffa"
|
||||||
dependencies = [
|
dependencies = [
|
||||||
"either",
|
"either",
|
||||||
"rayon-core",
|
"rayon-core",
|
||||||
|
@ -3343,9 +3350,9 @@ dependencies = [
|
||||||
|
|
||||||
[[package]]
|
[[package]]
|
||||||
name = "rayon-core"
|
name = "rayon-core"
|
||||||
version = "1.12.0"
|
version = "1.12.1"
|
||||||
source = "registry+https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
|
source = "registry+https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
|
||||||
checksum = "5ce3fb6ad83f861aac485e76e1985cd109d9a3713802152be56c3b1f0e0658ed"
|
checksum = "1465873a3dfdaa8ae7cb14b4383657caab0b3e8a0aa9ae8e04b044854c8dfce2"
|
||||||
dependencies = [
|
dependencies = [
|
||||||
"crossbeam-deque",
|
"crossbeam-deque",
|
||||||
"crossbeam-utils",
|
"crossbeam-utils",
|
||||||
|
|
|
@ -27,5 +27,5 @@ members = [
|
||||||
"sgf",
|
"sgf",
|
||||||
"timezone-testing",
|
"timezone-testing",
|
||||||
"tree",
|
"tree",
|
||||||
"visions/server",
|
"visions/server", "ray-tracer",
|
||||||
]
|
]
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,12 @@
|
||||||
|
[package]
|
||||||
|
name = "ray-tracer"
|
||||||
|
version = "0.1.0"
|
||||||
|
edition = "2021"
|
||||||
|
|
||||||
|
# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
|
||||||
|
|
||||||
|
[dependencies]
|
||||||
|
rayon = "1.10.0"
|
||||||
|
|
||||||
|
[[bin]]
|
||||||
|
name = "projectile"
|
|
@ -0,0 +1,53 @@
|
||||||
|
use ray_tracer::{types::*, PPM};
|
||||||
|
use std::{fs::File, io::Write};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Clone, Copy)]
|
||||||
|
struct Projectile {
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||||||
|
position: Point,
|
||||||
|
velocity: Vector,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
struct Environment {
|
||||||
|
gravity: Vector,
|
||||||
|
wind: Vector,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn tick(env: &Environment, proj: &Projectile) -> Projectile {
|
||||||
|
let position = proj.position + proj.velocity;
|
||||||
|
let velocity = proj.velocity + env.gravity + env.wind;
|
||||||
|
Projectile { position, velocity }
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn main() {
|
||||||
|
let mut canvas = Canvas::new(900, 550);
|
||||||
|
|
||||||
|
let start = Projectile {
|
||||||
|
position: Point::new(0., 1., 0.),
|
||||||
|
velocity: Vector::new(1., 5., 0.).normalize() * 5.,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
let e = Environment {
|
||||||
|
gravity: Vector::new(0., -0.1, 0.),
|
||||||
|
wind: Vector::new(-0.01, 0., 0.),
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut p = start;
|
||||||
|
while p.position.y() > 0. {
|
||||||
|
p = tick(&e, &p);
|
||||||
|
|
||||||
|
let x = p.position.x().round() as usize;
|
||||||
|
let y = p.position.y().round() as usize;
|
||||||
|
if x > 1 && x < 900 && y > 1 && y < 550 {
|
||||||
|
*canvas.pixel_mut(x, 550 - y - 1) = Color::new(1., 1., 0.);
|
||||||
|
*canvas.pixel_mut(x+1, 550 - y - 1) = Color::new(1., 1., 0.);
|
||||||
|
*canvas.pixel_mut(x-1, 550 - y - 1) = Color::new(1., 1., 0.);
|
||||||
|
*canvas.pixel_mut(x, 550 - y) = Color::new(1., 1., 0.);
|
||||||
|
*canvas.pixel_mut(x, 550 - y - 2) = Color::new(1., 1., 0.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
let ppm = PPM::from(&canvas);
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut file = File::create("projectile.ppm").unwrap();
|
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|
let _ = file.write(ppm.as_bytes());
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,125 @@
|
||||||
|
use ray_tracer::{types::*, PPM};
|
||||||
|
use rayon::prelude::*;
|
||||||
|
use std::{
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||||||
|
fs::File,
|
||||||
|
io::Write,
|
||||||
|
sync::{Arc, RwLock},
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
const SIZE: usize = 1000;
|
||||||
|
|
||||||
|
const EPSILON: f64 = 0.00001;
|
||||||
|
|
||||||
|
fn eq_f64(l: f64, r: f64) -> bool {
|
||||||
|
(l - r).abs() < EPSILON
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
fn render(
|
||||||
|
camera: &Point,
|
||||||
|
light: &PointLight,
|
||||||
|
sphere: &Sphere,
|
||||||
|
wall_z: f64,
|
||||||
|
wall_size: f64,
|
||||||
|
filename: &str,
|
||||||
|
) {
|
||||||
|
let canvas = Arc::new(RwLock::new(Canvas::new(SIZE, SIZE)));
|
||||||
|
|
||||||
|
let pixel_size = wall_size / SIZE as f64;
|
||||||
|
let half = wall_size / 2.;
|
||||||
|
|
||||||
|
let ray = Ray::new(camera.clone(), (Point::new(0., 0., wall_z) - camera).normalize());
|
||||||
|
let xs = ray.intersect(sphere);
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
match xs.hit() {
|
||||||
|
Some(hit) => {
|
||||||
|
let point = ray.position(hit.t);
|
||||||
|
let normal = hit.object.normal_at(&point);
|
||||||
|
let eye = -ray.direction;
|
||||||
|
let color = hit.object.material().lighting(&light, &point, &eye, &normal);
|
||||||
|
println!("{:?}", color);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
None => {}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
(0..SIZE).into_par_iter().for_each(|x| {
|
||||||
|
(0..SIZE).into_par_iter().for_each(|y| {
|
||||||
|
let world_x = -half + pixel_size * x as f64;
|
||||||
|
let world_y = half - pixel_size * y as f64;
|
||||||
|
let position = Point::new(world_x, world_y, wall_z);
|
||||||
|
|
||||||
|
let ray = Ray::new(camera.clone(), (position - camera).normalize());
|
||||||
|
let xs = ray.intersect(sphere);
|
||||||
|
match xs.hit() {
|
||||||
|
Some(hit) => {
|
||||||
|
let point = ray.position(hit.t);
|
||||||
|
let normal = hit.object.normal_at(&point);
|
||||||
|
let eye = -ray.direction;
|
||||||
|
|
||||||
|
let color = hit
|
||||||
|
.object
|
||||||
|
.material()
|
||||||
|
.lighting(&light, &point, &eye, &normal);
|
||||||
|
*canvas.write().unwrap().pixel_mut(x, y) = color;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
None => {}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
});
|
||||||
|
});
|
||||||
|
|
||||||
|
let ppm = PPM::from(&*canvas.read().unwrap());
|
||||||
|
let mut file = File::create(filename).unwrap();
|
||||||
|
let _ = file.write(ppm.as_bytes());
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
fn main() {
|
||||||
|
let mut sphere = Sphere::default();
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut material = Material::default();
|
||||||
|
material.color = Color::new(1., 0.2, 1.);
|
||||||
|
*sphere.material_mut() = material;
|
||||||
|
|
||||||
|
let camera = Point::new(0., 0., -5.);
|
||||||
|
let wall_z = 10.;
|
||||||
|
let wall_size = 7.;
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(-5., 5., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
|
||||||
|
render(&camera, &light, &sphere, wall_z, wall_size, "sphere_1.ppm");
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
{
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., 0., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
println!("Light at {:0.2} {:0.2} {:0.2}", light.position.x(), light.position.y(), light.position.z());
|
||||||
|
render(&camera, &light, &sphere, wall_z, wall_size, "sphere_1.ppm");
|
||||||
|
println!();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
{
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(-2., 0., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
println!("Light at {:0.2} {:0.2} {:0.2}", light.position.x(), light.position.y(), light.position.z());
|
||||||
|
render(&camera, &light, &sphere, wall_z, wall_size, "sphere_2.ppm");
|
||||||
|
println!();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
{
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(2., 0., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
println!("Light at {:0.2} {:0.2} {:0.2}", light.position.x(), light.position.y(), light.position.z());
|
||||||
|
render(&camera, &light, &sphere, wall_z, wall_size, "sphere_3.ppm");
|
||||||
|
println!();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
{
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., -2., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
println!("Light at {:0.2} {:0.2} {:0.2}", light.position.x(), light.position.y(), light.position.z());
|
||||||
|
render(&camera, &light, &sphere, wall_z, wall_size, "sphere_4.ppm");
|
||||||
|
println!();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
{
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., 2., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
println!("Light at {:0.2} {:0.2} {:0.2}", light.position.x(), light.position.y(), light.position.z());
|
||||||
|
render(&camera, &light, &sphere, wall_z, wall_size, "sphere_5.ppm");
|
||||||
|
println!();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,5 @@
|
||||||
|
mod ppm;
|
||||||
|
pub mod transforms;
|
||||||
|
pub mod types;
|
||||||
|
|
||||||
|
pub use ppm::PPM;
|
|
@ -0,0 +1,118 @@
|
||||||
|
use crate::types::Canvas;
|
||||||
|
|
||||||
|
fn color_float_to_int(val: f64) -> u8 {
|
||||||
|
(val * 256.).clamp(0., 255.) as u8
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn join_to_line_limit(data: impl IntoIterator<Item = String>) -> Vec<String> {
|
||||||
|
let mut lines = vec![];
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut line = String::new();
|
||||||
|
for element in data {
|
||||||
|
if line.is_empty() {
|
||||||
|
line = line + &element;
|
||||||
|
} else if line.len() + 1 + element.len() < 70 {
|
||||||
|
line = line + " " + &element;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
lines.push(line);
|
||||||
|
line = element;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if !line.is_empty() {
|
||||||
|
lines.push(line);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
lines
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Debug)]
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||||||
|
pub struct PPM(String);
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<&Canvas> for PPM {
|
||||||
|
fn from(c: &Canvas) -> Self {
|
||||||
|
// let v = vec![0.; c.width() * c.height() * 3];
|
||||||
|
let header = format!("P3\n{} {}\n255\n", c.width(), c.height());
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut data = vec![];
|
||||||
|
for y in 0..c.height() {
|
||||||
|
let mut row = vec![];
|
||||||
|
for x in 0..c.width() {
|
||||||
|
let pixel = c.pixel(x, y);
|
||||||
|
row.push(color_float_to_int(pixel.red()).to_string());
|
||||||
|
row.push(color_float_to_int(pixel.green()).to_string());
|
||||||
|
row.push(color_float_to_int(pixel.blue()).to_string());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
let mut lines = join_to_line_limit(row);
|
||||||
|
data.append(&mut lines);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
let data = data.join("\n");
|
||||||
|
|
||||||
|
Self(format!("{header}{data}\n"))
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Deref for PPM {
|
||||||
|
type Target = String;
|
||||||
|
fn deref(&self) -> &String {
|
||||||
|
&self.0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
|
use crate::types::Color;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn construct_ppm_header() {
|
||||||
|
let c = Canvas::new(5, 3);
|
||||||
|
let ppm = PPM::from(&c);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert!(ppm.starts_with(
|
||||||
|
"P3\n\
|
||||||
|
5 3\n\
|
||||||
|
255\n"
|
||||||
|
));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn construct_full_ppm_data() {
|
||||||
|
let mut c = Canvas::new(5, 3);
|
||||||
|
*c.pixel_mut(0, 0) = Color::new(1.5, 0., 0.);
|
||||||
|
*c.pixel_mut(2, 1) = Color::new(0., 0.5, 0.);
|
||||||
|
*c.pixel_mut(4, 2) = Color::new(-0.5, 0., 1.);
|
||||||
|
|
||||||
|
let expected = "P3\n\
|
||||||
|
5 3\n\
|
||||||
|
255\n\
|
||||||
|
255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0\n\
|
||||||
|
0 0 0 0 0 0 0 128 0 0 0 0 0 0 0\n\
|
||||||
|
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255\n";
|
||||||
|
|
||||||
|
let ppm = PPM::from(&c);
|
||||||
|
assert_eq!(*ppm, expected);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn ppm_line_length_limit() {
|
||||||
|
let mut c = Canvas::new(10, 2);
|
||||||
|
for y in 0..2 {
|
||||||
|
for x in 0..10 {
|
||||||
|
*c.pixel_mut(x, y) = Color::new(1., 0.8, 0.6);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
let expected = "P3\n\
|
||||||
|
10 2\n\
|
||||||
|
255\n\
|
||||||
|
255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204\n\
|
||||||
|
153 255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204 153\n\
|
||||||
|
255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204\n\
|
||||||
|
153 255 204 153 255 204 153 255 204 153 255 204 153\n";
|
||||||
|
|
||||||
|
let ppm = PPM::from(&c);
|
||||||
|
assert_eq!(*ppm, expected);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,219 @@
|
||||||
|
use crate::types::Matrix;
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn translation(x: f64, y: f64, z: f64) -> Matrix {
|
||||||
|
Matrix::from([
|
||||||
|
[1., 0., 0., x],
|
||||||
|
[0., 1., 0., y],
|
||||||
|
[0., 0., 1., z],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn scaling(x: f64, y: f64, z: f64) -> Matrix {
|
||||||
|
Matrix::from([
|
||||||
|
[x, 0., 0., 0.],
|
||||||
|
[0., y, 0., 0.],
|
||||||
|
[0., 0., z, 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn rotation_x(r: f64) -> Matrix {
|
||||||
|
Matrix::from([
|
||||||
|
[1., 0., 0., 0.],
|
||||||
|
[0., r.cos(), -r.sin(), 0.],
|
||||||
|
[0., r.sin(), r.cos(), 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn rotation_y(r: f64) -> Matrix {
|
||||||
|
Matrix::from([
|
||||||
|
[r.cos(), 0., r.sin(), 0.],
|
||||||
|
[0., 1., 0., 0.],
|
||||||
|
[-r.sin(), 0., r.cos(), 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn rotation_z(r: f64) -> Matrix {
|
||||||
|
Matrix::from([
|
||||||
|
[r.cos(), -r.sin(), 0., 0.],
|
||||||
|
[r.sin(), r.cos(), 0., 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 1., 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn shearing(
|
||||||
|
x_by_y: f64,
|
||||||
|
x_by_z: f64,
|
||||||
|
y_by_x: f64,
|
||||||
|
y_by_z: f64,
|
||||||
|
z_by_x: f64,
|
||||||
|
z_by_y: f64,
|
||||||
|
) -> Matrix {
|
||||||
|
Matrix::from([
|
||||||
|
[1., x_by_y, x_by_z, 0.],
|
||||||
|
[y_by_x, 1., y_by_z, 0.],
|
||||||
|
[z_by_x, z_by_y, 1., 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
|
use crate::types::{Point, Vector};
|
||||||
|
use std::f64::consts::PI;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn multiply_by_translation_matrix() {
|
||||||
|
let tr = translation(5., -3., 2.);
|
||||||
|
let p = Point::new(-3., 4., 5.);
|
||||||
|
assert_eq!(&tr * p, Point::new(2., 1., 7.));
|
||||||
|
|
||||||
|
let inv = tr.inverse();
|
||||||
|
assert_eq!(inv * p, Point::new(-8., 7., 3.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn translation_does_not_affect_vectors() {
|
||||||
|
let tr = translation(5., -3., 2.);
|
||||||
|
let v = Vector::new(-3., 4., 5.);
|
||||||
|
assert_eq!(tr * v, v);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn scaling_matrix_applied_to_point() {
|
||||||
|
let tr = scaling(2., 3., 4.);
|
||||||
|
let p = Point::new(-4., 6., 8.);
|
||||||
|
let v = Vector::new(-4., 6., 8.);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(&tr * p, Point::new(-8., 18., 32.));
|
||||||
|
assert_eq!(tr * v, Vector::new(-8., 18., 32.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn reflection_is_scaling_by_negative_value() {
|
||||||
|
let tr = scaling(-1., 1., 1.);
|
||||||
|
let p = Point::new(2., 3., 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(tr * p, Point::new(-2., 3., 4.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn rotate_point_around_x() {
|
||||||
|
let p = Point::new(0., 1., 0.);
|
||||||
|
let half_quarter = rotation_x(PI / 4.);
|
||||||
|
let full_quarter = rotation_x(PI / 2.);
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
half_quarter * p,
|
||||||
|
Point::new(0., 2_f64.sqrt() / 2., 2_f64.sqrt() / 2.)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
assert_eq!(full_quarter * p, Point::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn inverse_rotates_opposite_direction() {
|
||||||
|
let p = Point::new(0., 1., 0.);
|
||||||
|
let half_quarter = rotation_x(PI / 4.);
|
||||||
|
let inv = half_quarter.inverse();
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
inv * p,
|
||||||
|
Point::new(0., 2_f64.sqrt() / 2., -2_f64.sqrt() / 2.)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn rotate_around_y() {
|
||||||
|
let p = Point::new(0., 0., 1.);
|
||||||
|
let half_quarter = rotation_y(PI / 4.);
|
||||||
|
let full_quarter = rotation_y(PI / 2.);
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
half_quarter * p,
|
||||||
|
Point::new(2_f64.sqrt() / 2., 0., 2_f64.sqrt() / 2.)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
assert_eq!(full_quarter * p, Point::new(1., 0., 0.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn rotate_around_z() {
|
||||||
|
let p = Point::new(0., 1., 0.);
|
||||||
|
let half_quarter = rotation_z(PI / 4.);
|
||||||
|
let full_quarter = rotation_z(PI / 2.);
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
half_quarter * p,
|
||||||
|
Point::new(-2_f64.sqrt() / 2., 2_f64.sqrt() / 2., 0.)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
assert_eq!(full_quarter * p, Point::new(-1., 0., 0.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn shear_moves_x_proportionally_to_y() {
|
||||||
|
let transform = shearing(1., 0., 0., 0., 0., 0.);
|
||||||
|
let p = Point::new(2., 3., 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(transform * p, Point::new(5., 3., 4.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn shear_moves_x_proportionally_to_z() {
|
||||||
|
let transform = shearing(0., 1., 0., 0., 0., 0.);
|
||||||
|
let p = Point::new(2., 3., 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(transform * p, Point::new(6., 3., 4.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn shear_moves_y_proportionally_to_x() {
|
||||||
|
let transform = shearing(0., 0., 1., 0., 0., 0.);
|
||||||
|
let p = Point::new(2., 3., 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(transform * p, Point::new(2., 5., 4.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn shear_moves_y_proportionally_to_z() {
|
||||||
|
let transform = shearing(0., 0., 0., 1., 0., 0.);
|
||||||
|
let p = Point::new(2., 3., 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(transform * p, Point::new(2., 7., 4.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn shear_moves_z_proportionally_to_x() {
|
||||||
|
let transform = shearing(0., 0., 0., 0., 1., 0.);
|
||||||
|
let p = Point::new(2., 3., 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(transform * p, Point::new(2., 3., 6.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn shear_moves_z_proportionally_to_y() {
|
||||||
|
let transform = shearing(0., 0., 0., 0., 0., 1.);
|
||||||
|
let p = Point::new(2., 3., 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(transform * p, Point::new(2., 3., 7.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn individual_transformations_are_applied_in_sequence() {
|
||||||
|
let p = Point::new(1., 0., 1.);
|
||||||
|
let rotation = rotation_x(PI / 2.);
|
||||||
|
let scale = scaling(5., 5., 5.);
|
||||||
|
let translate = translation(10., 5., 7.);
|
||||||
|
|
||||||
|
let p2 = rotation * p;
|
||||||
|
assert_eq!(p2, Point::new(1., -1., 0.));
|
||||||
|
|
||||||
|
let p3 = scale * p2;
|
||||||
|
assert_eq!(p3, Point::new(5., -5., 0.));
|
||||||
|
|
||||||
|
let p4 = translate * p3;
|
||||||
|
assert_eq!(p4, Point::new(15., 0., 7.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn chained_translations() {
|
||||||
|
let p = Point::new(1., 0., 1.);
|
||||||
|
let rotation = rotation_x(PI / 2.);
|
||||||
|
let scale = scaling(5., 5., 5.);
|
||||||
|
let translate = translation(10., 5., 7.);
|
||||||
|
let tr = translate * scale * rotation;
|
||||||
|
assert_eq!(tr * p, Point::new(15., 0., 7.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,59 @@
|
||||||
|
use crate::types::Color;
|
||||||
|
|
||||||
|
pub struct Canvas {
|
||||||
|
width: usize,
|
||||||
|
height: usize,
|
||||||
|
pixels: Vec<Color>,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Canvas {
|
||||||
|
pub fn new(width: usize, height: usize) -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
width,
|
||||||
|
height,
|
||||||
|
pixels: vec![Color::default(); width * height],
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn width(&self) -> usize {
|
||||||
|
self.width
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn height(&self) -> usize {
|
||||||
|
self.height
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn pixel(&self, x: usize, y: usize) -> &Color {
|
||||||
|
&self.pixels[self.addr(y, x)]
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn pixel_mut(&mut self, x: usize, y: usize) -> &mut Color {
|
||||||
|
let addr = self.addr(y, x);
|
||||||
|
&mut self.pixels[addr]
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
fn addr(&self, y: usize, x: usize) -> usize {
|
||||||
|
let val = y * self.width() + x;
|
||||||
|
if val >= self.pixels.len() {
|
||||||
|
eprintln!("[{val}] out of range: [{x}, {y}]");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn addresses() {
|
||||||
|
let c = Canvas::new(5, 3);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(c.addr(0, 0), 0);
|
||||||
|
assert_eq!(c.addr(1, 0), 5);
|
||||||
|
assert_eq!(c.addr(2, 0), 10);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,86 @@
|
||||||
|
use crate::types::Tuple;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq)]
|
||||||
|
pub struct Color(Tuple);
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Color {
|
||||||
|
pub fn new(red: f64, green: f64, blue: f64) -> Self {
|
||||||
|
Self(Tuple(red, green, blue, 0.))
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn red(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn green(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.1
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn blue(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.2
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Default for Color {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
Self::new(0., 0., 0.)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<Tuple> for Color {
|
||||||
|
fn from(tuple: Tuple) -> Self {
|
||||||
|
assert_eq!(tuple.3, 0.0);
|
||||||
|
Self(tuple)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Deref for Color {
|
||||||
|
type Target = Tuple;
|
||||||
|
fn deref(&self) -> &Tuple {
|
||||||
|
&self.0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Add for Color {
|
||||||
|
type Output = Color;
|
||||||
|
fn add(self, r: Self) -> Self {
|
||||||
|
Color::from(self.0 + r.0)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub for Color {
|
||||||
|
type Output = Color;
|
||||||
|
fn sub(self, r: Self) -> Self {
|
||||||
|
Color::from(self.0 - r.0)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Neg for Color {
|
||||||
|
type Output = Color;
|
||||||
|
fn neg(self) -> Self::Output {
|
||||||
|
let mut t = -self.0;
|
||||||
|
t.0 = 0.;
|
||||||
|
Color::from(t)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul for Color {
|
||||||
|
type Output = Color;
|
||||||
|
fn mul(self, r: Color) -> Self {
|
||||||
|
let red = self.red() * r.red();
|
||||||
|
let green = self.green() * r.green();
|
||||||
|
let blue = self.blue() * r.blue();
|
||||||
|
Self::new(red, green, blue)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<f64> for Color {
|
||||||
|
type Output = Color;
|
||||||
|
fn mul(self, r: f64) -> Self {
|
||||||
|
Color::from(self.0 * r)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,39 @@
|
||||||
|
use std::cmp::Ordering;
|
||||||
|
use super::Sphere;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
|
||||||
|
pub struct Intersection<'a> {
|
||||||
|
pub t: f64,
|
||||||
|
pub object: &'a Sphere,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub struct Intersections<'a>(Vec<Intersection<'a>>);
|
||||||
|
|
||||||
|
impl<'a> Intersections<'a> {
|
||||||
|
pub fn is_empty(&'a self) -> bool {
|
||||||
|
self.0.is_empty()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn len(&'a self) -> usize {
|
||||||
|
self.0.len()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn hit(&'a self) -> Option<&Intersection<'a>> {
|
||||||
|
self.0.iter().find(|i| i.t >= 0.)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl<'a> std::ops::Index<usize> for Intersections<'a> {
|
||||||
|
type Output = Intersection<'a>;
|
||||||
|
fn index(&self, idx: usize) -> &Intersection<'a> {
|
||||||
|
&self.0[idx]
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl<'a> From<Vec<Intersection<'a>>> for Intersections<'a> {
|
||||||
|
fn from(mut v: Vec<Intersection<'a>>) -> Self {
|
||||||
|
v.sort_by(|l, r| l.t.partial_cmp(&r.t).unwrap_or(Ordering::Equal));
|
||||||
|
Self(v)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,12 @@
|
||||||
|
use super::{Color, Point};
|
||||||
|
|
||||||
|
pub struct PointLight {
|
||||||
|
pub position: Point,
|
||||||
|
pub intensity: Color,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl PointLight {
|
||||||
|
pub fn new(position: Point, intensity: Color) -> Self {
|
||||||
|
Self { position, intensity }
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,152 @@
|
||||||
|
use super::{eq_f64, Color, Point, PointLight, Vector};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Debug, PartialEq)]
|
||||||
|
pub struct Material {
|
||||||
|
pub color: Color,
|
||||||
|
pub ambient: f64,
|
||||||
|
pub diffuse: f64,
|
||||||
|
pub specular: f64,
|
||||||
|
pub shininess: f64,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Default for Material {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
color: Color::new(1., 1., 1.),
|
||||||
|
ambient: 0.1,
|
||||||
|
diffuse: 0.9,
|
||||||
|
specular: 0.9,
|
||||||
|
shininess: 200.,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Material {
|
||||||
|
pub fn lighting(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
light: &PointLight,
|
||||||
|
position: &Point,
|
||||||
|
eye: &Vector,
|
||||||
|
normal_v: &Vector,
|
||||||
|
) -> Color {
|
||||||
|
// let debug = eq_f64(position.x(), -0.09344)
|
||||||
|
// || eq_f64(position.x(), 0.09344) && eq_f64(position.y(), 0.)
|
||||||
|
// || eq_f64(position.y(), -0.09344)
|
||||||
|
// || eq_f64(position.y(), 0.09344) && eq_f64(position.x(), 0.);
|
||||||
|
// if debug {
|
||||||
|
// println!(
|
||||||
|
// "Debugging {:0.5} {:0.5} {:0.5}",
|
||||||
|
// position.x(),
|
||||||
|
// position.y(),
|
||||||
|
// position.z()
|
||||||
|
// );
|
||||||
|
// }
|
||||||
|
let effective_color = self.color * light.intensity;
|
||||||
|
|
||||||
|
let light_v = (light.position - position).normalize();
|
||||||
|
let ambient = effective_color * self.ambient;
|
||||||
|
|
||||||
|
let light_dot_normal = light_v.dot(&normal_v);
|
||||||
|
let (diffuse, specular) = if light_dot_normal < 0. {
|
||||||
|
(Color::new(0., 0., 0.), Color::new(0., 0., 0.))
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
let diffuse = effective_color * self.diffuse * light_dot_normal;
|
||||||
|
|
||||||
|
let reflect_v = (-light_v).reflect(&normal_v);
|
||||||
|
let reflect_dot_eye = reflect_v.dot(&eye);
|
||||||
|
|
||||||
|
let specular = if reflect_dot_eye <= 0. {
|
||||||
|
Color::new(0., 0., 0.)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
let factor = reflect_dot_eye.powf(self.shininess);
|
||||||
|
light.intensity * self.specular * factor
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
(diffuse, specular)
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
ambient + diffuse + specular
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
|
use crate::types::{Color, Point, PointLight, Vector};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn lighting_with_eye_between_light_and_surface() {
|
||||||
|
let m = Material::default();
|
||||||
|
let position = Point::default();
|
||||||
|
|
||||||
|
let eyev = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let normalv = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., 0., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
m.lighting(&light, &position, &eyev, &normalv),
|
||||||
|
Color::new(1.9, 1.9, 1.9)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn lighting_with_eye_between_light_and_surface_eye_offset_45() {
|
||||||
|
let m = Material::default();
|
||||||
|
let position = Point::default();
|
||||||
|
|
||||||
|
let eyev = Vector::new(0., 2_f64.sqrt() / 2., -2_f64.sqrt() / 2.);
|
||||||
|
let normalv = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., 0., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
m.lighting(&light, &position, &eyev, &normalv),
|
||||||
|
Color::new(1., 1., 1.)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn lighting_with_eye_between_light_and_surface_light_offset_45() {
|
||||||
|
let m = Material::default();
|
||||||
|
let position = Point::default();
|
||||||
|
|
||||||
|
let eyev = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let normalv = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., 10., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
m.lighting(&light, &position, &eyev, &normalv),
|
||||||
|
Color::new(0.7364, 0.7364, 0.7364)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn lighting_eye_in_path_of_reflection() {
|
||||||
|
let m = Material::default();
|
||||||
|
let position = Point::default();
|
||||||
|
|
||||||
|
// let eyev = Vector::new(0., -2_f64.sqrt() / 2., -2_f64.sqrt() / 2.);
|
||||||
|
let eyev = Vector::new(0., -10., -10.).normalize();
|
||||||
|
let normalv = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., 10., -10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
m.lighting(&light, &position, &eyev, &normalv),
|
||||||
|
Color::new(1.6364, 1.6364, 1.6364)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn lighting_with_light_behind_surface() {
|
||||||
|
let m = Material::default();
|
||||||
|
let position = Point::default();
|
||||||
|
|
||||||
|
let eyev = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let normalv = Vector::new(0., 0., -1.);
|
||||||
|
let light = PointLight::new(Point::new(0., 0., 10.), Color::new(1., 1., 1.));
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
m.lighting(&light, &position, &eyev, &normalv),
|
||||||
|
Color::new(0.1, 0.1, 0.1)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,544 @@
|
||||||
|
use std::cmp::Ordering;
|
||||||
|
|
||||||
|
use crate::types::{eq_f64, Point, Tuple, Vector};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Clone, Debug)]
|
||||||
|
pub struct Matrix {
|
||||||
|
size: usize,
|
||||||
|
values: Vec<f64>,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Matrix {
|
||||||
|
pub fn new(size: usize) -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
size,
|
||||||
|
values: vec![0.; size * size],
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn identity() -> Self {
|
||||||
|
Self::from([
|
||||||
|
[1., 0., 0., 0.],
|
||||||
|
[0., 1., 0., 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 1., 0.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 1.],
|
||||||
|
])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn cell(&self, row: usize, column: usize) -> f64 {
|
||||||
|
self.values[self.addr(row, column)]
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn cell_mut(&mut self, row: usize, column: usize) -> &mut f64 {
|
||||||
|
let addr = self.addr(row, column);
|
||||||
|
&mut self.values[addr]
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn transpose(&self) -> Self {
|
||||||
|
let mut m = Self::new(self.size);
|
||||||
|
|
||||||
|
for row in 0..self.size {
|
||||||
|
for column in 0..self.size {
|
||||||
|
*m.cell_mut(row, column) = self.cell(column, row);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
m
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn is_invertible(&self) -> bool {
|
||||||
|
!eq_f64(self.determinant(), 0.)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn inverse(&self) -> Self {
|
||||||
|
let mut m = Matrix::new(self.size);
|
||||||
|
let determinant = self.determinant();
|
||||||
|
for row in 0..self.size {
|
||||||
|
for column in 0..self.size {
|
||||||
|
*m.cell_mut(row, column) = self.cofactor(row, column);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut m = m.transpose();
|
||||||
|
for row in 0..self.size {
|
||||||
|
for column in 0..self.size {
|
||||||
|
let value = m.cell(row, column);
|
||||||
|
*m.cell_mut(row, column) = value / determinant;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
m
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn determinant(&self) -> f64 {
|
||||||
|
// TODO: optimization may not be necessary, but this can be optimized by memoizing
|
||||||
|
// submatrices and cofactors.
|
||||||
|
if self.size == 2 {
|
||||||
|
self.cell(0, 0) * self.cell(1, 1) - self.cell(0, 1) * self.cell(1, 0)
|
||||||
|
} else if self.size == 3 {
|
||||||
|
self.cell(0, 0) * self.cofactor(0, 0)
|
||||||
|
+ self.cell(0, 1) * self.cofactor(0, 1)
|
||||||
|
+ self.cell(0, 2) * self.cofactor(0, 2)
|
||||||
|
} else if self.size == 4 {
|
||||||
|
self.cell(0, 0) * self.cofactor(0, 0)
|
||||||
|
+ self.cell(0, 1) * self.cofactor(0, 1)
|
||||||
|
+ self.cell(0, 2) * self.cofactor(0, 2)
|
||||||
|
+ self.cell(0, 3) * self.cofactor(0, 3)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
0.
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn submatrix(&self, row: usize, column: usize) -> Self {
|
||||||
|
let mut m = Self::new(self.size - 1);
|
||||||
|
|
||||||
|
for r in 0..self.size {
|
||||||
|
for c in 0..self.size {
|
||||||
|
let dest_r = match r.cmp(&row) {
|
||||||
|
Ordering::Less => r,
|
||||||
|
Ordering::Greater => r - 1,
|
||||||
|
Ordering::Equal => continue,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
let dest_c = match c.cmp(&column) {
|
||||||
|
Ordering::Less => c,
|
||||||
|
Ordering::Greater => c - 1,
|
||||||
|
Ordering::Equal => continue,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
*m.cell_mut(dest_r, dest_c) = self.cell(r, c);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
m
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn minor(&self, row: usize, column: usize) -> f64 {
|
||||||
|
self.submatrix(row, column).determinant()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn cofactor(&self, row: usize, column: usize) -> f64 {
|
||||||
|
if (row + column) % 2 == 0 {
|
||||||
|
self.minor(row, column)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
-self.minor(row, column)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
fn addr(&self, row: usize, column: usize) -> usize {
|
||||||
|
row * self.size + column
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<[[f64; 2]; 2]> for Matrix {
|
||||||
|
fn from(s: [[f64; 2]; 2]) -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
size: 2,
|
||||||
|
values: s.concat(),
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<[[f64; 3]; 3]> for Matrix {
|
||||||
|
fn from(s: [[f64; 3]; 3]) -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
size: 3,
|
||||||
|
values: s.concat(),
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<[[f64; 4]; 4]> for Matrix {
|
||||||
|
fn from(s: [[f64; 4]; 4]) -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
size: 4,
|
||||||
|
values: s.concat(),
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl PartialEq for Matrix {
|
||||||
|
fn eq(&self, rside: &Matrix) -> bool {
|
||||||
|
if self.size != rside.size {
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
self.values
|
||||||
|
.iter()
|
||||||
|
.zip(rside.values.iter())
|
||||||
|
.all(|(l, r)| eq_f64(*l, *r))
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<&Matrix> for &Matrix {
|
||||||
|
type Output = Matrix;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: &Matrix) -> Matrix {
|
||||||
|
assert_eq!(self.size, 4);
|
||||||
|
assert_eq!(rside.size, 4);
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut m = Matrix::new(self.size);
|
||||||
|
for row in 0..4 {
|
||||||
|
for column in 0..4 {
|
||||||
|
*m.cell_mut(row, column) = self.cell(row, 0) * rside.cell(0, column)
|
||||||
|
+ self.cell(row, 1) * rside.cell(1, column)
|
||||||
|
+ self.cell(row, 2) * rside.cell(2, column)
|
||||||
|
+ self.cell(row, 3) * rside.cell(3, column);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
m
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<Matrix> for &Matrix {
|
||||||
|
type Output = Matrix;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: Matrix) -> Matrix {
|
||||||
|
self * &rside
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<&Matrix> for Matrix {
|
||||||
|
type Output = Matrix;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: &Matrix) -> Matrix {
|
||||||
|
&self * rside
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul for Matrix {
|
||||||
|
type Output = Matrix;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: Matrix) -> Matrix {
|
||||||
|
&self * &rside
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<Tuple> for &Matrix {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: Tuple) -> Tuple {
|
||||||
|
assert_eq!(self.size, 4);
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut t = [0.; 4];
|
||||||
|
|
||||||
|
for (row, item) in t.iter_mut().enumerate() {
|
||||||
|
*item = self.cell(row, 0) * rside.0
|
||||||
|
+ self.cell(row, 1) * rside.1
|
||||||
|
+ self.cell(row, 2) * rside.2
|
||||||
|
+ self.cell(row, 3) * rside.3;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Tuple::from(t)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<Tuple> for Matrix {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: Tuple) -> Tuple {
|
||||||
|
&self * rside
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<&Point> for &Matrix {
|
||||||
|
type Output = Point;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: &Point) -> Point {
|
||||||
|
let t: Tuple = **rside;
|
||||||
|
Point::from(self * t)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<Point> for &Matrix {
|
||||||
|
type Output = Point;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: Point) -> Point {
|
||||||
|
self * &rside
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<&Point> for Matrix {
|
||||||
|
type Output = Point;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: &Point) -> Point {
|
||||||
|
&self * rside
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<Point> for Matrix {
|
||||||
|
type Output = Point;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: Point) -> Point {
|
||||||
|
&self * rside
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<Vector> for Matrix {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn mul(self, rside: Vector) -> Vector {
|
||||||
|
Vector::from(self * *rside)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn it_constructs_a_matrix() {
|
||||||
|
let m = Matrix::from([[-3., 5.], [1., -2.]]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(0, 0), -3.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(0, 1), 5.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(1, 0), 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(1, 1), -2.);
|
||||||
|
|
||||||
|
let m = Matrix::from([[-3., 5., 0.], [1., -2., -7.], [0., 1., 1.]]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(0, 0), -3.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(1, 1), -2.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(2, 2), 1.);
|
||||||
|
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[1., 2., 3., 4.],
|
||||||
|
[5.5, 6.5, 7.5, 8.5],
|
||||||
|
[9., 10., 11., 12.],
|
||||||
|
[13.5, 14.5, 15.5, 16.5],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(0, 0), 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(0, 3), 4.);
|
||||||
|
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);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cell(3, 2), 15.5);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn it_compares_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([
|
||||||
|
[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.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(a, b);
|
||||||
|
assert_ne!(a, c);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
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);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
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.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
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 * Matrix::identity(), a);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[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);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn calculates_2x2_determinant() {
|
||||||
|
let m = Matrix::from([[1., 5.], [-3., 2.]]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.determinant(), 17.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn calculates_3x3_determinant() {
|
||||||
|
let m = Matrix::from([[1., 2., 6.], [-5., 8., -4.], [2., 6., 4.]]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 0), 56.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 1), 12.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 2), -46.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.determinant(), -196.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn calculates_4x4_determinant() {
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[-2., -8., 3., 5.],
|
||||||
|
[-3., 1., 7., 3.],
|
||||||
|
[1., 2., -9., 6.],
|
||||||
|
[-6., 7., 7., -9.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 0), 690.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 1), 447.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 2), 210.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 3), 51.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.determinant(), -4071.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn calculates_submatrix() {
|
||||||
|
let m = Matrix::from([[1., 5., 0.], [-3., 2., 7.], [0., 6., -3.]]);
|
||||||
|
let expected = Matrix::from([[-3., 2.], [0., 6.]]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.submatrix(0, 2), expected);
|
||||||
|
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[-6., 1., 1., 6.],
|
||||||
|
[-8., 5., 8., 6.],
|
||||||
|
[-1., 0., 8., 2.],
|
||||||
|
[-7., 1., -1., 1.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let expected = Matrix::from([[-6., 1., 6.], [-8., 8., 6.], [-7., -1., 1.]]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.submatrix(2, 1), expected);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn calculates_minors_and_cofactors() {
|
||||||
|
let m = Matrix::from([[3., 5., 0.], [2., -1., -7.], [6., -1., 5.]]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.submatrix(1, 0).determinant(), 25.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.minor(0, 0), -12.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(0, 0), -12.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.minor(1, 0), 25.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(1, 0), -25.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn invert_4x4_matrix() {
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[6., 4., 4., 4.],
|
||||||
|
[5., 5., 7., 6.],
|
||||||
|
[4., -9., 3., -7.],
|
||||||
|
[9., 1., 7., -6.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(m.determinant(), -2120.);
|
||||||
|
assert!(m.is_invertible());
|
||||||
|
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[-4., 2., -2., -3.],
|
||||||
|
[9., 6., 2., 6.],
|
||||||
|
[0., -5., 1., -5.],
|
||||||
|
[0., 0., 0., 0.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.determinant(), 0.);
|
||||||
|
assert!(!m.is_invertible());
|
||||||
|
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[-5., 2., 6., -8.],
|
||||||
|
[1., -5., 1., 8.],
|
||||||
|
[7., 7., -6., -7.],
|
||||||
|
[1., -3., 7., 4.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let expected = Matrix::from([
|
||||||
|
[0.21805, 0.45113, 0.24060, -0.04511],
|
||||||
|
[-0.80827, -1.45677, -0.44361, 0.52068],
|
||||||
|
[-0.07895, -0.22368, -0.05263, 0.19737],
|
||||||
|
[-0.52256, -0.81391, -0.30075, 0.30639],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(m.determinant(), 532.);
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(2, 3), -160.);
|
||||||
|
assert!(eq_f64(expected.cell(3, 2), -160. / 532.));
|
||||||
|
assert_eq!(m.cofactor(3, 2), 105.);
|
||||||
|
assert!(eq_f64(expected.cell(2, 3), 105. / 532.));
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(m.inverse(), expected);
|
||||||
|
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[8., -5., 9., 2.],
|
||||||
|
[7., 5., 6., 1.],
|
||||||
|
[-6., 0., 9., 6.],
|
||||||
|
[-3., 0., -9., -4.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let expected = Matrix::from([
|
||||||
|
[-0.15385, -0.15385, -0.28205, -0.53846],
|
||||||
|
[-0.07692, 0.12308, 0.02564, 0.03077],
|
||||||
|
[0.35897, 0.35897, 0.43590, 0.92308],
|
||||||
|
[-0.69231, -0.69231, -0.76923, -1.92308],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.inverse(), expected);
|
||||||
|
|
||||||
|
let m = Matrix::from([
|
||||||
|
[9., 3., 0., 9.],
|
||||||
|
[-5., -2., -6., -3.],
|
||||||
|
[-4., 9., 6., 4.],
|
||||||
|
[-7., 6., 6., 2.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let expected = Matrix::from([
|
||||||
|
[-0.04074, -0.07778, 0.14444, -0.22222],
|
||||||
|
[-0.07778, 0.03333, 0.36667, -0.33333],
|
||||||
|
[-0.02901, -0.14630, -0.10926, 0.12963],
|
||||||
|
[0.17778, 0.06667, -0.26667, 0.33333],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
assert_eq!(m.inverse(), expected);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn multiply_product_by_inverse() {
|
||||||
|
let a = Matrix::from([
|
||||||
|
[3., -9., 7., 3.],
|
||||||
|
[3., -8., 2., -9.],
|
||||||
|
[-4., 4., 4., 1.],
|
||||||
|
[-6., 5., -1., 1.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let b = Matrix::from([
|
||||||
|
[8., 2., 2., 2.],
|
||||||
|
[3., -1., 7., 0.],
|
||||||
|
[7., 0., 5., 4.],
|
||||||
|
[6., -2., 0., 5.],
|
||||||
|
]);
|
||||||
|
let c = &a * &b;
|
||||||
|
assert_eq!(c * b.inverse(), a);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,185 @@
|
||||||
|
mod canvas;
|
||||||
|
mod color;
|
||||||
|
mod intersections;
|
||||||
|
mod light;
|
||||||
|
mod material;
|
||||||
|
mod matrix;
|
||||||
|
mod point;
|
||||||
|
mod ray;
|
||||||
|
mod sphere;
|
||||||
|
mod tuple;
|
||||||
|
mod vector;
|
||||||
|
|
||||||
|
pub use canvas::Canvas;
|
||||||
|
pub use color::Color;
|
||||||
|
pub use intersections::{Intersections, Intersection};
|
||||||
|
pub use light::PointLight;
|
||||||
|
pub use material::Material;
|
||||||
|
pub use matrix::Matrix;
|
||||||
|
pub use point::Point;
|
||||||
|
pub use ray::Ray;
|
||||||
|
pub use sphere::Sphere;
|
||||||
|
pub use tuple::Tuple;
|
||||||
|
pub use vector::Vector;
|
||||||
|
|
||||||
|
const EPSILON: f64 = 0.00001;
|
||||||
|
|
||||||
|
fn eq_f64(l: f64, r: f64) -> bool {
|
||||||
|
(l - r).abs() < EPSILON
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn eq_f64_compares_values() {
|
||||||
|
assert!(eq_f64(1.0, 1.0));
|
||||||
|
assert!(eq_f64(0.9994, 0.9994));
|
||||||
|
assert!(eq_f64(0.9999994, 0.9999995));
|
||||||
|
assert!(!eq_f64(0.9995, 0.9994));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn add_two_tuples() {
|
||||||
|
let a = Tuple(3., -2., 5., 1.);
|
||||||
|
let b = Tuple(-2., 3., 1., 0.);
|
||||||
|
assert_eq!(a + b, Tuple(1., 1., 6., 1.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn subtracts_two_tuples() {
|
||||||
|
let a = Tuple(3., 2., 1., 1.);
|
||||||
|
let b = Tuple(5., 6., 7., 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(a - b, Tuple(-2., -4., -6., 0.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn adds_point_and_vector() {
|
||||||
|
let a = Point::new(3., -2., 5.);
|
||||||
|
let b = Vector::new(-2., 3., 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(a + b, Point::new(1., 1., 6.,));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn subtracts_two_points() {
|
||||||
|
let a = Point::new(3., 2., 1.);
|
||||||
|
let b = Point::new(5., 6., 7.);
|
||||||
|
assert_eq!(a - b, Vector::new(-2., -4., -6.,));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn subtracts_vector_from_point() {
|
||||||
|
let a = Point::new(3., 2., 1.);
|
||||||
|
let b = Vector::new(5., 6., 7.);
|
||||||
|
assert_eq!(a - b, Point::new(-2., -4., -6.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn subtracts_two_vectors() {
|
||||||
|
let a = Vector::new(3., 2., 1.);
|
||||||
|
let b = Vector::new(5., 6., 7.);
|
||||||
|
assert_eq!(a - b, Vector::new(-2., -4., -6.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn it_negates_primitives() {
|
||||||
|
assert_eq!(-Tuple(1., 2., 3., 4.), Tuple(-1., -2., -3., -4.),);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn multiply_tuple_by_scalar() {
|
||||||
|
assert_eq!(Tuple(1., -2., 3., -4.) * 3.5, Tuple(3.5, -7., 10.5, -14.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn divide_tuple_by_scalar() {
|
||||||
|
assert_eq!(Tuple(1., -2., 3., -4.) / 2., Tuple(0.5, -1., 1.5, -2.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn magnitude_of_vector() {
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(1., 0., 0.).magnitude(), 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(0., 1., 0.).magnitude(), 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(0., 0., 1.).magnitude(), 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(1., 2., 3.).magnitude(), 14_f64.sqrt());
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(-1., -2., -3.).magnitude(), 14_f64.sqrt());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn normalize_vector() {
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(4., 0., 0.).normalize(), Vector::new(1., 0., 0.));
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
Vector::new(1., 2., 3.).normalize(),
|
||||||
|
Vector::new(0.26726, 0.53452, 0.80178)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(1., 2., 3.).normalize().magnitude(), 1.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn dot_product() {
|
||||||
|
assert_eq!(Vector::new(1., 2., 3.).dot(&Vector::new(2., 3., 4.)), 20.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn cross_product() {
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
Vector::new(1., 2., 3.).cross(&Vector::new(2., 3., 4.)),
|
||||||
|
Vector::new(-1., 2., -1.)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
assert_eq!(
|
||||||
|
Vector::new(2., 3., 4.).cross(&Vector::new(1., 2., 3.)),
|
||||||
|
Vector::new(1., -2., 1.)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn multiply_colors() {
|
||||||
|
let c1 = Color::new(1., 0.2, 0.4);
|
||||||
|
let c2 = Color::new(0.9, 1., 0.1);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(c1 * c2, Color::new(0.9, 0.2, 0.04));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn it_creates_a_canvas() {
|
||||||
|
let c = Canvas::new(10, 20);
|
||||||
|
assert_eq!(c.width(), 10);
|
||||||
|
assert_eq!(c.height(), 20);
|
||||||
|
for row in 0..20 {
|
||||||
|
for col in 0..10 {
|
||||||
|
assert_eq!(*c.pixel(row, col), Color::default());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn it_can_write_pixel() {
|
||||||
|
let mut c = Canvas::new(10, 20);
|
||||||
|
let red = Color::new(1., 0., 0.);
|
||||||
|
*c.pixel_mut(2, 3) = red;
|
||||||
|
assert_eq!(*c.pixel(2, 3), red);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn reflect_vector_approaching_at_45() {
|
||||||
|
let v = Vector::new(1., -1., 0.);
|
||||||
|
let n = Vector::new(0., 1., 0.);
|
||||||
|
assert_eq!(v.reflect(&n), Vector::new(1., 1., 0.));
|
||||||
|
|
||||||
|
let v = Vector::new(-1., -1., 0.);
|
||||||
|
let n = Vector::new(1., 0., 0.);
|
||||||
|
assert_eq!(v.reflect(&n), Vector::new(1., -1., 0.));
|
||||||
|
|
||||||
|
let v = Vector::new(1., 0., -1.);
|
||||||
|
let n = Vector::new(0., 0., 1.);
|
||||||
|
assert_eq!(v.reflect(&n), Vector::new(1., 0., 1.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn reflect_off_slanted_surface() {
|
||||||
|
let v = Vector::new(0., -1., 0.);
|
||||||
|
let n = Vector::new(2_f64.sqrt() / 2., 2_f64.sqrt() / 2., 0.);
|
||||||
|
assert_eq!(v.reflect(&n), Vector::new(1., 0., 0.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,96 @@
|
||||||
|
use crate::types::{Tuple, Vector};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq)]
|
||||||
|
pub struct Point(Tuple);
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Point {
|
||||||
|
pub fn new(x: f64, y: f64, z: f64) -> Self {
|
||||||
|
Self(Tuple(x, y, z, 1.0))
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn x(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn y(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.1
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn z(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.2
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Default for Point {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
Self::new(0., 0., 0.)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<Tuple> for Point {
|
||||||
|
fn from(tuple: Tuple) -> Self {
|
||||||
|
assert_eq!(tuple.3, 1.0);
|
||||||
|
Self(tuple)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Deref for Point {
|
||||||
|
type Target = Tuple;
|
||||||
|
fn deref(&self) -> &Tuple {
|
||||||
|
&self.0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Add<Vector> for Point {
|
||||||
|
type Output = Point;
|
||||||
|
fn add(self, r: Vector) -> Self::Output {
|
||||||
|
Point::from(self.0 + *r)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<&Point> for &Point {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: &Point) -> Self::Output {
|
||||||
|
Vector::from(self.0 - r.0)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<Point> for &Point {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: Point) -> Self::Output {
|
||||||
|
self - &r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<&Point> for Point {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: &Point) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self - r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<Point> for Point {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: Point) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self - &r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<Vector> for Point {
|
||||||
|
type Output = Point;
|
||||||
|
fn sub(self, r: Vector) -> Self::Output {
|
||||||
|
Point::from(self.0 - *r)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Neg for Point {
|
||||||
|
type Output = Point;
|
||||||
|
fn neg(self) -> Self::Output {
|
||||||
|
let mut t = -self.0;
|
||||||
|
t.3 = 1.;
|
||||||
|
Point::from(t)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,191 @@
|
||||||
|
use super::{Intersection, Intersections, Matrix, Point, Sphere, Vector};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Debug)]
|
||||||
|
pub struct Ray {
|
||||||
|
origin: Point,
|
||||||
|
pub direction: Vector,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Ray {
|
||||||
|
pub fn new(origin: Point, direction: Vector) -> Self {
|
||||||
|
Self { origin, direction }
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn position(&self, t: f64) -> Point {
|
||||||
|
self.origin + self.direction * t
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn intersect<'a>(&self, s: &'a Sphere) -> Intersections<'a> {
|
||||||
|
let r2 = self.transform(s.transformation().inverse());
|
||||||
|
let sphere_to_ray = r2.origin - Point::new(0., 0., 0.);
|
||||||
|
let a = r2.direction.dot(&r2.direction);
|
||||||
|
let b = 2. * r2.direction.dot(&sphere_to_ray);
|
||||||
|
let c = sphere_to_ray.dot(&sphere_to_ray) - 1.;
|
||||||
|
|
||||||
|
let discriminant = b * b - 4. * a * c;
|
||||||
|
if discriminant < 0. {
|
||||||
|
return vec![].into();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
let t1 = (-b - discriminant.sqrt()) / (2. * a);
|
||||||
|
let t2 = (-b + discriminant.sqrt()) / (2. * a);
|
||||||
|
|
||||||
|
vec![
|
||||||
|
Intersection { t: t1, object: s },
|
||||||
|
Intersection { t: t2, object: s },
|
||||||
|
]
|
||||||
|
.into()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn transform(&self, m: Matrix) -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
origin: &m * self.origin,
|
||||||
|
direction: m * self.direction,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
|
use crate::transforms::{scaling, translation};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn computing_point_from_distance() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(2., 3., 4.), Vector::new(1., 0., 0.));
|
||||||
|
assert_eq!(r.position(0.), Point::new(2., 3., 4.));
|
||||||
|
assert_eq!(r.position(1.), Point::new(3., 3., 4.));
|
||||||
|
assert_eq!(r.position(-1.), Point::new(1., 3., 4.));
|
||||||
|
assert_eq!(r.position(2.5), Point::new(4.5, 3., 4.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn ray_intersects_sphere_at_two_points() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(0., 0., -5.), Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let xs = r.intersect(&s);
|
||||||
|
assert_eq!(xs.len(), 2);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[0].t, 4.);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[1].t, 6.);
|
||||||
|
assert_eq!(*xs[0].object, s);
|
||||||
|
assert_eq!(*xs[1].object, s);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn ray_tangents_sphere_at_one_point() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(0., 1., -5.), Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let xs = r.intersect(&s);
|
||||||
|
assert_eq!(xs.len(), 2);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[0].t, 5.);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[1].t, 5.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn ray_misses_the_sphere() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(0., 2., -5.), Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let xs = r.intersect(&s);
|
||||||
|
assert_eq!(xs.len(), 0);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn ray_originates_inside_the_sphere() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(0., 0., 0.), Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let xs = r.intersect(&s);
|
||||||
|
assert_eq!(xs.len(), 2);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[0].t, -1.);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[1].t, 1.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn sphere_is_behind_the_ray() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(0., 0., 5.), Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let xs = r.intersect(&s);
|
||||||
|
assert_eq!(xs.len(), 2);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[0].t, -6.);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[1].t, -4.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn hit_all_intersections_are_positive() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let i1 = Intersection { t: 1., object: &s };
|
||||||
|
let i2 = Intersection { t: 2., object: &s };
|
||||||
|
let xs = Intersections::from(vec![i1.clone(), i2.clone()]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(xs.hit(), Some(&i1));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn hit_some_intersections_are_negative() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let i1 = Intersection { t: -1., object: &s };
|
||||||
|
let i2 = Intersection { t: 1., object: &s };
|
||||||
|
let xs = Intersections::from(vec![i1, i2.clone()]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(xs.hit(), Some(&i2));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn hit_all_intersections_are_negative() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let i1 = Intersection { t: -2., object: &s };
|
||||||
|
let i2 = Intersection { t: -1., object: &s };
|
||||||
|
let xs = Intersections::from(vec![i1, i2]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(xs.hit(), None);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn hit_is_always_lowest_nonnegative() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let i1 = Intersection { t: 5., object: &s };
|
||||||
|
let i2 = Intersection { t: 7., object: &s };
|
||||||
|
let i3 = Intersection { t: -3., object: &s };
|
||||||
|
let i4 = Intersection { t: 2., object: &s };
|
||||||
|
let xs = Intersections::from(vec![i1, i2, i3, i4.clone()]);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert_eq!(xs.hit(), Some(&i4));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn translate_a_ray() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(1., 2., 3.), Vector::new(0., 1., 0.));
|
||||||
|
let m = translation(3., 4., 5.);
|
||||||
|
let r2 = r.transform(m);
|
||||||
|
assert_eq!(r2.origin, Point::new(4., 6., 8.));
|
||||||
|
assert_eq!(r2.direction, Vector::new(0., 1., 0.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn scale_a_ray() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(1., 2., 3.), Vector::new(0., 1., 0.));
|
||||||
|
let m = scaling(2., 3., 4.);
|
||||||
|
let r2 = r.transform(m);
|
||||||
|
assert_eq!(r2.origin, Point::new(2., 6., 12.));
|
||||||
|
assert_eq!(r2.direction, Vector::new(0., 3., 0.,));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn intersect_scaled_sphere_with_ray() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(0., 0., -5.), Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
let mut s = Sphere::default();
|
||||||
|
*s.transformation_mut() = scaling(2., 2., 2.);
|
||||||
|
let xs = r.intersect(&s);
|
||||||
|
assert_eq!(xs.len(), 2);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[0].t, 3.);
|
||||||
|
assert_eq!(xs[1].t, 7.);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn intersect_translated_sphere_with_ray() {
|
||||||
|
let r = Ray::new(Point::new(0., 0., -5.), Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
let mut s = Sphere::default();
|
||||||
|
*s.transformation_mut() = translation(5., 0., 0.);
|
||||||
|
let xs = r.intersect(&s);
|
||||||
|
assert_eq!(xs.len(), 0);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,116 @@
|
||||||
|
use super::{Matrix, Point, Vector, Material };
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Debug, PartialEq)]
|
||||||
|
pub struct Sphere {
|
||||||
|
origin: Point,
|
||||||
|
transformation: Matrix,
|
||||||
|
material: Material,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Sphere {
|
||||||
|
pub fn transformation(&self) -> &Matrix {
|
||||||
|
&self.transformation
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn transformation_mut(&mut self) -> &mut Matrix{
|
||||||
|
&mut self.transformation
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn material(&self) -> &Material {
|
||||||
|
&self.material
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn material_mut(&mut self) -> &mut Material {
|
||||||
|
&mut self.material
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn normal_at(&self, world_point: &Point) -> Vector {
|
||||||
|
let inverted_transform = self.transformation.inverse();
|
||||||
|
let object_point = &inverted_transform * world_point;
|
||||||
|
let object_normal = (object_point - Point::new(0., 0., 0.)).normalize();
|
||||||
|
let mut world_normal = inverted_transform.transpose() * *object_normal;
|
||||||
|
world_normal.3 = 0.;
|
||||||
|
Vector::from(world_normal).normalize()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Default for Sphere {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
Self {
|
||||||
|
origin: Point::new(0., 0., 0.),
|
||||||
|
transformation: Matrix::identity(),
|
||||||
|
material: Default::default(),
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(test)]
|
||||||
|
mod test {
|
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|
use super::*;
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|
use crate::transforms::{rotation_z, scaling, translation};
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn sphere_has_default_transformation() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
assert_eq!(s.transformation(), &Matrix::identity());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn change_a_spheres_transformation() {
|
||||||
|
let mut s = Sphere::default();
|
||||||
|
let t = translation(2., 3., 4.);
|
||||||
|
*s.transformation_mut() = t.clone();
|
||||||
|
assert_eq!(*s.transformation(), t);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn normal_of_sphere_on_x() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let n = s.normal_at(&Point::new(1., 0., 0.));
|
||||||
|
assert_eq!(n, Vector::new(1., 0., 0.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn normal_of_sphere_on_y() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let n = s.normal_at(&Point::new(0., 1., 0.));
|
||||||
|
assert_eq!(n, Vector::new(0., 1., 0.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn normal_of_sphere_on_z() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let n = s.normal_at(&Point::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
assert_eq!(n, Vector::new(0., 0., 1.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn normal_of_sphere_on_nonaxial() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let n = s.normal_at(&Point::new(3_f64.sqrt() / 3., 3_f64.sqrt() / 3., 3_f64.sqrt() / 3.));
|
||||||
|
assert_eq!(n, Vector::new(3_f64.sqrt() / 3., 3_f64.sqrt() / 3., 3_f64.sqrt() / 3.));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn normal_is_normalized() {
|
||||||
|
let s = Sphere::default();
|
||||||
|
let n = s.normal_at(&Point::new(3_f64.sqrt() / 3., 3_f64.sqrt() / 3., 3_f64.sqrt() / 3.));
|
||||||
|
assert_eq!(n.normalize(), n);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn compute_normal_of_translated_sphere() {
|
||||||
|
let mut s = Sphere::default();
|
||||||
|
*s.transformation_mut() = translation(0., 1., 0.);
|
||||||
|
let n = s.normal_at(&Point::new(0., 1.70711, -0.70711));
|
||||||
|
assert_eq!(n, Vector::new(0., 0.70711, -0.70711));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn compute_normal_of_transformed_sphere() {
|
||||||
|
let mut s = Sphere::default();
|
||||||
|
*s.transformation_mut() = scaling(1., 0.5, 1.) * rotation_z(std::f64::consts::PI / 5.);
|
||||||
|
let n = s.normal_at(&Point::new(0., 2_f64.sqrt() / 2., -2_f64.sqrt() / 2.));
|
||||||
|
assert_eq!(n, Vector::new(0., 0.97014, -0.24254));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,110 @@
|
||||||
|
use crate::types::eq_f64;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Debug, Clone, Copy)]
|
||||||
|
pub struct Tuple(
|
||||||
|
pub f64, // x or red
|
||||||
|
pub f64, // y or green
|
||||||
|
pub f64, // z or blue
|
||||||
|
pub f64, // w, the flag which
|
||||||
|
// indicates point vs vec, or alpha
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Tuple {
|
||||||
|
pub fn dot(&self, r: &Tuple) -> f64 {
|
||||||
|
self.0 * r.0 + self.1 * r.1 + self.2 * r.2 + self.3 * r.3
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<[f64; 4]> for Tuple {
|
||||||
|
fn from(source: [f64; 4]) -> Self {
|
||||||
|
Self(source[0], source[1], source[2], source[3])
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl PartialEq for Tuple {
|
||||||
|
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)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Add<&Tuple> for &Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn add(self, r: &Tuple) -> Self::Output {
|
||||||
|
Tuple(self.0 + r.0, self.1 + r.1, self.2 + r.2, self.3 + r.3)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Add<Tuple> for Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn add(self, r: Tuple) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self + &r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<&Tuple> for &Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn sub(self, r: &Tuple) -> Self::Output {
|
||||||
|
Tuple(self.0 - r.0, self.1 - r.1, self.2 - r.2, self.3 - r.3)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<Tuple> for Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn sub(self, r: Tuple) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self - &r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Neg for &Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn neg(self) -> Self::Output {
|
||||||
|
Tuple(-self.0, -self.1, -self.2, -self.3)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Neg for Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn neg(self) -> Self::Output {
|
||||||
|
-&self
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<f64> for &Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn mul(self, scalar: f64) -> Self::Output {
|
||||||
|
Tuple(
|
||||||
|
self.0 * scalar,
|
||||||
|
self.1 * scalar,
|
||||||
|
self.2 * scalar,
|
||||||
|
self.3 * scalar,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<f64> for Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
#[allow(clippy::op_ref)]
|
||||||
|
fn mul(self, scalar: f64) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self * scalar
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Div<f64> for &Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
fn div(self, scalar: f64) -> Self::Output {
|
||||||
|
Tuple(
|
||||||
|
self.0 / scalar,
|
||||||
|
self.1 / scalar,
|
||||||
|
self.2 / scalar,
|
||||||
|
self.3 / scalar,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Div<f64> for Tuple {
|
||||||
|
type Output = Tuple;
|
||||||
|
#[allow(clippy::op_ref)]
|
||||||
|
fn div(self, scalar: f64) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self / scalar
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,125 @@
|
||||||
|
use crate::types::Tuple;
|
||||||
|
|
||||||
|
#[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq)]
|
||||||
|
pub struct Vector(Tuple);
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Vector {
|
||||||
|
pub fn new(x: f64, y: f64, z: f64) -> Self {
|
||||||
|
Self(Tuple(x, y, z, 0.0))
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn x(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn y(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.1
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[inline]
|
||||||
|
pub fn z(&self) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.2
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn magnitude(&self) -> f64 {
|
||||||
|
(self.x() * self.x() + self.y() * self.y() + self.z() * self.z()).sqrt()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn normalize(&self) -> Self {
|
||||||
|
let mag = self.magnitude();
|
||||||
|
Self::new(self.x() / mag, self.y() / mag, self.z() / mag)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn dot(&self, r: &Vector) -> f64 {
|
||||||
|
self.0.dot(r)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn cross(&self, r: &Vector) -> Self {
|
||||||
|
let x = self.y() * r.z() - self.z() * r.y();
|
||||||
|
let y = self.z() * r.x() - self.x() * r.z();
|
||||||
|
let z = self.x() * r.y() - self.y() * r.x();
|
||||||
|
Self::new(x, y, z)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn reflect(&self, n: &Vector) -> Self {
|
||||||
|
self - (n * 2. * self.dot(n))
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl Default for Vector {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
Self::new(0., 0., 0.)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl From<Tuple> for Vector {
|
||||||
|
fn from(tuple: Tuple) -> Self {
|
||||||
|
assert_eq!(tuple.3, 0.0);
|
||||||
|
Self(tuple)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Deref for Vector {
|
||||||
|
type Target = Tuple;
|
||||||
|
fn deref(&self) -> &Tuple {
|
||||||
|
&self.0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Add for Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn add(self, r: Self) -> Self::Output {
|
||||||
|
Vector::from(self.0 + r.0)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<&Vector> for &Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: &Vector) -> Self::Output {
|
||||||
|
Vector::from(self.0 - r.0)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<Vector> for &Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: Vector) -> Self::Output {
|
||||||
|
self - &r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub<&Vector> for Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: &Vector) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self - r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Sub for Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn sub(self, r: Vector) -> Self::Output {
|
||||||
|
&self - &r
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Neg for Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn neg(self) -> Self::Output {
|
||||||
|
Vector::from(-self.0)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<f64> for &Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn mul(self, r: f64) -> Self::Output {
|
||||||
|
Vector::from(self.0 * r)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl std::ops::Mul<f64> for Vector {
|
||||||
|
type Output = Vector;
|
||||||
|
fn mul(self, r: f64) -> Self {
|
||||||
|
Vector::from(self.0 * r)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
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