0024977: There are compilation errors in products csharp sample
[occt.git] / src / Graphic3d / Graphic3d_Camera.hxx
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12 //
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14 // commercial license or contractual agreement.
15
16 #ifndef _Graphic3d_Camera_HeaderFile
17 #define _Graphic3d_Camera_HeaderFile
18
19 #include <Graphic3d_Mat4d.hxx>
20 #include <Graphic3d_Mat4.hxx>
21 #include <Graphic3d_Vec3.hxx>
22
23 #include <NCollection_Handle.hxx>
24
25 #include <gp_Dir.hxx>
26 #include <gp_Pnt.hxx>
27
28 #include <Standard_Macro.hxx>
29 #include <Standard_TypeDef.hxx>
30
31 #include <Bnd_Box.hxx>
32
33 DEFINE_STANDARD_HANDLE (Graphic3d_Camera, Standard_Transient)
34
35 //! Camera class provides object-oriented approach to setting up projection
36 //! and orientation properties of 3D view.
37 class Graphic3d_Camera : public Standard_Transient
38 {
39 private:
40
41   //! Template container for cached matrices or Real/ShortReal types.
42   template<typename Elem_t>
43   struct TransformMatrices
44   {
45     void InitOrientation()
46     {
47       Orientation = new NCollection_Mat4<Elem_t>();
48     }
49
50     void InitProjection()
51     {
52       MProjection = new NCollection_Mat4<Elem_t>();
53       LProjection = new NCollection_Mat4<Elem_t>();
54       RProjection = new NCollection_Mat4<Elem_t>();
55     }
56
57     void ResetOrientation()
58     {
59       Orientation.Nullify();
60     }
61
62     void ResetProjection()
63     {
64       MProjection.Nullify();
65       LProjection.Nullify();
66       RProjection.Nullify();
67     }
68
69     Standard_Boolean IsOrientationValid()
70     {
71       return !Orientation.IsNull();
72     }
73
74     Standard_Boolean IsProjectionValid()
75     {
76       return !MProjection.IsNull() &&
77              !LProjection.IsNull() &&
78              !RProjection.IsNull();
79     }
80
81     NCollection_Handle< NCollection_Mat4<Elem_t> > Orientation;
82     NCollection_Handle< NCollection_Mat4<Elem_t> > MProjection;
83     NCollection_Handle< NCollection_Mat4<Elem_t> > LProjection;
84     NCollection_Handle< NCollection_Mat4<Elem_t> > RProjection;
85   };
86
87 public:
88
89   //! Enumerates supported monographic projections.
90   //! - Projection_Orthographic : orthographic projection.
91   //! - Projection_Perspective  : perspective projection.
92   //! - Projection_Stere        : stereographic projection.
93   //! - Projection_MonoLeftEye  : mono projection for stereo left eye.
94   //! - Projection_MonoRightEye : mono projection for stereo right eye.
95   enum Projection
96   {
97     Projection_Orthographic,
98     Projection_Perspective,
99     Projection_Stereo,
100     Projection_MonoLeftEye,
101     Projection_MonoRightEye
102   };
103
104   //! Enumerates approaches to define stereographic focus.
105   //! - FocusType_Absolute : focus is specified as absolute value.
106   //! - FocusType_Relative : focus is specified relative to
107   //! (as coefficient of) camera focal length.
108   enum FocusType
109   {
110     FocusType_Absolute,
111     FocusType_Relative
112   };
113
114   //! Enumerates approaches to define Intraocular distance.
115   //! - IODType_Absolute : Intraocular distance is defined as absolute value.
116   //! - IODType_Relative : Intraocular distance is defined relative to
117   //! (as coefficient of) camera focal length.
118   enum IODType
119   {
120     IODType_Absolute,
121     IODType_Relative
122   };
123
124 public:
125
126   //! Default constructor.
127   //! Initializes camera with the following properties:
128   //! Eye (0, 0, -2); Center (0, 0, 0); Up (0, 1, 0);
129   //! Type (Orthographic); FOVy (45); Scale (1000); IsStereo(false);
130   //! ZNear (0.001); ZFar (3000.0); Aspect(1);
131   //! ZFocus(1.0); ZFocusType(Relative); IOD(0.05); IODType(Relative)
132   Standard_EXPORT Graphic3d_Camera();
133
134   //! Copy constructor.
135   //! @param theOther [in] the camera to copy from.
136   Standard_EXPORT Graphic3d_Camera (const Handle(Graphic3d_Camera)& theOther);
137
138   //! Initialize mapping related parameters from other camera handle.
139   Standard_EXPORT void CopyMappingData (const Handle(Graphic3d_Camera)& theOtherCamera);
140
141   //! Initialize orientation related parameters from other camera handle.
142   Standard_EXPORT void CopyOrientationData (const Handle(Graphic3d_Camera)& theOtherCamera);
143
144   //! Copy properties of another camera.
145   //! @param theOther [in] the camera to copy from.
146   Standard_EXPORT void Copy (const Handle(Graphic3d_Camera)& theOther);
147
148 //! @name Public camera properties
149 public:
150
151   //! Sets camera Eye position.
152   //! @param theEye [in] the location of camera's Eye.
153   Standard_EXPORT void SetEye (const gp_Pnt& theEye);
154
155   //! Get camera Eye position.
156   //! @return camera eye location.
157   const gp_Pnt& Eye() const
158   {
159     return myEye;
160   }
161
162   //! Sets Center of the camera.
163   //! @param theCenter [in] the point where the camera looks at.
164   Standard_EXPORT void SetCenter (const gp_Pnt& theCenter);
165
166   //! Get Center of the camera.
167   //! @return the point where the camera looks at.
168   const gp_Pnt& Center() const
169   {
170     return myCenter;
171   }
172
173   //! Sets camera Up direction vector, orthogonal to camera direction.
174   //! @param theUp [in] the Up direction vector.
175   Standard_EXPORT void SetUp (const gp_Dir& theUp);
176
177   //! Orthogonalize up direction vector.
178   Standard_EXPORT void OrthogonalizeUp();
179
180   //! Return a copy of orthogonalized up direction vector.
181   Standard_EXPORT gp_Dir OrthogonalizedUp() const;
182
183   //! Get camera Up direction vector.
184   //! @return Camera's Up direction vector.
185   const gp_Dir& Up() const
186   {
187     return myUp;
188   }
189
190   //! Set camera axial scale.
191   //! @param theAxialScale [in] the axial scale vector.
192   Standard_EXPORT void SetAxialScale (const gp_XYZ& theAxialScale);
193
194   //! Get camera axial scale.
195   //! @return Camera's axial scale.
196   const gp_XYZ& AxialScale() const
197   {
198     return myAxialScale;
199   }
200
201   //! Set distance of Eye from camera Center.
202   //! @param theDistance [in] the distance.
203   Standard_EXPORT void SetDistance (const Standard_Real theDistance);
204
205   //! Get distance of Eye from camera Center.
206   //! @return the distance.
207   Standard_EXPORT Standard_Real Distance() const;
208
209   //! Sets camera look direction.
210   //! @param theDir [in] the direction.
211   Standard_EXPORT void SetDirection (const gp_Dir& theDir);
212
213   //! Get camera look direction.
214   //! @return camera look direction.
215   Standard_EXPORT gp_Dir Direction() const;
216
217   //! Sets camera scale. For orthographic projection the scale factor
218   //! corresponds to parallel scale of view mapping  (i.e. size
219   //! of viewport). For perspective camera scale is converted to
220   //! distance. The scale specifies equal size of the view projection in
221   //! both dimensions assuming that the aspect is 1.0. The projection height
222   //! and width are specified with the scale and correspondingly multiplied
223   //! by the aspect.
224   //! @param theScale [in] the scale factor.
225   Standard_EXPORT void SetScale (const Standard_Real theScale);
226
227   //! Get camera scale.
228   //! @return camera scale factor.
229   Standard_EXPORT Standard_Real Scale() const;
230
231   //! Change camera projection type.
232   //! When switching to perspective projection from orthographic one,
233   //! the ZNear and ZFar are reset to default values (0.001, 3000.0)
234   //! if less than 0.0.
235   //! @param theProjectionType [in] the camera projection type.
236   Standard_EXPORT void SetProjectionType (const Projection theProjection);
237
238   //! @return camera projection type.
239   Projection ProjectionType() const
240   {
241     return myProjType;
242   }
243
244   //! Check that the camera projection is orthographic.
245   //! @return boolean flag that indicates whether the camera's projection is
246   //! orthographic or not.
247   Standard_Boolean IsOrthographic() const
248   {
249     return (myProjType == Projection_Orthographic);
250   }
251
252   //! Check whether the camera projection is stereo.
253   //! Please note that stereo rendering is now implemented with support of
254   //! Quad buffering.
255   //! @return boolean flag indicating whether the stereographic L/R projection
256   //! is chosen.
257   Standard_Boolean IsStereo() const
258   {
259     return (myProjType == Projection_Stereo);
260   }
261
262   //! Set Field Of View (FOV) in y axis for perspective projection.
263   //! @param theFOVy [in] the FOV in degrees.
264   Standard_EXPORT void SetFOVy (const Standard_Real theFOVy);
265
266   //! Get Field Of View (FOV) in y axis.
267   //! @return the FOV value in degrees.
268   Standard_Real FOVy() const
269   {
270     return myFOVy;
271   }
272
273   //! Change Z-min and Z-max planes of projection volume to match the
274   //! displayed objects. The methods ensures that view volume will
275   //! be close by depth range to the displayed objects. Fitting assumes that
276   //! for orthogonal projection the view volume contains the displayed objects
277   //! completely. For zoomed perspective view, the view volume is adjusted such
278   //! that it contains the objects or their parts, located in front of the camera.
279   //! @param theScaleFactor [in] the scale factor for Z-range.
280   //!   The range between Z-min, Z-max projection volume planes
281   //!   evaluated by z fitting method will be scaled using this coefficient.
282   //!   Program error exception is thrown if negative or zero value is passed.
283   //! @param theMinMax [in] applicative min max boundaries.
284   //! @param theScaleFactor [in] real graphical boundaries (not accounting infinite flag).
285
286   Standard_EXPORT void ZFitAll (const Standard_Real theScaleFactor, const Bnd_Box& theMinMax, const Bnd_Box& theGraphicBB);
287
288   //! Change the Near and Far Z-clipping plane positions.
289   //! For orthographic projection, theZNear, theZFar can be negative or positive.
290   //! For perspective projection, only positive values are allowed.
291   //! Program error exception is raised if non-positive values are
292   //! specified for perspective projection or theZNear >= theZFar.
293   //! @param theZNear [in] the distance of the plane from the Eye.
294   //! @param theZFar [in] the distance of the plane from the Eye.
295   Standard_EXPORT void SetZRange (const Standard_Real theZNear, const Standard_Real theZFar);
296
297   //! Get the Near Z-clipping plane position.
298   //! @return the distance of the plane from the Eye.
299   Standard_Real ZNear() const
300   {
301     return myZNear;
302   }
303
304   //! Get the Far Z-clipping plane position.
305   //! @return the distance of the plane from the Eye.
306   Standard_Real ZFar() const
307   {
308     return myZFar;
309   }
310
311   //! Changes width / height display ratio.
312   //! @param theAspect [in] the display ratio.
313   Standard_EXPORT void SetAspect (const Standard_Real theAspect);
314
315   //! Get camera display ratio.
316   //! @return display ratio.
317   Standard_Real Aspect() const
318   {
319     return myAspect;
320   }
321
322   //! Sets stereographic focus distance.
323   //! @param theType [in] the focus definition type. Focus can be defined
324   //! as absolute value or relatively to (as coefficient of) coefficient of
325   //! camera focal length.
326   //! @param theZFocus [in] the focus absolute value or coefficient depending
327   //! on the passed definition type.
328   Standard_EXPORT void SetZFocus (const FocusType theType, const Standard_Real theZFocus);
329
330   //! Get stereographic focus value.
331   //! @return absolute or relative stereographic focus value
332   //! depending on its definition type.
333   Standard_Real ZFocus() const
334   {
335     return myZFocus;
336   }
337
338   //! Get stereographic focus definition type.
339   //! @return definition type used for stereographic focus.
340   FocusType ZFocusType() const
341   {
342     return myZFocusType;
343   }
344
345   //! Sets Intraocular distance.
346   //! @param theType [in] the IOD definition type. IOD can be defined as
347   //! absolute value or relatively to (as coefficient of) camera focal length.
348   //! @param theIOD [in] the Intraocular distance.
349   Standard_EXPORT void SetIOD (const IODType theType, const Standard_Real theIOD);
350
351   //! Get Intraocular distance value.
352   //! @return absolute or relative IOD value depending on its definition type.
353   Standard_Real IOD() const
354   {
355     return myIOD;
356   }
357
358   //! Get Intraocular distance definition type.
359   //! @return definition type used for Intraocular distance.
360   IODType GetIODType() const
361   {
362     return myIODType;
363   }
364
365 //! @name Basic camera operations
366 public:
367
368   //! Transform orientation components of the camera:
369   //! Eye, Up and Center points.
370   //! @param theTrsf [in] the transformation to apply.
371   Standard_EXPORT void Transform (const gp_Trsf& theTrsf);
372
373   //! Calculate view plane size at center (target) point
374   //! and distance between ZFar and ZNear planes.
375   //! @return values in form of gp_Pnt (Width, Height, Depth).
376   Standard_EXPORT gp_XYZ ViewDimensions() const;
377
378   //! Calculate WCS frustum planes for the camera projection volume.
379   //! Frustum is a convex volume determined by six planes directing
380   //! inwards.
381   //! The frustum planes are usually used as inputs for camera algorithms.
382   //! Thus, if any changes to projection matrix calculation are necessary,
383   //! the frustum planes calculation should be also touched.
384   //! @param theLeft [out] the frustum plane for left side of view.
385   //! @param theRight [out] the frustum plane for right side of view.
386   //! @param theBottom [out] the frustum plane for bottom side of view.
387   //! @param theTop [out] the frustum plane for top side of view.
388   //! @param theNear [out] the frustum plane for near side of view.
389   //! @param theFar [out] the frustum plane for far side of view.
390   Standard_EXPORT void Frustum (gp_Pln& theLeft,
391                                 gp_Pln& theRight,
392                                 gp_Pln& theBottom,
393                                 gp_Pln& theTop,
394                                 gp_Pln& theNear,
395                                 gp_Pln& theFar) const;
396
397 //! @name Projection methods
398 public:
399
400   //! Project point from world coordinate space to
401   //! normalized device coordinates (mapping).
402   //! @param thePnt [in] the 3D point in WCS.
403   //! @return mapped point in NDC.
404   Standard_EXPORT gp_Pnt Project (const gp_Pnt& thePnt) const;
405
406   //! Unproject point from normalized device coordinates
407   //! to world coordinate space.
408   //! @param thePnt [in] the NDC point.
409   //! @return 3D point in WCS.
410   Standard_EXPORT gp_Pnt UnProject (const gp_Pnt& thePnt) const;
411
412   //! Convert point from view coordinate space to
413   //! projection coordinate space.
414   //! @param thePnt [in] the point in VCS.
415   //! @return point in NDC.
416   Standard_EXPORT gp_Pnt ConvertView2Proj (const gp_Pnt& thePnt) const;
417
418   //! Convert point from projection coordinate space
419   //! to view coordinate space.
420   //! @param thePnt [in] the point in NDC.
421   //! @return point in VCS.
422   Standard_EXPORT gp_Pnt ConvertProj2View (const gp_Pnt& thePnt) const;
423
424   //! Convert point from world coordinate space to
425   //! view coordinate space.
426   //! @param thePnt [in] the 3D point in WCS.
427   //! @return point in VCS.
428   Standard_EXPORT gp_Pnt ConvertWorld2View (const gp_Pnt& thePnt) const;
429
430   //! Convert point from view coordinate space to
431   //! world coordinates.
432   //! @param thePnt [in] the 3D point in VCS.
433   //! @return point in WCS.
434   Standard_EXPORT gp_Pnt ConvertView2World (const gp_Pnt& thePnt) const;
435
436 //! @name Camera modification state
437 public:
438
439   //! Returns modification state of camera projection matrix
440   Standard_Size ProjectionState() const
441   {
442     return myProjectionState;
443   }
444
445   //! Returns modification state of camera model-view matrix
446   Standard_Size ModelViewState() const
447   {
448     return myOrientationState;
449   }
450
451 //! @name Lazily-computed orientation and projection matrices derived from camera parameters
452 public:
453
454   //! Get orientation matrix.
455   //! @return camera orientation matrix.
456   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4d& OrientationMatrix() const;
457
458   //! Get orientation matrix of Standard_ShortReal precision.
459   //! @return camera orientation matrix.
460   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4& OrientationMatrixF() const;
461
462   //! Get monographic or middle point projection matrix used for monographic
463   //! rendering and for point projection / unprojection.
464   //! @return monographic projection matrix.
465   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4d& ProjectionMatrix() const;
466
467   //! Get monographic or middle point projection matrix of Standard_ShortReal precision used for monographic
468   //! rendering and for point projection / unprojection.
469   //! @return monographic projection matrix.
470   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4& ProjectionMatrixF() const;
471
472   //! @return stereographic matrix computed for left eye. Please note
473   //! that this method is used for rendering for <i>Projection_Stereo</i>.
474   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4d& ProjectionStereoLeft() const;
475
476   //! @return stereographic matrix of Standard_ShortReal precision computed for left eye.
477   //! Please note that this method is used for rendering for <i>Projection_Stereo</i>.
478   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4& ProjectionStereoLeftF() const;
479
480   //! @return stereographic matrix computed for right eye. Please note
481   //! that this method is used for rendering for <i>Projection_Stereo</i>.
482   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4d& ProjectionStereoRight() const;
483
484   //! @return stereographic matrix of Standard_ShortReal precision computed for right eye.
485   //! Please note that this method is used for rendering for <i>Projection_Stereo</i>.
486   Standard_EXPORT const Graphic3d_Mat4& ProjectionStereoRightF() const;
487
488 //! @name Managing projection and orientation cache
489 private:
490
491   //! Compute projection matrices.
492   //! @param theMatrices [in] the matrices data container.
493   template <typename Elem_t>
494   Standard_EXPORT
495     TransformMatrices<Elem_t>& UpdateProjection (TransformMatrices<Elem_t>& theMatrices) const;
496
497   //! Compute orientation matrix.
498   //! @param theMatrices [in] the matrices data container.
499   template <typename Elem_t>
500   Standard_EXPORT
501     TransformMatrices<Elem_t>& UpdateOrientation (TransformMatrices<Elem_t>& theMatrices) const;
502
503   //! Invalidate state of projection matrix.
504   //! The matrix will be updated on request.
505   void InvalidateProjection();
506
507   //! Invalidate orientation matrix.
508   //! The matrix will be updated on request.
509   void InvalidateOrientation();
510
511 private:
512
513   //! Compose orthographic projection matrix for
514   //! the passed camera volume mapping.
515   //! @param theLeft [in] the left mapping (clipping) coordinate.
516   //! @param theRight [in] the right mapping (clipping) coordinate.
517   //! @param theBottom [in] the bottom mapping (clipping) coordinate.
518   //! @param theTop [in] the top mapping (clipping) coordinate.
519   //! @param theNear [in] the near mapping (clipping) coordinate.
520   //! @param theFar [in] the far mapping (clipping) coordinate.
521   //! @param theOutMx [out] the projection matrix.
522   template <typename Elem_t>
523   static void 
524     OrthoProj (const Elem_t              theLeft,
525                const Elem_t              theRight,
526                const Elem_t              theBottom,
527                const Elem_t              theTop,
528                const Elem_t              theNear,
529                const Elem_t              theFar,
530                NCollection_Mat4<Elem_t>& theOutMx);
531
532   //! Compose perspective projection matrix for
533   //! the passed camera volume mapping.
534   //! @param theLeft [in] the left mapping (clipping) coordinate.
535   //! @param theRight [in] the right mapping (clipping) coordinate.
536   //! @param theBottom [in] the bottom mapping (clipping) coordinate.
537   //! @param theTop [in] the top mapping (clipping) coordinate.
538   //! @param theNear [in] the near mapping (clipping) coordinate.
539   //! @param theFar [in] the far mapping (clipping) coordinate.
540   //! @param theOutMx [out] the projection matrix.
541   template <typename Elem_t>
542   static void
543     PerspectiveProj (const Elem_t              theLeft,
544                      const Elem_t              theRight,
545                      const Elem_t              theBottom,
546                      const Elem_t              theTop,
547                      const Elem_t              theNear,
548                      const Elem_t              theFar,
549                      NCollection_Mat4<Elem_t>& theOutMx);
550
551   //! Compose projection matrix for L/R stereo eyes.
552   //! @param theLeft [in] the left mapping (clipping) coordinate.
553   //! @param theRight [in] the right mapping (clipping) coordinate.
554   //! @param theBottom [in] the bottom mapping (clipping) coordinate.
555   //! @param theTop [in] the top mapping (clipping) coordinate.
556   //! @param theNear [in] the near mapping (clipping) coordinate.
557   //! @param theFar [in] the far mapping (clipping) coordinate.
558   //! @param theIOD [in] the Intraocular distance.
559   //! @param theZFocus [in] the z coordinate of off-axis
560   //! projection plane with zero parallax.
561   //! @param theIsLeft [in] boolean flag to choose between L/R eyes.
562   //! @param theOutMx [out] the projection matrix.
563   template <typename Elem_t>
564   static void
565     StereoEyeProj (const Elem_t              theLeft,
566                    const Elem_t              theRight,
567                    const Elem_t              theBottom,
568                    const Elem_t              theTop,
569                    const Elem_t              theNear,
570                    const Elem_t              theFar,
571                    const Elem_t              theIOD,
572                    const Elem_t              theZFocus,
573                    const Standard_Boolean    theIsLeft,
574                    NCollection_Mat4<Elem_t>& theOutMx);
575
576   //! Construct "look at" orientation transformation.
577   //! Reference point differs for perspective and ortho modes 
578   //! (made for compatibility, to be improved..).
579   //! @param theEye [in] the eye coordinates in 3D space.
580   //! @param theLookAt [in] the point the camera looks at.
581   //! @param theUpDir [in] the up direction vector.
582   //! @param theAxialScale [in] the axial scale vector.
583   //! @param theOutMx [in/out] the orientation matrix.
584   template <typename Elem_t>
585   static void
586     LookOrientation (const NCollection_Vec3<Elem_t>& theEye,
587                      const NCollection_Vec3<Elem_t>& theLookAt,
588                      const NCollection_Vec3<Elem_t>& theUpDir,
589                      const NCollection_Vec3<Elem_t>& theAxialScale,
590                      NCollection_Mat4<Elem_t>&       theOutMx);
591
592 private:
593
594   gp_Dir myUp;     //!< Camera up direction vector.
595   gp_Pnt myEye;    //!< Camera eye position.
596   gp_Pnt myCenter; //!< Camera center.
597
598   gp_XYZ myAxialScale; //!< World axial scale.
599
600   Projection    myProjType; //!< Projection type used for rendering.
601   Standard_Real myFOVy;     //!< Field Of View in y axis.
602   Standard_Real myZNear;    //!< Distance to near clipping plane.
603   Standard_Real myZFar;     //!< Distance to far clipping plane.
604   Standard_Real myAspect;   //!< Width to height display ratio.
605
606   Standard_Real myScale;      //!< Specifies parallel scale for orthographic projection.
607   Standard_Real myZFocus;     //!< Stereographic focus value.
608   FocusType     myZFocusType; //!< Stereographic focus definition type.
609
610   Standard_Real myIOD;     //!< Intraocular distance value.
611   IODType       myIODType; //!< Intraocular distance definition type.
612
613   mutable TransformMatrices<Standard_Real>      myMatricesD;
614   mutable TransformMatrices<Standard_ShortReal> myMatricesF;
615
616   mutable Standard_Size myProjectionState;
617   mutable Standard_Size myOrientationState;
618
619 public:
620
621   DEFINE_STANDARD_RTTI(Graphic3d_Camera);
622
623 };
624
625 #endif