samples/angle/sample_util/Matrix.cpp

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#include "Matrix.h"

#define _USE_MATH_DEFINES
#include <math.h>

Matrix4::Matrix4()
{
    data[ 0] = 1.0f; data[ 4] = 0.0f; data[ 8] = 0.0f; data[12] = 0.0f;
    data[ 1] = 0.0f; data[ 5] = 1.0f; data[ 9] = 0.0f; data[13] = 0.0f;
    data[ 2] = 0.0f; data[ 6] = 0.0f; data[10] = 1.0f; data[14] = 0.0f;
    data[ 3] = 0.0f; data[ 7] = 0.0f; data[11] = 0.0f; data[15] = 1.0f;
}

Matrix4::Matrix4(float m00, float m01, float m02, float m03,
                 float m10, float m11, float m12, float m13,
                 float m20, float m21, float m22, float m23,
                 float m30, float m31, float m32, float m33)
{
    data[ 0] = m00; data[ 4] = m01; data[ 8] = m02; data[12] = m03;
    data[ 1] = m10; data[ 5] = m11; data[ 9] = m12; data[13] = m13;
    data[ 2] = m20; data[ 6] = m21; data[10] = m22; data[14] = m23;
    data[ 3] = m30; data[ 7] = m31; data[11] = m32; data[15] = m33;
}

Matrix4 Matrix4::identity()
{
    return Matrix4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
                   0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
                   0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
                   0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
}

Matrix4 Matrix4::rotate(float angle, const Vector3 &p)
{
    Vector3 u = Vector3::normalize(p);
    float theta = angle * (M_PI / 180.0f);
    float cos_t = cosf(theta);
    float sin_t = sinf(theta);

    return Matrix4(          cos_t + (u.x * u.x * (1.0f - cos_t)), (u.x * u.y * (1.0f - cos_t)) - (u.z * sin_t), (u.x * u.z * (1.0f - cos_t)) + (u.y * sin_t), 0.0f,
                   (u.y * u.x * (1.0f - cos_t)) + (u.z * sin_t),           cos_t + (u.y * u.y * (1.0f - cos_t)), (u.y * u.z * (1.0f - cos_t)) - (u.x * sin_t), 0.0f,
                   (u.z * u.x * (1.0f - cos_t)) - (u.y * sin_t),   (u.z * u.y * (1.0f - cos_t)) + (u.x * sin_t),         cos_t + (u.z * u.z * (1.0f - cos_t)), 0.0f,
                                                           0.0f,                                           0.0f,                                         0.0f, 1.0f);
}

Matrix4 Matrix4::translate(const Vector3 &t)
{
    return Matrix4(1.0f, 0.0f, 0.0f,  t.x,
                   0.0f, 1.0f, 0.0f,  t.y,
                   0.0f, 0.0f, 1.0f,  t.z,
                   0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
}

Matrix4 Matrix4::scale(const Vector3 &s)
{
    return Matrix4( s.x, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
                   0.0f,  s.y, 0.0f, 0.0f,
                   0.0f, 0.0f,  s.z, 0.0f,
                   0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
}

Matrix4 Matrix4::frustum(float l, float r, float b, float t, float n, float f)
{
    return Matrix4((2.0f * n) / (r - l),                 0.0f,  (r + l) / (r - l),                      0.0f,
                                   0.0f, (2.0f * n) / (t - b),  (t + b) / (t - b),                      0.0f,
                                   0.0f,                 0.0f, -(f + n) / (f - n), -(2.0f * f * n) / (f - n),
                                   0.0f,                 0.0f,              -1.0f,                      0.0f);
}

Matrix4 Matrix4::perspective(float fovY, float aspectRatio, float nearZ, float farZ)
{
    const float frustumHeight = tanf(fovY / 360.0f * M_PI) * nearZ;
    const float frustumWidth = frustumHeight * aspectRatio;
    return frustum(-frustumWidth, frustumWidth, -frustumHeight, frustumHeight, nearZ, farZ);
}

Matrix4 Matrix4::ortho(float l, float r, float b, float t, float n, float f)
{
    return Matrix4(2.0f / (r - l),           0.0f,            0.0f, -(r + l) / (r - l),
                             0.0f, 2.0f / (t - b),            0.0f, -(t + b) / (t - b),
                             0.0f,           0.0f, -2.0f / (f - n), -(f + n) / (f - n),
                             0.0f,           0.0f,            0.0f,               1.0f);
}

Matrix4 Matrix4::rollPitchYaw(float roll, float pitch, float yaw)
{
    return rotate(yaw,   Vector3(0, 0, 1)) *
           rotate(pitch, Vector3(0, 1, 0)) *
           rotate(roll,  Vector3(1, 0, 0));
}

Matrix4 Matrix4::invert(const Matrix4 &mat)
{
    Matrix4 inverted( mat.data[ 5] * mat.data[10] * mat.data[15] - mat.data[5] * mat.data[11] * mat.data[14] - mat.data[ 9] * mat.data[ 6] * mat.data[15] + mat.data[ 9] * mat.data[ 7] * mat.data[14] + mat.data[13] * mat.data[ 6] * mat.data[11] - mat.data[13] * mat.data[ 7] * mat.data[10],
                     -mat.data[ 4] * mat.data[10] * mat.data[15] + mat.data[4] * mat.data[11] * mat.data[14] + mat.data[ 8] * mat.data[ 6] * mat.data[15] - mat.data[ 8] * mat.data[ 7] * mat.data[14] - mat.data[12] * mat.data[ 6] * mat.data[11] + mat.data[12] * mat.data[ 7] * mat.data[10],
                      mat.data[ 4] * mat.data[ 9] * mat.data[15] - mat.data[4] * mat.data[11] * mat.data[13] - mat.data[ 8] * mat.data[ 5] * mat.data[15] + mat.data[ 8] * mat.data[ 7] * mat.data[13] + mat.data[12] * mat.data[ 5] * mat.data[11] - mat.data[12] * mat.data[ 7] * mat.data[ 9],
                     -mat.data[ 4] * mat.data[ 9] * mat.data[14] + mat.data[4] * mat.data[10] * mat.data[13] + mat.data[ 8] * mat.data[ 5] * mat.data[14] - mat.data[ 8] * mat.data[ 6] * mat.data[13] - mat.data[12] * mat.data[ 5] * mat.data[10] + mat.data[12] * mat.data[ 6] * mat.data[ 9],
                     -mat.data[ 1] * mat.data[10] * mat.data[15] + mat.data[1] * mat.data[11] * mat.data[14] + mat.data[ 9] * mat.data[ 2] * mat.data[15] - mat.data[ 9] * mat.data[ 3] * mat.data[14] - mat.data[13] * mat.data[ 2] * mat.data[11] + mat.data[13] * mat.data[ 3] * mat.data[10],
                      mat.data[ 0] * mat.data[10] * mat.data[15] - mat.data[0] * mat.data[11] * mat.data[14] - mat.data[ 8] * mat.data[ 2] * mat.data[15] + mat.data[ 8] * mat.data[ 3] * mat.data[14] + mat.data[12] * mat.data[ 2] * mat.data[11] - mat.data[12] * mat.data[ 3] * mat.data[10],
                     -mat.data[ 0] * mat.data[ 9] * mat.data[15] + mat.data[0] * mat.data[11] * mat.data[13] + mat.data[ 8] * mat.data[ 1] * mat.data[15] - mat.data[ 8] * mat.data[ 3] * mat.data[13] - mat.data[12] * mat.data[ 1] * mat.data[11] + mat.data[12] * mat.data[ 3] * mat.data[ 9],
                      mat.data[ 0] * mat.data[ 9] * mat.data[14] - mat.data[0] * mat.data[10] * mat.data[13] - mat.data[ 8] * mat.data[ 1] * mat.data[14] + mat.data[ 8] * mat.data[ 2] * mat.data[13] + mat.data[12] * mat.data[ 1] * mat.data[10] - mat.data[12] * mat.data[ 2] * mat.data[ 9],
                      mat.data[ 1] * mat.data[ 6] * mat.data[15] - mat.data[1] * mat.data[ 7] * mat.data[14] - mat.data[ 5] * mat.data[ 2] * mat.data[15] + mat.data[ 5] * mat.data[ 3] * mat.data[14] + mat.data[13] * mat.data[ 2] * mat.data[ 7] - mat.data[13] * mat.data[ 3] * mat.data[ 6],
                     -mat.data[ 0] * mat.data[ 6] * mat.data[15] + mat.data[0] * mat.data[ 7] * mat.data[14] + mat.data[ 4] * mat.data[ 2] * mat.data[15] - mat.data[ 4] * mat.data[ 3] * mat.data[14] - mat.data[12] * mat.data[ 2] * mat.data[ 7] + mat.data[12] * mat.data[ 3] * mat.data[ 6],
                      mat.data[ 0] * mat.data[ 5] * mat.data[15] - mat.data[0] * mat.data[ 7] * mat.data[13] - mat.data[ 4] * mat.data[ 1] * mat.data[15] + mat.data[ 4] * mat.data[ 3] * mat.data[13] + mat.data[12] * mat.data[ 1] * mat.data[ 7] - mat.data[12] * mat.data[ 3] * mat.data[ 5],
                     -mat.data[ 0] * mat.data[ 5] * mat.data[14] + mat.data[0] * mat.data[ 6] * mat.data[13] + mat.data[ 4] * mat.data[ 1] * mat.data[14] - mat.data[ 4] * mat.data[ 2] * mat.data[13] - mat.data[12] * mat.data[ 1] * mat.data[ 6] + mat.data[12] * mat.data[ 2] * mat.data[ 5],
                     -mat.data[ 1] * mat.data[ 6] * mat.data[11] + mat.data[1] * mat.data[ 7] * mat.data[10] + mat.data[ 5] * mat.data[ 2] * mat.data[11] - mat.data[ 5] * mat.data[ 3] * mat.data[10] - mat.data[ 9] * mat.data[ 2] * mat.data[ 7] + mat.data[ 9] * mat.data[ 3] * mat.data[ 6],
                      mat.data[ 0] * mat.data[ 6] * mat.data[11] - mat.data[0] * mat.data[ 7] * mat.data[10] - mat.data[ 4] * mat.data[ 2] * mat.data[11] + mat.data[ 4] * mat.data[ 3] * mat.data[10] + mat.data[ 8] * mat.data[ 2] * mat.data[ 7] - mat.data[ 8] * mat.data[ 3] * mat.data[ 6],
                     -mat.data[ 0] * mat.data[ 5] * mat.data[11] + mat.data[0] * mat.data[ 7] * mat.data[ 9] + mat.data[ 4] * mat.data[ 1] * mat.data[11] - mat.data[ 4] * mat.data[ 3] * mat.data[ 9] - mat.data[ 8] * mat.data[ 1] * mat.data[ 7] + mat.data[ 8] * mat.data[ 3] * mat.data[ 5],
                      mat.data[ 0] * mat.data[ 5] * mat.data[10] - mat.data[0] * mat.data[ 6] * mat.data[ 9] - mat.data[ 4] * mat.data[ 1] * mat.data[10] + mat.data[ 4] * mat.data[ 2] * mat.data[ 9] + mat.data[ 8] * mat.data[ 1] * mat.data[ 6] - mat.data[ 8] * mat.data[ 2] * mat.data[ 5]);

    float determinant = mat.data[0] * inverted.data[0] + mat.data[1] * inverted.data[4] + mat.data[2] * inverted.data[8] + mat.data[3] * inverted.data[12];

    if (determinant != 0.0f)
    {
        inverted *= 1.0f / determinant;
    }
    else
    {
        inverted = identity();
    }

    return inverted;
}

Matrix4 Matrix4::transpose(const Matrix4 &mat)
{
    return Matrix4(mat.data[ 0], mat.data[ 1], mat.data[ 2], mat.data[ 3],
                   mat.data[ 4], mat.data[ 5], mat.data[ 6], mat.data[ 7],
                   mat.data[ 8], mat.data[ 9], mat.data[10], mat.data[11],
                   mat.data[12], mat.data[13], mat.data[14], mat.data[15]);
}

Vector3 Matrix4::transform(const Matrix4 &mat, const Vector3 &pt)
{
    Vector4 transformed = Vector4::normalize(mat * Vector4(pt.x, pt.y, pt.z, 1.0f));
    return Vector3(transformed.x, transformed.y, transformed.z);
}

Vector3 Matrix4::transform(const Matrix4 &mat, const Vector4 &pt)
{
    Vector4 transformed = Vector4::normalize(mat * pt);
    return Vector3(transformed.x, transformed.y, transformed.z);
}

Matrix4 operator*(const Matrix4 &a, const Matrix4 &b)
{
    return Matrix4(a.data[ 0] * b.data[ 0] + a.data[ 4] * b.data[ 1] + a.data[ 8] * b.data[ 2] + a.data[12] * b.data[ 3],
                   a.data[ 0] * b.data[ 4] + a.data[ 4] * b.data[ 5] + a.data[ 8] * b.data[ 6] + a.data[12] * b.data[ 7],
                   a.data[ 0] * b.data[ 8] + a.data[ 4] * b.data[ 9] + a.data[ 8] * b.data[10] + a.data[12] * b.data[11],
                   a.data[ 0] * b.data[12] + a.data[ 4] * b.data[13] + a.data[ 8] * b.data[14] + a.data[12] * b.data[15],
                   a.data[ 1] * b.data[ 0] + a.data[ 5] * b.data[ 1] + a.data[ 9] * b.data[ 2] + a.data[13] * b.data[ 3],
                   a.data[ 1] * b.data[ 4] + a.data[ 5] * b.data[ 5] + a.data[ 9] * b.data[ 6] + a.data[13] * b.data[ 7],
                   a.data[ 1] * b.data[ 8] + a.data[ 5] * b.data[ 9] + a.data[ 9] * b.data[10] + a.data[13] * b.data[11],
                   a.data[ 1] * b.data[12] + a.data[ 5] * b.data[13] + a.data[ 9] * b.data[14] + a.data[13] * b.data[15],
                   a.data[ 2] * b.data[ 0] + a.data[ 6] * b.data[ 1] + a.data[10] * b.data[ 2] + a.data[14] * b.data[ 3],
                   a.data[ 2] * b.data[ 4] + a.data[ 6] * b.data[ 5] + a.data[10] * b.data[ 6] + a.data[14] * b.data[ 7],
                   a.data[ 2] * b.data[ 8] + a.data[ 6] * b.data[ 9] + a.data[10] * b.data[10] + a.data[14] * b.data[11],
                   a.data[ 2] * b.data[12] + a.data[ 6] * b.data[13] + a.data[10] * b.data[14] + a.data[14] * b.data[15],
                   a.data[ 3] * b.data[ 0] + a.data[ 7] * b.data[ 1] + a.data[11] * b.data[ 2] + a.data[15] * b.data[ 3],
                   a.data[ 3] * b.data[ 4] + a.data[ 7] * b.data[ 5] + a.data[11] * b.data[ 6] + a.data[15] * b.data[ 7],
                   a.data[ 3] * b.data[ 8] + a.data[ 7] * b.data[ 9] + a.data[11] * b.data[10] + a.data[15] * b.data[11],
                   a.data[ 3] * b.data[12] + a.data[ 7] * b.data[13] + a.data[11] * b.data[14] + a.data[15] * b.data[15]);
}

Matrix4 &operator*=(Matrix4 &a, const Matrix4 &b)
{
    a = a * b;
    return a;
}

Matrix4 operator*(const Matrix4 &a, float b)
{
    Matrix4 ret(a);
    for (size_t i = 0; i < 16; i++)
    {
        ret.data[i] *= b;
    }
    return ret;
}

Matrix4 &operator*=(Matrix4 &a, float b)
{
    for (size_t i = 0; i < 16; i++)
    {
        a.data[i] *= b;
    }
    return a;
}

Vector4 operator*(const Matrix4 &a, const Vector4 &b)
{
    return Vector4(a.data[ 0] * b.x + a.data[ 4] * b.y + a.data[ 8] * b.z + a.data[12] * b.w,
                   a.data[ 1] * b.x + a.data[ 5] * b.y + a.data[ 9] * b.z + a.data[13] * b.w,
                   a.data[ 2] * b.x + a.data[ 6] * b.y + a.data[10] * b.z + a.data[14] * b.w,
                   a.data[ 3] * b.x + a.data[ 7] * b.y + a.data[11] * b.z + a.data[15] * b.w);
}

bool operator==(const Matrix4 &a, const Matrix4 &b)
{
    for (size_t i = 0; i < 16; i++)
    {
        if (a.data[i] != b.data[i])
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

bool operator!=(const Matrix4 &a, const Matrix4 &b)
{
    return !(a == b);
}