Rework UI architecture and blendshape animation
[opengl.git] / ik.cpp
diff --git a/ik.cpp b/ik.cpp
index c6fa6030748bbfb4740b5099d872651d57451874..9598ddc870ee0d45b3d8d322ba87aa696d4f3391 100644 (file)
--- a/ik.cpp
+++ b/ik.cpp
@@ -70,7 +70,7 @@ vec3 extractPos(mat4 trans) {
        return vec3(trans[3]);
 }
 
-glm::mat4 absoluteToModelSpace(const Model::Node &root, const Model::Node &n, mat4 m) {
+mat4 absoluteToModelSpace(const Model::Node &root, const Model::Node &n, mat4 m) {
        const Model::Node *parent = &n;
        glm::mat4 res = m;
        std::vector<mat4> trans;
@@ -96,18 +96,24 @@ mat4 getRotationToPoint(vec3 u, vec3 v, float dist) {
        return res;
 }
 
+// Normalizes a transformation matrix to not have any scale factor
+inline mat4 normalizeScale(mat4 m) {
+       for (int i = 0; i < 3; i++)
+               m[i] = normalize(m[i]);
+       return m;
+}
+
 float d = 0;
 
 // Target is world position
-void inverseKinematic(Model::Node &start, Model::Node &end, vec3 target) {
+void inverseKinematics(Model::Node &start, Model::Node &end, vec3 target) {
        std::vector<Model::Node> chain = allNodesTo(start, end);
        assert(!chain.empty());
 
-       const Model::Node *rootPtr = start.parent;
-       while (rootPtr->parent != nullptr)
-               rootPtr = rootPtr->parent;
-       const Model::Node &root = *rootPtr;
+       // Calculate the world root
+       const Model::Node &root = start.getRoot();
 
+       // Work out the positions and distances
        std::vector<vec3> positions(chain.size()); std::vector<float> distances(chain.size() - 1);
        for (size_t i = 0; i < chain.size(); i++) {
                mat4 absTrans = getAbsTrans(root, chain[i]);
@@ -116,85 +122,48 @@ void inverseKinematic(Model::Node &start, Model::Node &end, vec3 target) {
                        distances[i - 1] = distance(positions[i], positions[i - 1]);
        }
 
+       // Do the actual IK part
        auto newPositions = fabrik(target, positions, distances);
        
-       // Rotate all the nodes so that they are in the correct positions
+       // Move all the nodes so that they are in the correct positions
        // Don't need to move the root node - it's already in place
        for (size_t i = 1; i < chain.size(); i++) {
                auto node = chain[i];
                mat4 absTrans = getAbsTrans(root, node);
                absTrans[3] = vec4(newPositions[i], absTrans[3][3]); // update position in transform
                
-               vec3 oldRelPos = extractPos(aiMatrixToMat4(node.ai.mTransformation));
-               vec3 newRelPos = extractPos(absoluteToModelSpace(root, *node.parent, absTrans));
-
-               mat4 rot = getRotationToPoint(oldRelPos, newRelPos, distances[i - 1]);
-               node.ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(rot * aiMatrixToMat4(node.ai.mTransformation));
-
-               /* std::cerr << node.ai.mName.C_Str() << ":\n"; */
-               /* printVec3(extractPos(aiMatrixToMat4(node.ai.mTransformation))); */
-               /* printVec3(newRelPos); */
-               /* assert(distance(extractPos(aiMatrixToMat4(node.ai.mTransformation)), newRelPos) < 0.0001); */
-
-               /* absTrans[3] = vec4(newPositions[i], absTrans[3][3]); // update position in transform */
-               
-               /* mat4 relTrans = absoluteToModelSpace(root, *node.parent, absTrans); */
-               /* node.ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(relTrans); */
+               mat4 relTrans = absoluteToModelSpace(root, *node.parent, absTrans);
+               node.ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(relTrans);
        }
 
-       // TODO: Now rotate all the nodes so that they point towards each other
+       // Now rotate all the nodes so that they point towards each other
        // Don't need to rotate the last node - it has nothing to point towards
+       // FIXME: Despite normalizeScale, this is still numerically unstable
+       // and the transformation scales over time!!!
        for (size_t i = 0; i < chain.size() - 1; i++) {
                auto node = chain[i]; auto nextNode = chain[i + 1];
                mat4 oldTrans = aiMatrixToMat4(node.ai.mTransformation);
-               vec3 nodePos = extractPos(oldTrans);
                vec3 nextNodePos = extractPos(aiMatrixToMat4(nextNode.ai.mTransformation));
 
-
-               /* vec3 up = normalize(oldTrans[1]); */
                vec3 up = {0, 1, 0};
                vec3 dir = -normalize(nextNodePos);
-               /* mat4 rot = mat3(aiMatrixToMat4(nextNode.ai.mTransformation)); */
-               /* mat4 rot = transpose(lookAt(vec3(0), dir, {0, 1, 0})); */
 
                vec3 v = cross(up, dir);
                mat3 sscpm = mat3(0, -v[2], v[1],
                                                  v[2], 0, -v[0],
                                                  -v[1], v[0], 0);
                mat4 rot = mat3(1) + sscpm + sscpm * sscpm * (1.f / 1.f + dot(up, dir));
-               /* mat4 rot = rotate(mat4(1), 0.01f, {0, 1, 0}); */
-               /* mat4 rot = mat4(1); */
 
+               // very important that we normalize the scale
+               // otherwise we end up with gradually growing models
+               // due to numerical instabaility
+               rot = normalizeScale(rot);
+               node.ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(oldTrans * rot);
 
-               mat4 trans = oldTrans * rot * inverse(oldTrans);
-               node.ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(trans * oldTrans);
                for (auto child: node.getChildren()) {
-                       child->ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(inverse(rot) * aiMatrixToMat4(child->ai.mTransformation));
+                       child->ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(normalizeScale(inverse(rot)) * aiMatrixToMat4(child->ai.mTransformation));
                }
 
-               
-               /* vec3 nextNodePos = extractPos(oldTrans * aiMatrixToMat4(nextNode.ai.mTransformation)); */
-               /* vec3 d = normalize(nextNodePos - nodePos); */
-
-               /* mat4 m = mat3(d.z, 0, -d.x, 0, 1, 0, d.x, 0, d.z); */
-
-               /* vec3 up = oldTrans[1]; */
-               /* mat4 look = lookAt(vec3(0), nextNodePos, up); */
-               /* look = oldTrans * look * inverse(oldTrans); */
-               /* node.ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(m * oldTrans); */
-
-               /* for (auto child: node.getChildren()) { */
-               /*      child->ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(inverse(m) * aiMatrixToMat4(child->ai.mTransformation)); */
-               /* } */
-
-               /* vec3 pos = extractPos(oldTrans); */
-               /* vec3 up = normalize(translate(oldTrans, -pos)); */
-               /* vec3 up = oldTrans[1]; */
-               /* mat4 rot = lookAt(vec3(0), extractPos(aiMatrixToMat4(nextNode.ai.mTransformation)), up); */
-               /* node.ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(translate(rot * translate(oldTrans, -pos), pos)); */
-               /* for (auto child: node.getChildren()) { */
-               /*      child->ai.mTransformation = mat4ToaiMatrix(inverse(rot) * aiMatrixToMat4(child->ai.mTransformation)); */
-               /* } */
        }
 
 }