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// Copyright 2009-2021 Intel Corporation1// SPDX-License-Identifier: Apache-2.023#pragma once45#include "../../common/math/affinespace.h"6#include "../../common/math/interval.h"78#include <functional>910namespace embree {1112#define MOTION_DERIVATIVE_ROOT_EPSILON 1e-4f1314static void motion_derivative_coefficients(const float *p, float *coeff);1516struct MotionDerivativeCoefficients17{18float theta;19float coeffs[3*8*7];2021MotionDerivativeCoefficients() {}2223// xfm0 and xfm1 are interpret as quaternion decomposition24MotionDerivativeCoefficients(AffineSpace3ff const& xfm0, AffineSpace3ff const& xfm1)25{26// cosTheta of the two quaternions27const float cosTheta = min(1.f, max(-1.f,28xfm0.l.vx.w * xfm1.l.vx.w29+ xfm0.l.vy.w * xfm1.l.vy.w30+ xfm0.l.vz.w * xfm1.l.vz.w31+ xfm0.p.w * xfm1.p.w));3233theta = std::acos(cosTheta);34Vec4f qperp(xfm1.p.w, xfm1.l.vx.w, xfm1.l.vy.w, xfm1.l.vz.w);35if (cosTheta < 0.995f) {36// compute perpendicular quaternion37qperp.x = xfm1.p.w - cosTheta * xfm0.p.w;38qperp.y = xfm1.l.vx.w - cosTheta * xfm0.l.vx.w;39qperp.z = xfm1.l.vy.w - cosTheta * xfm0.l.vy.w;40qperp.w = xfm1.l.vz.w - cosTheta * xfm0.l.vz.w;41qperp = normalize(qperp);42}43const float p[33] = {44theta,45xfm0.l.vx.y, xfm0.l.vx.z, xfm0.l.vy.z, // translation component of xfm046xfm1.l.vx.y, xfm1.l.vx.z, xfm1.l.vy.z, // translation component of xfm147xfm0.p.w, xfm0.l.vx.w, xfm0.l.vy.w, xfm0.l.vz.w, // quaternion of xfm048qperp.x, qperp.y, qperp.z, qperp.w,49xfm0.l.vx.x, xfm0.l.vy.x, xfm0.l.vz.x, xfm0.p.x, // scale/skew component of xfm050xfm0.l.vy.y, xfm0.l.vz.y, xfm0.p.y,51xfm0.l.vz.z, xfm0.p.z,52xfm1.l.vx.x, xfm1.l.vy.x, xfm1.l.vz.x, xfm1.p.x, // scale/skew component of xfm153xfm1.l.vy.y, xfm1.l.vz.y, xfm1.p.y,54xfm1.l.vz.z, xfm1.p.z55};56motion_derivative_coefficients(p, coeffs);57}58};5960struct MotionDerivative61{62float twoTheta;63float c[8];6465MotionDerivative(MotionDerivativeCoefficients const& mdc,66int dim, Vec3fa const& p0, Vec3fa const& p1)67: twoTheta(2.f*mdc.theta)68{69const float p[7] = { 1, p0.x, p0.y, p0.z, p1.x, p1.y, p1.z };70for (int i = 0; i < 8; ++i) {71c[i] = 0;72for (int j = 0; j < 7; ++j) {73c[i] += mdc.coeffs[8*7*dim + i*7 + j] * p[j];74}75}76}7778template<typename T>79struct EvalMotionDerivative80{81MotionDerivative const& md;82float offset;8384EvalMotionDerivative(MotionDerivative const& md, float offset) : md(md), offset(offset) {}8586T operator()(T const& time) const {87return md.c[0] + md.c[1] * time88+ (md.c[2] + md.c[3] * time + md.c[4] * time * time) * cos(md.twoTheta * time)89+ (md.c[5] + md.c[6] * time + md.c[7] * time * time) * sin(md.twoTheta * time)90+ offset;91}92};9394unsigned int findRoots(95Interval1f const& interval,96float offset,97float* roots,98unsigned int maxNumRoots)99{100unsigned int numRoots = 0;101EvalMotionDerivative<Interval1f> eval(*this, offset);102findRoots(eval, interval, numRoots, roots, maxNumRoots);103return numRoots;104}105106template<typename Eval>107static void findRoots(108109Eval const& eval,110Interval1f const& interval,111unsigned int& numRoots,112float* roots,113unsigned int maxNumRoots)114{115Interval1f range = eval(interval);116if (range.lower > 0 || range.upper < 0 || range.lower >= range.upper) return;117118const float split = 0.5f * (interval.upper + interval.lower);119if (interval.upper-interval.lower < 1e-7f || abs(split-interval.lower) < 1e-7f || abs(split-interval.upper) < 1e-7f)120{121// check if the root already exists122for (unsigned int k = 0; k < numRoots && k < maxNumRoots; ++k) {123if (abs(roots[k]-split) < MOTION_DERIVATIVE_ROOT_EPSILON)124return;125}126if (numRoots < maxNumRoots) {127roots[numRoots++] = split;128}129if (numRoots > maxNumRoots) {130printf("error: more roots than expected\n"); // FIXME: workaround for ICC2019.4 compiler bug under macOS131return;132}133return;134}135136findRoots(eval, Interval1f(interval.lower, split), numRoots, roots, maxNumRoots);137findRoots(eval, Interval1f(split, interval.upper), numRoots, roots, maxNumRoots);138}139};140141/******************************************************************************142* Code generated with sympy 1.4 *143* See http://www.sympy.org/ for more information. *144* *145* see *146* *147* scripts/generate_motion_derivative_coefficients.py *148* *149* for how this code is generated *150* *151******************************************************************************/152static void motion_derivative_coefficients(const float *p, float *coeff)153{154coeff[0] = -p[1] + p[4] - p[7]*p[9]*p[23] + p[7]*p[9]*p[32] + p[7]*p[10]*p[21] - p[7]*p[10]*p[30] - p[8]*p[9]*p[21] + p[8]*p[9]*p[30] - p[8]*p[10]*p[23] + p[8]*p[10]*p[32] + p[9]*p[9]*p[18] - p[9]*p[9]*p[27] + p[10]*p[10]*p[18] - p[10]*p[10]*p[27] - p[11]*p[13]*p[23] + p[11]*p[13]*p[32] + p[11]*p[14]*p[21] - p[11]*p[14]*p[30] - p[12]*p[13]*p[21] + p[12]*p[13]*p[30] - p[12]*p[14]*p[23] + p[12]*p[14]*p[32] + p[13]*p[13]*p[18] - p[13]*p[13]*p[27] + p[14]*p[14]*p[18] - p[14]*p[14]*p[27] - p[18] + p[27];155coeff[1] = 2*p[9]*p[9]*p[15] - p[9]*p[9]*p[24] + 2*p[10]*p[10]*p[15] - p[10]*p[10]*p[24] + 2*p[13]*p[13]*p[15] - p[13]*p[13]*p[24] + 2*p[14]*p[14]*p[15] - p[14]*p[14]*p[24] - 2*p[15] + p[24];156coeff[2] = 2*p[7]*p[10]*p[19] - p[7]*p[10]*p[28] - 2*p[8]*p[9]*p[19] + p[8]*p[9]*p[28] + 2*p[9]*p[9]*p[16] - p[9]*p[9]*p[25] + 2*p[10]*p[10]*p[16] - p[10]*p[10]*p[25] + 2*p[11]*p[14]*p[19] - p[11]*p[14]*p[28] - 2*p[12]*p[13]*p[19] + p[12]*p[13]*p[28] + 2*p[13]*p[13]*p[16] - p[13]*p[13]*p[25] + 2*p[14]*p[14]*p[16] - p[14]*p[14]*p[25] - 2*p[16] + p[25];157coeff[3] = -2*p[7]*p[9]*p[22] + p[7]*p[9]*p[31] + 2*p[7]*p[10]*p[20] - p[7]*p[10]*p[29] - 2*p[8]*p[9]*p[20] + p[8]*p[9]*p[29] - 2*p[8]*p[10]*p[22] + p[8]*p[10]*p[31] + 2*p[9]*p[9]*p[17] - p[9]*p[9]*p[26] + 2*p[10]*p[10]*p[17] - p[10]*p[10]*p[26] - 2*p[11]*p[13]*p[22] + p[11]*p[13]*p[31] + 2*p[11]*p[14]*p[20] - p[11]*p[14]*p[29] - 2*p[12]*p[13]*p[20] + p[12]*p[13]*p[29] - 2*p[12]*p[14]*p[22] + p[12]*p[14]*p[31] + 2*p[13]*p[13]*p[17] - p[13]*p[13]*p[26] + 2*p[14]*p[14]*p[17] - p[14]*p[14]*p[26] - 2*p[17] + p[26];158coeff[4] = (-p[9]*p[9] - p[10]*p[10] - p[13]*p[13] - p[14]*p[14] + 1)*p[15];159coeff[5] = -p[7]*p[10]*p[19] + p[8]*p[9]*p[19] - p[9]*p[9]*p[16] - p[10]*p[10]*p[16] - p[11]*p[14]*p[19] + p[12]*p[13]*p[19] - p[13]*p[13]*p[16] - p[14]*p[14]*p[16] + p[16];160coeff[6] = p[7]*p[9]*p[22] - p[7]*p[10]*p[20] + p[8]*p[9]*p[20] + p[8]*p[10]*p[22] - p[9]*p[9]*p[17] - p[10]*p[10]*p[17] + p[11]*p[13]*p[22] - p[11]*p[14]*p[20] + p[12]*p[13]*p[20] + p[12]*p[14]*p[22] - p[13]*p[13]*p[17] - p[14]*p[14]*p[17] + p[17];161coeff[7] = 0;162coeff[8] = -2*p[9]*p[9]*p[15] + 2*p[9]*p[9]*p[24] - 2*p[10]*p[10]*p[15] + 2*p[10]*p[10]*p[24] - 2*p[13]*p[13]*p[15] + 2*p[13]*p[13]*p[24] - 2*p[14]*p[14]*p[15] + 2*p[14]*p[14]*p[24] + 2*p[15] - 2*p[24];163coeff[9] = -2*p[7]*p[10]*p[19] + 2*p[7]*p[10]*p[28] + 2*p[8]*p[9]*p[19] - 2*p[8]*p[9]*p[28] - 2*p[9]*p[9]*p[16] + 2*p[9]*p[9]*p[25] - 2*p[10]*p[10]*p[16] + 2*p[10]*p[10]*p[25] - 2*p[11]*p[14]*p[19] + 2*p[11]*p[14]*p[28] + 2*p[12]*p[13]*p[19] - 2*p[12]*p[13]*p[28] - 2*p[13]*p[13]*p[16] + 2*p[13]*p[13]*p[25] - 2*p[14]*p[14]*p[16] + 2*p[14]*p[14]*p[25] + 2*p[16] - 2*p[25];164coeff[10] = 2*p[7]*p[9]*p[22] - 2*p[7]*p[9]*p[31] - 2*p[7]*p[10]*p[20] + 2*p[7]*p[10]*p[29] + 2*p[8]*p[9]*p[20] - 2*p[8]*p[9]*p[29] + 2*p[8]*p[10]*p[22] - 2*p[8]*p[10]*p[31] - 2*p[9]*p[9]*p[17] + 2*p[9]*p[9]*p[26] - 2*p[10]*p[10]*p[17] + 2*p[10]*p[10]*p[26] + 2*p[11]*p[13]*p[22] - 2*p[11]*p[13]*p[31] - 2*p[11]*p[14]*p[20] + 2*p[11]*p[14]*p[29] + 2*p[12]*p[13]*p[20] - 2*p[12]*p[13]*p[29] + 2*p[12]*p[14]*p[22] - 2*p[12]*p[14]*p[31] - 2*p[13]*p[13]*p[17] + 2*p[13]*p[13]*p[26] - 2*p[14]*p[14]*p[17] + 2*p[14]*p[14]*p[26] + 2*p[17] - 2*p[26];165coeff[11] = 2*p[9]*p[9]*p[15] - 2*p[9]*p[9]*p[24] + 2*p[10]*p[10]*p[15] - 2*p[10]*p[10]*p[24] + 2*p[13]*p[13]*p[15] - 2*p[13]*p[13]*p[24] + 2*p[14]*p[14]*p[15] - 2*p[14]*p[14]*p[24] - 2*p[15] + 2*p[24];166coeff[12] = 2*p[7]*p[10]*p[19] - 2*p[7]*p[10]*p[28] - 2*p[8]*p[9]*p[19] + 2*p[8]*p[9]*p[28] + 2*p[9]*p[9]*p[16] - 2*p[9]*p[9]*p[25] + 2*p[10]*p[10]*p[16] - 2*p[10]*p[10]*p[25] + 2*p[11]*p[14]*p[19] - 2*p[11]*p[14]*p[28] - 2*p[12]*p[13]*p[19] + 2*p[12]*p[13]*p[28] + 2*p[13]*p[13]*p[16] - 2*p[13]*p[13]*p[25] + 2*p[14]*p[14]*p[16] - 2*p[14]*p[14]*p[25] - 2*p[16] + 2*p[25];167coeff[13] = -2*p[7]*p[9]*p[22] + 2*p[7]*p[9]*p[31] + 2*p[7]*p[10]*p[20] - 2*p[7]*p[10]*p[29] - 2*p[8]*p[9]*p[20] + 2*p[8]*p[9]*p[29] - 2*p[8]*p[10]*p[22] + 2*p[8]*p[10]*p[31] + 2*p[9]*p[9]*p[17] - 2*p[9]*p[9]*p[26] + 2*p[10]*p[10]*p[17] - 2*p[10]*p[10]*p[26] - 2*p[11]*p[13]*p[22] + 2*p[11]*p[13]*p[31] + 2*p[11]*p[14]*p[20] - 2*p[11]*p[14]*p[29] - 2*p[12]*p[13]*p[20] + 2*p[12]*p[13]*p[29] - 2*p[12]*p[14]*p[22] + 2*p[12]*p[14]*p[31] + 2*p[13]*p[13]*p[17] - 2*p[13]*p[13]*p[26] + 2*p[14]*p[14]*p[17] - 2*p[14]*p[14]*p[26] - 2*p[17] + 2*p[26];168coeff[14] = 2*p[0]*p[7]*p[11]*p[18] + 2*p[0]*p[7]*p[13]*p[23] - 2*p[0]*p[7]*p[14]*p[21] + 2*p[0]*p[8]*p[12]*p[18] + 2*p[0]*p[8]*p[13]*p[21] + 2*p[0]*p[8]*p[14]*p[23] + 2*p[0]*p[9]*p[11]*p[23] + 2*p[0]*p[9]*p[12]*p[21] - 2*p[0]*p[9]*p[13]*p[18] - 2*p[0]*p[10]*p[11]*p[21] + 2*p[0]*p[10]*p[12]*p[23] - 2*p[0]*p[10]*p[14]*p[18] - p[7]*p[9]*p[23] + p[7]*p[9]*p[32] + p[7]*p[10]*p[21] - p[7]*p[10]*p[30] - p[8]*p[9]*p[21] + p[8]*p[9]*p[30] - p[8]*p[10]*p[23] + p[8]*p[10]*p[32] + p[9]*p[9]*p[18] - p[9]*p[9]*p[27] + p[10]*p[10]*p[18] - p[10]*p[10]*p[27] + p[11]*p[13]*p[23] - p[11]*p[13]*p[32] - p[11]*p[14]*p[21] + p[11]*p[14]*p[30] + p[12]*p[13]*p[21] - p[12]*p[13]*p[30] + p[12]*p[14]*p[23] - p[12]*p[14]*p[32] - p[13]*p[13]*p[18] + p[13]*p[13]*p[27] - p[14]*p[14]*p[18] + p[14]*p[14]*p[27];169coeff[15] = 2*p[0]*p[7]*p[11]*p[15] + 2*p[0]*p[8]*p[12]*p[15] - 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