[Helix][perf] Rewrite rotatePoint
[SugarCubes.git] / ShaheenGandhi.pde
index 4b61ca03c8aa9750d6b13cbfd48d5316f35adbf7..a11d9caffbcbf5b4e81710610dbd7d1a56b449cf 100644 (file)
@@ -40,14 +40,14 @@ class HelixPattern extends SCPattern {
       return getPointAt(getTValue(pt));
     }
 
-    PVector rotatePoint(final PVector pt, final float rads) {
-      Vec3D axisVec3D = new Vec3D(vector.x, vector.y, vector.z);
-      Vec3D originVec3D = new Vec3D(origin.x, origin.y, origin.z);
-      Matrix4x4 mat = new Matrix4x4().identity()
-        .rotateAroundAxis(axisVec3D, rads);
-      Vec3D ptVec3D = new Vec3D(pt.x, pt.y, pt.z).sub(originVec3D);
-      Vec3D rotatedPt = mat.applyTo(ptVec3D).add(originVec3D);
-      return new PVector(rotatedPt.x, rotatedPt.y, rotatedPt.z);
+    PVector rotatePoint(final PVector p, final float t) {
+      final PVector o = origin;
+      final PVector v = vector;
+      
+      float x = (o.x*(v.y*v.y + v.z*v.z) - v.x*(o.y*v.y + o.z*v.z - v.x*p.x - v.y*p.y - v.z*p.z))*(1 - cos(t)) + p.x*cos(t) + (-o.z*v.y + o.y*v.z - v.z*p.y + v.y*p.z)*sin(t);
+      float y = (o.y*(v.x*v.x + v.z*v.z) - v.y*(o.x*v.x + o.z*v.z - v.x*p.x - v.y*p.y - v.z*p.z))*(1 - cos(t)) + p.y*cos(t) + (o.z*v.x - o.x*v.z + v.z*p.x - v.x*p.z)*sin(t);
+      float z = (o.z*(v.x*v.x + v.y*v.y) - v.z*(o.x*v.x + o.y*v.y - v.x*p.x - v.y*p.y - v.z*p.z))*(1 - cos(t)) + p.z*cos(t) + (-o.y*v.x + o.x*v.y - v.y*p.x + v.x*p.y)*sin(t);
+      return new PVector(x, y, z);
     }
   }
 
@@ -106,9 +106,16 @@ class HelixPattern extends SCPattern {
     }
 
     color colorOfPoint(final PVector p) {
+      float t = axis.getTValue(p);
+
+      // For performance reasons, cut out points that are outside of
+      // the tube where the toroidal coil lives.
+      if (abs(PVector.dist(p, axis.getPointAt(t)) - radius) > girth*.5f) {
+        return color(0,0,0);
+      }
+
       // Find the appropriate point for the current rotation
       // of the helix.
-      float t = axis.getTValue(p);
       PVector toroidPoint = pointOnToroidalAxis(t);
 
       // The rotated point represents the middle of the girth of
@@ -128,57 +135,109 @@ class HelixPattern extends SCPattern {
   private final BasicParameter helix1On = new BasicParameter("H1ON", 1);
   private final BasicParameter helix2On = new BasicParameter("H2ON", 1);
 
+  private final BasicParameter basePairsOn = new BasicParameter("BPON", 1);
+  private final BasicParameter spokePeriodParam = new BasicParameter("SPPD", 0.40);
+  private final BasicParameter spokePhaseParam = new BasicParameter("SPPH", 0.25);
+
+  private static final float helixCoilPeriod = 100;
+  private static final float helixCoilRadius = 45;
+  private static final float helixCoilGirth = 20;
+  private static final float helixCoilRotationPeriod = 10000;
+
   public HelixPattern(GLucose glucose) {
     super(glucose);
 
     addParameter(helix1On);
     addParameter(helix2On);
+    addParameter(basePairsOn);
+    addParameter(spokePhaseParam);
+    addParameter(spokePeriodParam);
+
+    PVector origin = new PVector(100, 50, 45);
+    PVector axis = new PVector(1,0,0);
 
     h1 = new Helix(
-      new Line(new PVector(100, 50, 45), new PVector(1,0,0)),
-      100, // period
-      40, // radius
-      30, // girth
-      0,  // phase
-      10000); // rotation period (ms)
+      new Line(origin, axis),
+      helixCoilPeriod,
+      helixCoilRadius,
+      helixCoilGirth,
+      0,
+      helixCoilRotationPeriod);
     h2 = new Helix(
-      new Line(new PVector(100, 50, 70), new PVector(1,0,0)),
-      100,
-      40,
-      30,
+      new Line(origin, axis),
+      helixCoilPeriod,
+      helixCoilRadius,
+      helixCoilGirth,
       PI,
-      10000);
-
-    // TODO(shaheen) calculate line segments between
-    // toroidal points selected by stepping the
-    // parameterized t value.  select base pairs and
-    // associated colors.  lerp between colors for each
-    // base pair to produce a DNA effect.
-
+      helixCoilRotationPeriod);
   }
 
   void run(int deltaMs) {
     boolean h1on = helix1On.getValue() > 0.5;
     boolean h2on = helix2On.getValue() > 0.5;
+    boolean spokesOn = (float)basePairsOn.getValue() > 0.5;
+    float spokePeriod = (float)spokePeriodParam.getValue() * 100 + 1;
+    float spokeGirth = 10;
+    float spokePhase = (float)spokePhaseParam.getValue() * spokePeriod;
+    float spokeRadius = helixCoilRadius - helixCoilGirth*.5f;
 
     h1.step(deltaMs);
     h2.step(deltaMs);
 
     for (Point p : model.points) {
-      color h1c = color(0,0,0);
-      color h2c = color(0,0,0);
+      PVector pt = new PVector(p.x,p.y,p.z);
+      color h1c = h1.colorOfPoint(pt);
+      color h2c = h2.colorOfPoint(pt);
+
+      // Find the closest spoke's t-value and calculate its
+      // axis.  Until everything animates in the model reference
+      // frame, this has to be calculated at every step because
+      // the helices rotate.
+      float t = h1.getAxis().getTValue(pt) + spokePhase;
+      float spokeAxisTValue = floor(((t + spokePeriod/2) / spokePeriod)) * spokePeriod;
+      PVector h1point = h1.pointOnToroidalAxis(spokeAxisTValue);
+      PVector h2point = h2.pointOnToroidalAxis(spokeAxisTValue);
+      PVector spokeVector = PVector.sub(h2point, h1point);
+      spokeVector.normalize();
+      Line spokeLine = new Line(h1point, spokeVector);
+      float spokeLength = PVector.dist(h1point, h2point);
+      // TODO(shaheen) investigate why h1.getAxis().getPointAt(spokeAxisTValue) doesn't quite
+      // have the same value.
+      PVector spokeCenter = PVector.add(h1point, PVector.mult(spokeVector, spokeLength/2.f));
+      PVector spokeStart = PVector.add(spokeCenter, PVector.mult(spokeLine.getVector(), -spokeRadius));
+      PVector spokeEnd = PVector.add(spokeCenter, PVector.mult(spokeLine.getVector(), spokeRadius));
+      float spokeStartTValue = spokeLine.getTValue(spokeStart);
+      float spokeEndTValue = spokeLine.getTValue(spokeEnd);
+      PVector pointOnSpoke = spokeLine.projectPoint(pt);
+      float projectedTValue = spokeLine.getTValue(pointOnSpoke);
+      float percentage = constrain(PVector.dist(pointOnSpoke, spokeStart) / spokeLength, 0.f, 1.f);
+      float b = ((PVector.dist(pt, pointOnSpoke) < spokeGirth) && (PVector.dist(pointOnSpoke, spokeCenter) < spokeRadius)) ? 100.f : 0.f;
+
+      color spokeColor;
+
+      if (spokeStartTValue < spokeEndTValue) {
+        spokeColor = lerpColor(h1c, h2c, percentage);
+      } else {
+        spokeColor = lerpColor(h2c, h1c, percentage);
+      }
+
+      spokeColor = color(hue(spokeColor), 80.f, b);
+
+      if (!h1on) {
+        h1c = color(0,0,0);
+      }
 
-      if (h1on) {
-        h1c = h1.colorOfPoint(new PVector(p.x,p.y,p.z));
+      if (!h2on) {
+        h2c = color(0,0,0);
       }
 
-      if (h2on) {
-        h2c = h2.colorOfPoint(new PVector(p.x,p.y,p.z));
+      if (!spokesOn) {
+        spokeColor = color(0,0,0);
       }
 
       // The helices are positioned to not overlap.  If that changes,
       // a better blending formula is probably needed.
-      colors[p.index] = blendColor(h1c, h2c, ADD);
+      colors[p.index] = blendColor(blendColor(h1c, h2c, ADD), spokeColor, ADD);
     }
   }
 }