[Helix][perf] Inline pointOnToroidalAxis
[SugarCubes.git] / ShaheenGandhi.pde
index c25badd6a262ed99000ba8a86882138d93d89e5f..dcdb90800a84c754aa4bbb9a2f20a327d6ab0b24 100644 (file)
@@ -40,13 +40,17 @@ 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);
-      Matrix4x4 mat = new Matrix4x4();
-      mat.rotateAroundAxis(axisVec3D, rads);
-      Vec3D ptVec3D = new Vec3D(pt.x, pt.y, pt.z);
-      Vec3D rotatedPt = mat.applyTo(ptVec3D);
-      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;
+      
+      final float cost = cos(t);
+      final float sint = sin(t);
+
+      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 - cost) + p.x*cost + (-o.z*v.y + o.y*v.z - v.z*p.y + v.y*p.z)*sint;
+      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 - cost) + p.y*cost + (o.z*v.x - o.x*v.z + v.z*p.x - v.x*p.z)*sint;
+      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 - cost) + p.z*cost + (-o.y*v.x + o.x*v.y - v.y*p.x + v.x*p.y)*sint;
+      return new PVector(x, y, z);
     }
   }
 
@@ -87,43 +91,54 @@ class HelixPattern extends SCPattern {
       phaseNormal.mult(radius);
     }
 
-    private void setPhase(float phase) {
-      this.phase = phase;
-      setPhaseNormalFromPhase();
-    }
-
     Line getAxis() {
       return axis;
     }
+    
+    PVector getPhaseNormal() {
+      return phaseNormal;
+    }
+    
+    float getPhase() {
+      return phase;
+    }
 
     void step(int deltaMs) {
       // Rotate
       if (rotationPeriod != 0) {
-        setPhase(phase + (deltaMs / rotationPeriod) * TWO_PI);
+        this.phase = (phase + ((float)deltaMs / (float)rotationPeriod) * TWO_PI);
       }
     }
 
     PVector pointOnToroidalAxis(float t) {
       PVector p = axis.getPointAt(t);
       PVector middle = PVector.add(p, phaseNormal);
-      return axis.rotatePoint(middle, (t / period) * TWO_PI);
+      return axis.rotatePoint(middle, (t / period) * TWO_PI + phase);
     }
 
     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(projectedPoint);
-      PVector toroidPoint = pointOnToroidalAxis(t);
+      PVector toroidPoint = axisPoint;
+      toroidPoint.add(phaseNormal);
+      toroidPoint = axis.rotatePoint(toroidPoint, (t / period) * TWO_PI + phase);
 
       // The rotated point represents the middle of the girth of
       // the helix.  Figure out if the current point is inside that
       // region.
       float d = PVector.dist(p, toroidPoint);
-      boolean inToroid = d < girth;
 
-      // Soften edges by fading brightness
+      // Soften edges by fading brightness.
       float b = constrain(100*(1 - ((d-.5*girth)/(girth*.5))), 0, 100);
-      return color((lx.getBaseHuef() + (360*(phase / TWO_PI)))%360, (inToroid ? 80 : 0), b);
+      return color((lx.getBaseHuef() + (360*(phase / TWO_PI)))%360, 80, b);
     }
   }
 
@@ -132,58 +147,95 @@ 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 static final float helixCoilPeriod = 100;
+  private static final float helixCoilRadius = 45;
+  private static final float helixCoilGirth = 20;
+  private static final float helixCoilRotationPeriod = 10000;
+
+  private static final float spokePeriod = 40;
+  private static final float spokeGirth = 10;
+  private static final float spokePhase = 10;
+  private static final float spokeRadius = 35; // helixCoilRadius - helixCoilGirth*.5f;
 
   public HelixPattern(GLucose glucose) {
     super(glucose);
 
     addParameter(helix1On);
     addParameter(helix2On);
+    addParameter(basePairsOn);
+
+    PVector origin = new PVector(100, 50, 45);
+    PVector axis = new PVector(1,0,0);
 
     h1 = new Helix(
-      new Line(new PVector(100, 50, 70), new PVector(1,0,0)),
-      700, // period
-      50, // 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)),
-      700,
-      50,
-      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);
+  }
+  
+  private color calculateSpokeColor(final color h1c, final color h2c, final PVector 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.
+    Line axis = h1.getAxis();
+    float t = axis.getTValue(pt) + spokePhase;
+    float spokeAxisTValue = floor(((t + spokePeriod/2) / spokePeriod)) * spokePeriod;
+    PVector h1point = axis.getPointAt(t);
+    h1point.add(h1.getPhaseNormal());
+    h1point = axis.rotatePoint(h1point, (t / helixCoilPeriod) * TWO_PI + h1.getPhase());
+    // TODO(shaheen) investigate why h1.getAxis().getPointAt(spokeAxisTValue) doesn't quite
+    // have the same value as finding the middle between h1point and h2point.
+    PVector spokeCenter = h1.getAxis().getPointAt(spokeAxisTValue);
+    PVector spokeVector = PVector.sub(h1point, spokeCenter);
+    spokeVector.normalize();
+    Line spokeLine = new Line(h1point, spokeVector);
+    PVector pointOnSpoke = spokeLine.projectPoint(pt);
+    float b = ((PVector.dist(pt, pointOnSpoke) < spokeGirth) && (PVector.dist(pointOnSpoke, spokeCenter) < spokeRadius)) ? 100.f : 0.f;
+    return color(100, 80.f, b);
   }
 
   void run(int deltaMs) {
     boolean h1on = helix1On.getValue() > 0.5;
     boolean h2on = helix2On.getValue() > 0.5;
+    boolean spokesOn = (float)basePairsOn.getValue() > 0.5;
 
     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);
+      color spokeColor = calculateSpokeColor(h1c, h2c, pt);
+
+      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);
     }
   }
 }