a2ri/doc/src/geometry.tex

\documentclass[a4paper,12pt]{article}

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\author{Rémi Synave, Stefka Gueorguieva, Pascal Desbarats}
\title{Manuel de la bibliothèque GEOMETRY}
\date{}

\begin{document}
\maketitle

\section{Utilisation}
Cette bibliothèque implémente des calculs géométriques sur les points, vecteurs, triangles etc.

\section{Fonctions}

\textbullet \texttt{double point3d\_length(point3d p1, point3d p2)}\\
Calcul de la longueur entre deux \texttt{point3d}.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{p1} : premier point.\\
\texttt{p2} : second point.\\
\texttt{retour} : longueur entre les deux points.\\


\textbullet \texttt{double point3d\_square\_length(point3d p1, point3d p2)}\\
Calcul de la longueur au carré entre deux \texttt{point3d}.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{p1} : premier point.\\
\texttt{p2} : second point.\\
\texttt{retour} : longueur au carré entre les deux points.\\


\textbullet \texttt{double point2d\_length(point2d p1, point2d p2)}\\
Calcul de la longueur entre deux \texttt{point2d}.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{p1} : premier point.\\
\texttt{p2} : second point.\\
\texttt{retour} : longueur entre les deux points.\\


\textbullet \texttt{void equation\_plan(point3d *p, int size, double *aeq, double *beq, double *ceq, double *deq)}\\
Calcul de l'équation d'un plan définit par un ensemble de points en utilisant la mèthode du plan des moindres carrés.\\
Cette méthode, calculant l'équation d'un plan moyen, n'est pas exacte sauf dans le cas où le nombre de points passé à la fonction est de trois.\\
\textbf{Algortihme} (http://www.a525g.com/mathematiques/moindres-carres.php) :\\
Soit un ensemble de \texttt{size} points \texttt{p}.\\
Nous cherchons \texttt{aeq,beq,c,eq,deq} tel que :\\
$$aeq \times x+beq \times y+ceq \times z+deq=0$$\\
$aeq=\sum_{i=0}^{size-1}(y_i-y_{(i+1) \% size})\times(z_i-z_{(i+1) \% size})$\\
$beq=\sum_{i=0}^{size-1}(z_i-z_{(i+1) \% size})\times(x_i-x_{(i+1) \% size})$\\
$ceq=\sum_{i=0}^{size-1}(x_i-x_{(i+1) \% size})\times(y_i-y_{(i+1) \% size})$\\
$x_{av} = \frac {\sum_{i=0}^{size-1} x_i} {size}$\\
$y_{av} = \frac {\sum_{i=0}^{size-1} y_i} {size}$\\
$z_{av} = \frac {\sum_{i=0}^{size-1} z_i} {size}$\\
$deq=-\begin{pmatrix} x_{av}&y_{av}&z_{av}\end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} a&b&c\end{pmatrix}^T$\\
avec $\%$ l'opérateur modulo.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{p} : liste de point pour lesquels on veut calculer le plan moyen.\\
\texttt{size} : nombre de point du tableau.\\
\texttt{aeq} : paramètre a de l'équation de plan.\\
\texttt{beq} : paramètre b de l'équation de plan.\\
\texttt{ceq} : paramètre c de l'équation de plan.\\
\texttt{deq} : paramètre d de l'équation de plan.\\
\texttt{retour} : aucun.\\


\textbullet \texttt{void plan\_lms\_contraint(point3d A, point3d B, point3d *listept, int size, point3d *C)}\\
Calcule le plan moyen de la liste de points \texttt{listept} passant par les deux points \texttt{A} et \texttt{B}. Les points \texttt{A} et \texttt{B} sont fixés. L'algorithme calcule le point \texttt{C} pour former le plan.
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{A} : premier point - le plan est contraint à passer par celui-ci.\\
\texttt{B} : second point - le plan est contraint à passer par celui-ci.\\
\texttt{listept} : liste de point servant à calculer le troisieme point du plan.\\
\texttt{size} : nombre de point de la liste.\\
\texttt{C} : troisième point calculé formant le plan.\\
\texttt{retour} : aucun.\\


\textbullet \texttt{double point3d\_area(point3d p1, point3d p2, point3d p3)}\\
Calcul de l'aire du triangle défini par les trois \texttt{point3d}.\\
\textbf{Formule pour le calcul de l'aire d'une triangle ABC :}\\
$$Aire=\frac {||\overrightarrow{AB}\otimes\overrightarrow{AC}||} 2$$\\
avec $||\overrightarrow{U}||$ la norme du vecteur $\overrightarrow{U}$.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{p1} : premier point du triangle.\\
\texttt{p2} : second point du triangle.\\
\texttt{p3} : troisieme point du triangle.\\
\texttt{retour} : aire du triangle défini par les trois points.\\


\textbullet \texttt{void base\_modification\_3d\_to\_2d(point3d p, point3d origin, vector3d base1, vector3d base2, point2d *newp)}\\
Changement de base du \texttt{point3d p} vers une base d'origine le \texttt{point3d origin} et de vecteur unitaire (\texttt{base1,base2}). Le nouveau point est un \texttt{point2d} exprimé dans la nouvelle base.\\
\textbf{Exemple :}\\
\texttt{point3d} de départ : \texttt{p}=(2,1,5)\\
Nouvelle base : \texttt{origin}=(1,1,1), \texttt{base1}=(1,0,0), \texttt{base2}=(0,0,1)\\
\texttt{point2d} trouvé : \texttt{newp}=(1,4).\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{p} : point que l'on veut changer de base.\\
\texttt{origin} : origine de la nouvelle base.\\
\texttt{base1} : premier vecteur de la base.\\
\texttt{base2} : second vecteur de la base.\\
\texttt{newp} : point dans la nouvelle base.\\
\texttt{retour} : aucun.\\


\textbullet \texttt{void find\_second\_base\_vector(vector3d AB, vector3d AC, vector3d *U)}\\
Trouve le second \texttt{vector3d} normal à \texttt{AB} et contenu dans le même plan que (\texttt{AB},\texttt{AC}).\\
\textbf{Algorithme :}\\
Le produit vectoriel ($\overrightarrow{AB}$,$\overrightarrow{AC}$) nous donne un vecteur $\overrightarrow{W}$ normal au plan formé par ($\overrightarrow{AB}$,$\overrightarrow{AC}$).\\
Un second produit vectoriel ($\overrightarrow{W}$,$\overrightarrow{AB}$) nous donne le vecteur normal au plan formé par ($\overrightarrow{W}$,$\overrightarrow{AB}$) et donc le vecteur recherché.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{AB} : Premier vecteur de la base.\\
\texttt{AC} : Second vecteur formant un plan avec AB.\\
\texttt{U} : Vecteur calculé contenu dans le plan ABC et normal à AB.\\
\texttt{retour} : aucun.\\


\textbullet \texttt{int point\_in\_triangle(point3d M, point3d A, point3d B, point3d C)}\\
Vérifie si un \texttt{point3d M} se trouve à l'intérieur du triangle ABC.\\
\textbf{Algorithme :}\\
si $\widehat{AMB}+\widehat{BMC}+\widehat{CMA}==360$ alors le point est à l'intérieur du triangle (voir figure \ref{point_dans_triangle} et \ref{point_non_dans_triangle}).\\
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=8cm]{./images/point_dans_triangle.eps}
\caption{Le point \texttt{M} est dans le triangle ABC -> somme des angles = 360}
\label{point_dans_triangle}
\end{figure}
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=8cm]{./images/point_non_dans_triangle.eps}
\caption{Le point \texttt{M} n'est pas dans le triangle ABC -> somme des angles = 0}
\label{point_non_dans_triangle}
\end{figure}
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{M} : point à tester.\\
\texttt{A} : premier point du triangle.\\
\texttt{B} : second point du triangle.\\
\texttt{C} : troisieme point du triangle.\\
\texttt{retour} : 1 si le point M est contenu dans le triangle ABC, 0 sinon.\\

\textbullet \texttt{double vector3d\_angle\_radian(vector3d v1, vector3d v2)}\\
Calcule l'angle en radian entre les deux \texttt{vector3d v1} et \texttt{v2}.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{v1} : premier vecteur.\\
\texttt{v2} : second vecteur.\\
\texttt{retour} : angle formé par les deux vecteurs en radian.\\


\textbullet \texttt{double vector3d\_angle\_degre(vector3d v1, vector3d v2)}\\
Calcule l'angle en degré entre les deux \texttt{vector3d v1} et \texttt{v2}.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{v1} : premier vecteur.\\
\texttt{v2} : second vecteur.\\
\texttt{retour} : angle formé par les deux vecteurs en degré.\\


\textbullet \texttt{point3d incircle\_center(point3d A, point3d B, point3d C)}\\
Calcul du centre du cercle inscrit au triangle ABC.\\
\textbf{Formule :}(http://en.wikipedia.org/wiki/Incircle)\\
Soit le triangle ABC défini par les trois points :$ A (x_a,y_a,z_a)$, $B (x_b,y_b,z_b)$ et $C (x_c,y_c,z_c)$. (voir figure \ref{cercle_inscrit})\\
Le centre $(x_{centre},y_{centre},z_{centre})$ du cercle inscrit au triangle ABC est :\\
$x_{centre}=\frac {a \times x_a+b \times x_b+c \times x_c} {a+b+c}$\\
$y_{centre}=\frac {a \times y_a+b \times y_b+c \times y_c} {a+b+c}$\\
$z_{centre}=\frac {a \times z_a+b \times z_b+c \times z_c} {a+b+c}$\\
avec $a=||\overrightarrow{BC}||$, $b=||\overrightarrow{AC}||$ et $c=||\overrightarrow{AB}||$.
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{./images/cercle_inscrit.eps}
\caption{Calcul du centre du cercle insrit au triangle.}
\label{cercle_inscrit}
\end{figure}
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{A} : premier point du triangle.\\
\texttt{B} : second point du triangle.\\
\texttt{C} : troisème point du triangle.\\
\texttt{retour} : point contenant le centre du cercle inscrit au triangle.\\


\textbullet \texttt{point3d circumcircle\_center(point3d A, point3d B, point3d C)}\\
Calcul du centre du cercle circonscrit du triangle ABC.\\
\textbf{Formule : (livre 3D Math Pimer for Graphics and Game Development)}\\
Soit : \\
$\overrightarrow{e_1}=\overrightarrow{BC}$\\
$\overrightarrow{e_2}=\overrightarrow{CA}$\\
$\overrightarrow{e_3}=\overrightarrow{AB}$\\
~\\
$d_1=-\overrightarrow{e_2}.\overrightarrow{e_3}$\\
$d_2=-\overrightarrow{e_3}.\overrightarrow{e_1}$\\
$d_3=-\overrightarrow{e_1}.\overrightarrow{e_2}$\\
~\\
$c_1=d_2*d_3$\\
$c_2=d_3*d_1$\\
$c_3=d_1*d_2$\\
$c=c_1+c_2+c_3$\\
~\\
$circumcircle\_center=\frac{c_2+c_3}{2\times c}A+\frac{c_3+c_1}{2\times c}B+\frac{c_1+c_2}{2\times c}C$\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{A} : premier point du triangle.\\
\texttt{B} : second point du triangle.\\
\texttt{C} : troisème point du triangle.\\
\texttt{retour} : point contenant le centre du cercle circonscrit au triangle.\\

\textbullet \texttt{double distance\_point\_straight\_line(point3d M, point3d A, point3d B)}\\
Calcul de la distance entre un point M et la \underline{\textbf{droite}} (AB) (voir figure \ref{distance_point_ligne}).\\
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{./images/distance_point_ligne.eps}
\caption{La distance entre M et (AB) est de d et la distance entre M' et (AB) est de d'.}
\label{distance_point_ligne}
\end{figure}
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{M} : point M dont on veut connaitre la distance à la droite (AB).\\
\texttt{A} : premier point définissant la ligne.\\
\texttt{B} : second point définissant la ligne.\\
\texttt{retour} : distance entre M et la droite (AB).\\


\textbullet \texttt{double distance\_point\_plane(point3d M, point3d A, point3d B, point3d C)}\\
Calcul de la distance entre un point M et le plan défini par les trois points A,B et C.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{M} : point M dont on veut connaitre la distance au plan.\\
\texttt{A} : premier point définissant le plan.\\
\texttt{B} : second point définissant le plan.\\
\texttt{C} : troisième point définissant le plan.\\
\texttt{retour} : distance entre M et le plan.\\


\textbullet \texttt{void sample\_triangle(point3d A, point3d B, point3d C, int nb\_sample, point3d **list)}\\
Echantillonnage du triangle ABC.\\
Le nombre d'échantillons voulu est passé en paramètre et la liste d'échantillons est stockée dans \texttt{list}.\\
~\\
\underline{Paramètres et type de retour :}\\
\texttt{A} : premier point du triangle.\\
\texttt{B} : second point du triangle.\\
\texttt{C} : troisième point du triangle.\\
\texttt{nb\_sample} : nombre d'échantillons souhaités.\\
\texttt{list} : liste d'échantillons.\\
\texttt{retour} : aucun.\\


\end{document}