4x4 マトリックスを反転する方法のサンプル コード実装を探しています。ガウスエレミネーション、LU分解などがあることは知っていますが、それらを詳細に見る代わりに、これを行うコードを探しているだけです。
言語は理想的には C++ で、データは列優先の 16 個の float の配列で利用できます。
83962 次
10 に答える
113
ここ：
bool gluInvertMatrix(const double m[16], double invOut[16])
{
double inv[16], det;
int i;
inv[0] = m[5] * m[10] * m[15] -
m[5] * m[11] * m[14] -
m[9] * m[6] * m[15] +
m[9] * m[7] * m[14] +
m[13] * m[6] * m[11] -
m[13] * m[7] * m[10];
inv[4] = -m[4] * m[10] * m[15] +
m[4] * m[11] * m[14] +
m[8] * m[6] * m[15] -
m[8] * m[7] * m[14] -
m[12] * m[6] * m[11] +
m[12] * m[7] * m[10];
inv[8] = m[4] * m[9] * m[15] -
m[4] * m[11] * m[13] -
m[8] * m[5] * m[15] +
m[8] * m[7] * m[13] +
m[12] * m[5] * m[11] -
m[12] * m[7] * m[9];
inv[12] = -m[4] * m[9] * m[14] +
m[4] * m[10] * m[13] +
m[8] * m[5] * m[14] -
m[8] * m[6] * m[13] -
m[12] * m[5] * m[10] +
m[12] * m[6] * m[9];
inv[1] = -m[1] * m[10] * m[15] +
m[1] * m[11] * m[14] +
m[9] * m[2] * m[15] -
m[9] * m[3] * m[14] -
m[13] * m[2] * m[11] +
m[13] * m[3] * m[10];
inv[5] = m[0] * m[10] * m[15] -
m[0] * m[11] * m[14] -
m[8] * m[2] * m[15] +
m[8] * m[3] * m[14] +
m[12] * m[2] * m[11] -
m[12] * m[3] * m[10];
inv[9] = -m[0] * m[9] * m[15] +
m[0] * m[11] * m[13] +
m[8] * m[1] * m[15] -
m[8] * m[3] * m[13] -
m[12] * m[1] * m[11] +
m[12] * m[3] * m[9];
inv[13] = m[0] * m[9] * m[14] -
m[0] * m[10] * m[13] -
m[8] * m[1] * m[14] +
m[8] * m[2] * m[13] +
m[12] * m[1] * m[10] -
m[12] * m[2] * m[9];
inv[2] = m[1] * m[6] * m[15] -
m[1] * m[7] * m[14] -
m[5] * m[2] * m[15] +
m[5] * m[3] * m[14] +
m[13] * m[2] * m[7] -
m[13] * m[3] * m[6];
inv[6] = -m[0] * m[6] * m[15] +
m[0] * m[7] * m[14] +
m[4] * m[2] * m[15] -
m[4] * m[3] * m[14] -
m[12] * m[2] * m[7] +
m[12] * m[3] * m[6];
inv[10] = m[0] * m[5] * m[15] -
m[0] * m[7] * m[13] -
m[4] * m[1] * m[15] +
m[4] * m[3] * m[13] +
m[12] * m[1] * m[7] -
m[12] * m[3] * m[5];
inv[14] = -m[0] * m[5] * m[14] +
m[0] * m[6] * m[13] +
m[4] * m[1] * m[14] -
m[4] * m[2] * m[13] -
m[12] * m[1] * m[6] +
m[12] * m[2] * m[5];
inv[3] = -m[1] * m[6] * m[11] +
m[1] * m[7] * m[10] +
m[5] * m[2] * m[11] -
m[5] * m[3] * m[10] -
m[9] * m[2] * m[7] +
m[9] * m[3] * m[6];
inv[7] = m[0] * m[6] * m[11] -
m[0] * m[7] * m[10] -
m[4] * m[2] * m[11] +
m[4] * m[3] * m[10] +
m[8] * m[2] * m[7] -
m[8] * m[3] * m[6];
inv[11] = -m[0] * m[5] * m[11] +
m[0] * m[7] * m[9] +
m[4] * m[1] * m[11] -
m[4] * m[3] * m[9] -
m[8] * m[1] * m[7] +
m[8] * m[3] * m[5];
inv[15] = m[0] * m[5] * m[10] -
m[0] * m[6] * m[9] -
m[4] * m[1] * m[10] +
m[4] * m[2] * m[9] +
m[8] * m[1] * m[6] -
m[8] * m[2] * m[5];
det = m[0] * inv[0] + m[1] * inv[4] + m[2] * inv[8] + m[3] * inv[12];
if (det == 0)
return false;
det = 1.0 / det;
for (i = 0; i < 16; i++)
invOut[i] = inv[i] * det;
return true;
}
これは、GLU ライブラリのMESA実装から削除されました。
于 2009-07-18T19:44:06.530 に答える
6
MESA の実装を「ロールアップ」しました (実際に動作することを確認するために、いくつかの単体テストも作成しました)。
ここ：
float invf(int i,int j,const float* m){
int o = 2+(j-i);
i += 4+o;
j += 4-o;
#define e(a,b) m[ ((j+b)%4)*4 + ((i+a)%4) ]
float inv =
+ e(+1,-1)*e(+0,+0)*e(-1,+1)
+ e(+1,+1)*e(+0,-1)*e(-1,+0)
+ e(-1,-1)*e(+1,+0)*e(+0,+1)
- e(-1,-1)*e(+0,+0)*e(+1,+1)
- e(-1,+1)*e(+0,-1)*e(+1,+0)
- e(+1,-1)*e(-1,+0)*e(+0,+1);
return (o%2)?inv : -inv;
#undef e
}
bool inverseMatrix4x4(const float *m, float *out)
{
float inv[16];
for(int i=0;i<4;i++)
for(int j=0;j<4;j++)
inv[j*4+i] = invf(i,j,m);
double D = 0;
for(int k=0;k<4;k++) D += m[k] * inv[k*4];
if (D == 0) return false;
D = 1.0 / D;
for (int i = 0; i < 16; i++)
out[i] = inv[i] * D;
return true;
}
これについて少し書いて、ブログに正負のパターンを表示します。
@LiraNuna が示唆するように、多くのプラットフォームで、そのようなルーチンのハードウェア アクセラレーション バージョンが利用可能であるため、読みやすく簡潔な「バックアップ バージョン」があれば幸いです。
注: これは、MESA 実装よりも 3.5 倍遅く、または悪化する可能性があります。要素のパターンをシフトして、いくつかの追加などを削除できます...しかし、読みやすさが失われ、それでも非常に高速ではありません。
于 2014-05-22T12:23:56.230 に答える
6
多くの機能を備えた C++ マトリックス ライブラリが必要な場合は、Eigen ライブラリ ( http://eigen.tuxfamily.org ) を参照してください。
于 2009-07-19T17:21:53.610 に答える
2
GNU Scientific Libraryを使用するか、その中のコードを調べることができます。
編集：線形代数セクションが必要なようです。
于 2009-07-18T19:34:08.530 に答える
1
これは、小さな (ヘッダーが 1 つだけの) C++ベクトル数学ライブラリー (3D プログラミング向け) です。それを使用する場合は、メモリ内の行列のレイアウトが OpenGL が期待するものと比較して反転していることに注意してください。私はそれを理解するのに楽しい時間を過ごしました...
于 2009-07-18T19:41:52.040 に答える
1
@shoosh に触発されて MESA の実装をチェックしたところ、最近の mesa リリースでは逆行列がまったく異なって見えることがわかりました。それらは良い改善だと思います。Mesa-17.3.9の行列反転コードは次のとおりです。
/* Returns true for success, false for failure (singular matrix) */
bool DirectVolumeRenderer::_mesa_invert_matrix_general( GLfloat out[16], const GLfloat in[16] )
{
/**
* References an element of 4x4 matrix.
* Calculate the linear storage index of the element and references it.
*/
#define MAT(m,r,c) (m)[(c)*4+(r)]
/**
* Swaps the values of two floating point variables.
*/
#define SWAP_ROWS(a, b) { GLfloat *_tmp = a; (a)=(b); (b)=_tmp; }
const GLfloat *m = in;
GLfloat wtmp[4][8];
GLfloat m0, m1, m2, m3, s;
GLfloat *r0, *r1, *r2, *r3;
r0 = wtmp[0], r1 = wtmp[1], r2 = wtmp[2], r3 = wtmp[3];
r0[0] = MAT(m,0,0), r0[1] = MAT(m,0,1),
r0[2] = MAT(m,0,2), r0[3] = MAT(m,0,3),
r0[4] = 1.0, r0[5] = r0[6] = r0[7] = 0.0,
r1[0] = MAT(m,1,0), r1[1] = MAT(m,1,1),
r1[2] = MAT(m,1,2), r1[3] = MAT(m,1,3),
r1[5] = 1.0, r1[4] = r1[6] = r1[7] = 0.0,
r2[0] = MAT(m,2,0), r2[1] = MAT(m,2,1),
r2[2] = MAT(m,2,2), r2[3] = MAT(m,2,3),
r2[6] = 1.0, r2[4] = r2[5] = r2[7] = 0.0,
r3[0] = MAT(m,3,0), r3[1] = MAT(m,3,1),
r3[2] = MAT(m,3,2), r3[3] = MAT(m,3,3),
r3[7] = 1.0, r3[4] = r3[5] = r3[6] = 0.0;
/* choose pivot - or die */
if (fabsf(r3[0])>fabsf(r2[0])) SWAP_ROWS(r3, r2);
if (fabsf(r2[0])>fabsf(r1[0])) SWAP_ROWS(r2, r1);
if (fabsf(r1[0])>fabsf(r0[0])) SWAP_ROWS(r1, r0);
if (0.0F == r0[0])
return false;
/* eliminate first variable */
m1 = r1[0]/r0[0]; m2 = r2[0]/r0[0]; m3 = r3[0]/r0[0];
s = r0[1]; r1[1] -= m1 * s; r2[1] -= m2 * s; r3[1] -= m3 * s;
s = r0[2]; r1[2] -= m1 * s; r2[2] -= m2 * s; r3[2] -= m3 * s;
s = r0[3]; r1[3] -= m1 * s; r2[3] -= m2 * s; r3[3] -= m3 * s;
s = r0[4];
if (s != 0.0F) { r1[4] -= m1 * s; r2[4] -= m2 * s; r3[4] -= m3 * s; }
s = r0[5];
if (s != 0.0F) { r1[5] -= m1 * s; r2[5] -= m2 * s; r3[5] -= m3 * s; }
s = r0[6];
if (s != 0.0F) { r1[6] -= m1 * s; r2[6] -= m2 * s; r3[6] -= m3 * s; }
s = r0[7];
if (s != 0.0F) { r1[7] -= m1 * s; r2[7] -= m2 * s; r3[7] -= m3 * s; }
/* choose pivot - or die */
if (fabsf(r3[1])>fabsf(r2[1])) SWAP_ROWS(r3, r2);
if (fabsf(r2[1])>fabsf(r1[1])) SWAP_ROWS(r2, r1);
if (0.0F == r1[1])
return false;
/* eliminate second variable */
m2 = r2[1]/r1[1]; m3 = r3[1]/r1[1];
r2[2] -= m2 * r1[2]; r3[2] -= m3 * r1[2];
r2[3] -= m2 * r1[3]; r3[3] -= m3 * r1[3];
s = r1[4]; if (0.0F != s) { r2[4] -= m2 * s; r3[4] -= m3 * s; }
s = r1[5]; if (0.0F != s) { r2[5] -= m2 * s; r3[5] -= m3 * s; }
s = r1[6]; if (0.0F != s) { r2[6] -= m2 * s; r3[6] -= m3 * s; }
s = r1[7]; if (0.0F != s) { r2[7] -= m2 * s; r3[7] -= m3 * s; }
/* choose pivot - or die */
if (fabsf(r3[2])>fabsf(r2[2])) SWAP_ROWS(r3, r2);
if (0.0F == r2[2])
return false;
/* eliminate third variable */
m3 = r3[2]/r2[2];
r3[3] -= m3 * r2[3], r3[4] -= m3 * r2[4],
r3[5] -= m3 * r2[5], r3[6] -= m3 * r2[6],
r3[7] -= m3 * r2[7];
/* last check */
if (0.0F == r3[3])
return false;
s = 1.0F/r3[3]; /* now back substitute row 3 */
r3[4] *= s; r3[5] *= s; r3[6] *= s; r3[7] *= s;
m2 = r2[3]; /* now back substitute row 2 */
s = 1.0F/r2[2];
r2[4] = s * (r2[4] - r3[4] * m2), r2[5] = s * (r2[5] - r3[5] * m2),
r2[6] = s * (r2[6] - r3[6] * m2), r2[7] = s * (r2[7] - r3[7] * m2);
m1 = r1[3];
r1[4] -= r3[4] * m1, r1[5] -= r3[5] * m1,
r1[6] -= r3[6] * m1, r1[7] -= r3[7] * m1;
m0 = r0[3];
r0[4] -= r3[4] * m0, r0[5] -= r3[5] * m0,
r0[6] -= r3[6] * m0, r0[7] -= r3[7] * m0;
m1 = r1[2]; /* now back substitute row 1 */
s = 1.0F/r1[1];
r1[4] = s * (r1[4] - r2[4] * m1), r1[5] = s * (r1[5] - r2[5] * m1),
r1[6] = s * (r1[6] - r2[6] * m1), r1[7] = s * (r1[7] - r2[7] * m1);
m0 = r0[2];
r0[4] -= r2[4] * m0, r0[5] -= r2[5] * m0,
r0[6] -= r2[6] * m0, r0[7] -= r2[7] * m0;
m0 = r0[1]; /* now back substitute row 0 */
s = 1.0F/r0[0];
r0[4] = s * (r0[4] - r1[4] * m0), r0[5] = s * (r0[5] - r1[5] * m0),
r0[6] = s * (r0[6] - r1[6] * m0), r0[7] = s * (r0[7] - r1[7] * m0);
MAT(out,0,0) = r0[4]; MAT(out,0,1) = r0[5],
MAT(out,0,2) = r0[6]; MAT(out,0,3) = r0[7],
MAT(out,1,0) = r1[4]; MAT(out,1,1) = r1[5],
MAT(out,1,2) = r1[6]; MAT(out,1,3) = r1[7],
MAT(out,2,0) = r2[4]; MAT(out,2,1) = r2[5],
MAT(out,2,2) = r2[6]; MAT(out,2,3) = r2[7],
MAT(out,3,0) = r3[4]; MAT(out,3,1) = r3[5],
MAT(out,3,2) = r3[6]; MAT(out,3,3) = r3[7];
#undef SWAP_ROWS
#undef MAT
return true;
}
注: このコードは mesa コード ベースにあります: mesa-17.3.9/src/mesa/math/m_matrix.c.
于 2018-07-17T17:43:00.220 に答える