git.mutantstargoat.com Git - freeglut/blob - progs/demos/Fractals/fractals.c

   1 /* fractals.c */
   2 /*
   3  * Program to draw a fractal by Michael Barnsley's deterministic algorithm.
   4  * Algorithm:
   5  *  (1) Define the affine transformations (of the form r(i+1) = A r(i) + b )
   6  *  (2) Find the stationary point for each transformation
   7  *  (3) To draw:
   8  *        - If you are at the lowest level, draw lines connecting all the stationary points
   9  *        - If not, call the draw function recursively with each affine transformation applied
  10  */
  11
  12 /*
  13  * User Commands:
  14  *  +,- - increment/decrement number of levels
  15  *  PgUp, PgDn - increase/decrease scaling
  16  *  Arrow keys - translate viewing section
  17  *  r - reset view
  18  *  Escape - quit
  19  */
  20
  21 #include <GL/freeglut.h>
  22 #include <stdio.h>
  23 #include <stdlib.h>
  24 #include <string.h>
  25 #include <math.h>
  26 #define FGH_PI       3.14159265358979323846
  27
  28 typedef struct
  29 {
  30   double a00, a01, a10, a11 ;   /* Transformation matrix */
  31   double b0, b1 ;               /* Constant vector added on */
  32   double statx, staty ;         /* Coordinates of the stationary point */
  33 }
  34 AffineTrans ;
  35
  36 /* Number of levels to draw the fractal */
  37 static int num_levels = 4 ;
  38
  39 /* The definition of the fractal */
  40 static int num_trans ;
  41 static AffineTrans *affine ;
  42
  43 /* Flag telling us to keep executing the main loop */
  44 static int continue_in_main_loop = 1;
  45
  46 /* the window title */
  47 char window_title [ 80 ] ;
  48
  49 /* The amount the view is translated and scaled */
  50 double xwin = 0.0, ywin = 0.0 ;
  51 double scale_factor = 1.0 ;
  52
  53 static void draw_level ( int num, double m00, double m01, double m10, double m11, double n0, double n1 )
  54 {
  55   /* Draw a fractal transformed by "M", "N" as passed in */
  56   int i ;
  57
  58   if ( num == 0 )
  59   {
  60     double x0 = m00 * affine[0].statx + m01 * affine[0].staty + n0 ;
  61     double y0 = m10 * affine[0].statx + m11 * affine[0].staty + n1 ;
  62
  63     for ( i = 1; i < num_trans; i++ )
  64     {
  65       double x1 = m00 * affine[i].statx + m01 * affine[i].staty + n0 ;
  66       double y1 = m10 * affine[i].statx + m11 * affine[i].staty + n1 ;
  67
  68       glVertex2d ( x0, y0 ) ;
  69       glVertex2d ( x1, y1 ) ;
  70
  71       x0 = x1 ;
  72       y0 = y1 ;
  73     }
  74   }
  75   else
  76   {
  77     /* Map each affine transformation in the fractal through the one passed in and call "draw_level" */
  78
  79     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
  80     {
  81       draw_level ( num-1, m00*affine[i].a00+m01*affine[i].a10,     m00*affine[i].a01+m01*affine[i].a11,
  82                           m10*affine[i].a00+m11*affine[i].a10,     m10*affine[i].a01+m11*affine[i].a11,
  83                           m00*affine[i].b0 +m01*affine[i].b1 + n0, m10*affine[i].b0 +m11*affine[i].b1  + n1 ) ;
  84     }
  85   }
  86 }
  87
  88 static void
  89 Display(void)
  90 {
  91   glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT );
  92
  93   /* the curve */
  94   glPushMatrix();
  95   glScalef(2.5, 2.5, 2.5);
  96
  97   glColor4f(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  98   glBegin ( GL_LINES ) ;
  99   draw_level ( num_levels, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0 );
 100   glEnd () ;
 101
 102   glPopMatrix();
 103   glutSwapBuffers();
 104 }
 105
 106 static void
 107 Reshape(int width, int height)
 108 {
 109   float ar;
 110   glViewport ( 0, 0, width, height ) ;
 111   glMatrixMode ( GL_PROJECTION ) ;
 112   glLoadIdentity();
 113   ar = (float) width / (float) height ;
 114   if( ar > 1 )
 115       glFrustum ( -ar, ar, -1.0, 1.0, 2.0, 100.0 ) ;
 116   else
 117       glFrustum ( -1.0, 1.0, -1/ar, 1/ar, 2.0, 100.0 );
 118   glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 119   glLoadIdentity () ;
 120   xwin = -1.0 ;
 121   ywin =  0.0 ;
 122   glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 123 }
 124
 125 static void
 126 Key(unsigned char key, int x, int y)
 127 {
 128   int need_redisplay = 1;
 129
 130   switch (key) {
 131   case 27:  /* Escape key */
 132     continue_in_main_loop = 0 ;
 133     break;
 134
 135   case '+' :
 136     ++num_levels ;
 137     break ;
 138
 139   case '-' :
 140     if ( num_levels > 0 )
 141       --num_levels ;
 142     break ;
 143
 144   case 'r' :  case 'R' :
 145     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 146     glLoadIdentity();
 147     xwin = -1.0 ;
 148     ywin = 0.0 ;
 149     glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 150     break ;
 151
 152   default:
 153     need_redisplay = 0;
 154     break;
 155   }
 156   if (need_redisplay)
 157     glutPostRedisplay();
 158 }
 159
 160 static void
 161 Special(int key, int x, int y)
 162 {
 163   int need_redisplay = 1;
 164
 165   switch (key) {
 166   case GLUT_KEY_UP :
 167     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 168     ywin += 0.1 * scale_factor ;
 169     glTranslated ( 0.0, 0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 170     break ;
 171
 172   case GLUT_KEY_DOWN :
 173     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 174     ywin -= 0.1 * scale_factor ;
 175     glTranslated ( 0.0, -0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 176     break ;
 177
 178   case GLUT_KEY_LEFT :
 179     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 180     xwin -= 0.1 * scale_factor ;
 181     glTranslated ( -0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 182     break ;
 183
 184   case GLUT_KEY_RIGHT :
 185     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 186     xwin += 0.1 * scale_factor ;
 187     glTranslated ( 0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 188     break ;
 189
 190   case GLUT_KEY_PAGE_UP :
 191     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 192     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 193     glScaled ( 1.25, 1.25, 1.25 ) ;
 194     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 195     scale_factor *= 0.8 ;
 196     break ;
 197
 198   case GLUT_KEY_PAGE_DOWN :
 199     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 200     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 201     glScaled ( 0.8, 0.8, 0.8 ) ;
 202     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 203     scale_factor *= 1.25 ;
 204     break ;
 205
 206   default:
 207     need_redisplay = 0;
 208     break;
 209   }
 210   if (need_redisplay)
 211     glutPostRedisplay();
 212 }
 213
 214
 215 static void
 216 checkedFGets ( char *s, int size, FILE *stream )
 217 {
 218   if ( fgets ( s, size, stream ) == NULL ) {
 219     fprintf ( stderr, "fgets failed\n");
 220     exit ( EXIT_FAILURE );
 221   }
 222 }
 223
 224
 225 void readConfigFile ( char *fnme )
 226 {
 227   FILE *fptr = fopen ( fnme, "rt" ) ;
 228   int i ;
 229   char inputline [ 256 ] ;
 230
 231   if ( fptr )
 232   {
 233     /* Read a header line */
 234     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 235
 236     /* Read a comment line */
 237     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 238
 239     /* Read the window title */
 240     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 241     /* We assume here that this line will not exceed 79 characters plus a
 242        newline (window_title is 80 characters long). That'll cause a buffer
 243        overflow. For a simple program like  this, though, we're letting it
 244        slide!
 245     */
 246     sscanf ( inputline, "%[a-zA-Z0-9!@#$%^&*()+=/\\_-\" ]", window_title ) ;
 247
 248     /* Read a comment line */
 249     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 250
 251     /* Read the number of affine transformations */
 252     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 253     sscanf ( inputline, "%d", &num_trans ) ;
 254
 255     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 256
 257     /* Read a comment line */
 258     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 259
 260     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 261     {
 262       /* Read an affine transformation definition */
 263       checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 264       sscanf ( inputline, "%lf %lf %lf %lf %lf %lf", &affine[i].a00, &affine[i].a01,
 265                        &affine[i].a10, &affine[i].a11, &affine[i].b0, &affine[i].b1 ) ;
 266     }
 267   }
 268   else  /* No data file, set a default */
 269   {
 270     printf ( "ERROR opening file <%s>\n", fnme ) ;
 271     strcpy ( window_title, "Koch Snowflake" ) ;
 272     num_trans = 4 ;
 273     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 274     affine[0].a00 = 1/3. ;  affine[0].a01 = 0.00 ;  affine[0].a10 = 0.00 ;  affine[0].a11 = 1/3. ;
 275     affine[0].b0 = 0.0 ;    affine[0].b1 = 0.0 ;
 276
 277     affine[1].a00 = 1/6. ;  affine[1].a01 = -1/3.*sin(FGH_PI/3.) ;   affine[1].a10 = 1/3.*sin(FGH_PI/3.) ;   affine[1].a11 = 1/6. ;
 278     affine[1].b0 = 1/3. ;   affine[1].b1 = 0.0 ;
 279
 280     affine[2].a00 = 1/6. ;  affine[2].a01 = -1/3.*sin(-FGH_PI/3.) ;  affine[2].a10 = 1/3.*sin(-FGH_PI/3.) ;  affine[2].a11 = 1/6. ;
 281     affine[2].b0 = 0.5 ;    affine[2].b1 = sqrt(3)/6. ;
 282
 283     affine[3].a00 = 1/3. ;  affine[3].a01 = 0.00 ;  affine[3].a10 = 0.00 ;  affine[3].a11 = 1/3. ;
 284     affine[3].b0 = 2/3. ;   affine[3].b1 = 0.0 ;
 285   }
 286
 287   for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 288   {
 289     double m00, m01, m10, m11 ;  /* Matrix "I" minus "A" */
 290     double determ ;              /* Determinant of this matrix */
 291
 292     /* Calculate the stationary point */
 293
 294     m00 = 1.0 - affine[i].a00 ;
 295     m01 =     - affine[i].a01 ;
 296     m10 =     - affine[i].a10 ;
 297     m11 = 1.0 - affine[i].a11 ;
 298
 299     determ = m00 * m11 - m01 * m10 ;
 300
 301     if ( fabs ( determ ) > 1.e-6 )
 302     {
 303       affine[i].statx = (  m11 * affine[i].b0 - m01 * affine[i].b1 ) / determ ;
 304       affine[i].staty = ( -m10 * affine[i].b0 + m00 * affine[i].b1 ) / determ ;
 305     }
 306     else
 307       affine[i].statx = affine[i].staty = 0.0 ;
 308   }
 309 }
 310
 311 int
 312 main(int argc, char *argv[])
 313 {
 314   glutInitWindowSize(500, 250);
 315   glutInitWindowPosition ( 140, 140 );
 316   glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE );
 317   glutInit(&argc, argv);
 318
 319   if ( argc > 1 )
 320     readConfigFile ( argv[1] ) ;
 321   else
 322     readConfigFile ( "fractals.dat" ) ;
 323
 324   glutCreateWindow( window_title );
 325
 326   glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
 327
 328   glutReshapeFunc(Reshape);
 329   glutKeyboardFunc(Key);
 330   glutSpecialFunc(Special);
 331   glutDisplayFunc(Display);
 332
 333 #ifdef WIN32
 334 #endif
 335
 336   while ( continue_in_main_loop )
 337     glutMainLoopEvent();
 338
 339   printf ( "Back from the 'freeglut' main loop\n" ) ;
 340
 341   return 0;             /* ANSI C requires main to return int. */
 342 }