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 <math.h>
  25
  26 typedef struct
  27 {
  28   double a00, a01, a10, a11 ;   /* Transformation matrix */
  29   double b0, b1 ;               /* Constant vector added on */
  30   double statx, staty ;         /* Coordinates of the stationary point */
  31 }
  32 AffineTrans ;
  33
  34 /* Number of levels to draw the fractal */
  35 static int num_levels = 0 ;
  36
  37 /* The definition of the fractal */
  38 static int num_trans ;
  39 static AffineTrans *affine ;
  40
  41 /* the window title */
  42 char window_title [ 80 ] ;
  43
  44 /* The amount the view is translated and scaled */
  45 double xwin = 0.0, ywin = 0.0 ;
  46 double scale_factor = 1.0 ;
  47
  48 static void draw_level ( int num, double m00, double m01, double m10, double m11, double n0, double n1 )
  49 {
  50   /* Draw a fractal transformed by "M", "N" as passed in */
  51   int i ;
  52
  53   if ( num == 0 )
  54   {
  55     double x0 = m00 * affine[0].statx + m01 * affine[0].staty + n0 ;
  56     double y0 = m10 * affine[0].statx + m11 * affine[0].staty + n1 ;
  57
  58     for ( i = 1; i < num_trans; i++ )
  59     {
  60       double x1 = m00 * affine[i].statx + m01 * affine[i].staty + n0 ;
  61       double y1 = m10 * affine[i].statx + m11 * affine[i].staty + n1 ;
  62
  63       glVertex2d ( x0, y0 ) ;
  64       glVertex2d ( x1, y1 ) ;
  65
  66       x0 = x1 ;
  67       y0 = y1 ;
  68     }
  69   }
  70   else
  71   {
  72     /* Map each affine transformation in the fractal through the one passed in and call "draw_level" */
  73
  74     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
  75     {
  76       draw_level ( num-1, m00*affine[i].a00+m01*affine[i].a10,     m00*affine[i].a01+m01*affine[i].a11,
  77                           m10*affine[i].a00+m11*affine[i].a10,     m10*affine[i].a01+m11*affine[i].a11,
  78                           m00*affine[i].b0 +m01*affine[i].b1 + n0, m10*affine[i].b0 +m11*affine[i].b1  + n1 ) ;
  79     }
  80   }
  81 }
  82
  83 static void
  84 Display(void)
  85 {
  86   glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT );
  87
  88   /* the curve */
  89   glPushMatrix();
  90   glScalef(2.5, 2.5, 2.5);
  91
  92   glColor4f(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  93   glBegin ( GL_LINES ) ;
  94   draw_level ( num_levels, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0 );
  95   glEnd () ;
  96
  97   glPopMatrix();
  98   glutSwapBuffers();
  99 }
 100
 101 static void
 102 Reshape(int width, int height)
 103 {
 104   float ar;
 105   glViewport ( 0, 0, width, height ) ;
 106   glMatrixMode ( GL_PROJECTION ) ;
 107   glLoadIdentity();
 108   ar = (float) width / (float) height ;
 109   if( ar > 1 )
 110       glFrustum ( -ar, ar, -1.0, 1.0, 2.0, 100.0 ) ;
 111   else
 112       glFrustum ( -1.0, 1.0, -1/ar, 1/ar, 2.0, 100.0 );
 113   glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 114   glLoadIdentity () ;
 115   xwin = -1.0 ;
 116   ywin =  0.0 ;
 117   glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 118 }
 119
 120 static void
 121 Key(unsigned char key, int x, int y)
 122 {
 123   int need_redisplay = 1;
 124
 125   switch (key) {
 126   case 27:  /* Escape key */
 127     glutLeaveMainLoop () ;
 128     break;
 129
 130   case '+' :
 131     ++num_levels ;
 132     break ;
 133
 134   case '-' :
 135     if ( num_levels > 0 )
 136       --num_levels ;
 137     break ;
 138
 139   case 'r' :  case 'R' :
 140     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 141     glLoadIdentity();
 142     xwin = -1.0 ;
 143     ywin = 0.0 ;
 144     glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 145     break ;
 146
 147   default:
 148     need_redisplay = 0;
 149     break;
 150   }
 151   if (need_redisplay)
 152     glutPostRedisplay();
 153 }
 154
 155 static void
 156 Special(int key, int x, int y)
 157 {
 158   int need_redisplay = 1;
 159
 160   switch (key) {
 161   case GLUT_KEY_UP :
 162     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 163     ywin += 0.1 * scale_factor ;
 164     glTranslated ( 0.0, 0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 165     break ;
 166
 167   case GLUT_KEY_DOWN :
 168     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 169     ywin -= 0.1 * scale_factor ;
 170     glTranslated ( 0.0, -0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 171     break ;
 172
 173   case GLUT_KEY_LEFT :
 174     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 175     xwin -= 0.1 * scale_factor ;
 176     glTranslated ( -0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 177     break ;
 178
 179   case GLUT_KEY_RIGHT :
 180     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 181     xwin += 0.1 * scale_factor ;
 182     glTranslated ( 0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 183     break ;
 184
 185   case GLUT_KEY_PAGE_UP :
 186     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 187     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 188     glScaled ( 1.25, 1.25, 1.25 ) ;
 189     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 190     scale_factor *= 0.8 ;
 191     break ;
 192
 193   case GLUT_KEY_PAGE_DOWN :
 194     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 195     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 196     glScaled ( 0.8, 0.8, 0.8 ) ;
 197     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 198     scale_factor *= 1.25 ;
 199     break ;
 200
 201   default:
 202     need_redisplay = 0;
 203     break;
 204   }
 205   if (need_redisplay)
 206     glutPostRedisplay();
 207 }
 208
 209
 210 void readConfigFile ( char *fnme )
 211 {
 212   FILE *fptr = fopen ( fnme, "rt" ) ;
 213   int i ;
 214   char inputline [ 256 ] ;
 215
 216   if ( fptr )
 217   {
 218     /* Read a header line */
 219     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 220
 221     /* Read a comment line */
 222     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 223
 224     /* Read the window title */
 225     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 226     /* We assume here that this line will not exceed 79 characters plus a
 227        newline (window_title is 80 characters long). That'll cause a buffer
 228        overflow. For a simple program like  this, though, we're letting it
 229        slide!
 230     */
 231     sscanf ( inputline, "%[a-zA-Z0-9!@#$%^&*()+=/\\_-\" ]", window_title ) ;
 232
 233     /* Read a comment line */
 234     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 235
 236     /* Read the number of affine transformations */
 237     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 238     sscanf ( inputline, "%d", &num_trans ) ;
 239
 240     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 241
 242     /* Read a comment line */
 243     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 244
 245     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 246     {
 247       /* Read an affine transformation definition */
 248       fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 249       sscanf ( inputline, "%lf %lf %lf %lf %lf %lf", &affine[i].a00, &affine[i].a01,
 250                        &affine[i].a10, &affine[i].a11, &affine[i].b0, &affine[i].b1 ) ;
 251     }
 252   }
 253   else  /* No data file, set a default */
 254   {
 255     printf ( "ERROR opening file <%s>\n", fnme ) ;
 256     strcpy ( window_title, "Cantor Dust" ) ;
 257     num_trans = 2 ;
 258     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 259     affine[0].a00 = 0.25 ;  affine[0].a01 = 0.00 ;  affine[0].a10 = 0.00 ;  affine[0].a11 = 0.25 ;
 260     affine[0].b0 = 0.0 ;    affine[0].b1 = 0.0 ;
 261     affine[1].a00 = 0.25 ;  affine[1].a01 = 0.00 ;  affine[1].a10 = 0.00 ;  affine[1].a11 = 0.25 ;
 262     affine[1].b0 = 0.5 ;    affine[1].b1 = 0.0 ;
 263   }
 264
 265   for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 266   {
 267     double m00, m01, m10, m11 ;  /* Matrix "I" minus "A" */
 268     double determ ;              /* Determinant of this matrix */
 269
 270     /* Calculate the stationary point */
 271
 272     m00 = 1.0 - affine[i].a00 ;
 273     m01 =     - affine[i].a01 ;
 274     m10 =     - affine[i].a10 ;
 275     m11 = 1.0 - affine[i].a11 ;
 276
 277     determ = m00 * m11 - m01 * m10 ;
 278
 279     if ( fabs ( determ ) > 1.e-6 )
 280     {
 281       affine[i].statx = (  m11 * affine[i].b0 - m01 * affine[i].b1 ) / determ ;
 282       affine[i].staty = ( -m10 * affine[i].b0 + m00 * affine[i].b1 ) / determ ;
 283     }
 284     else
 285       affine[i].statx = affine[i].staty = 0.0 ;
 286   }
 287 }
 288
 289 int
 290 main(int argc, char *argv[])
 291 {
 292   int fractal_window ;
 293
 294   glutInitWindowSize(500, 250);
 295   glutInitWindowPosition ( 140, 140 );
 296   glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE );
 297   glutInit(&argc, argv);
 298
 299   if ( argc > 1 )
 300     readConfigFile ( argv[1] ) ;
 301   else
 302     readConfigFile ( "fractals.dat" ) ;
 303
 304   fractal_window = glutCreateWindow( window_title );
 305
 306   glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
 307
 308   glutReshapeFunc(Reshape);
 309   glutKeyboardFunc(Key);
 310   glutSpecialFunc(Special);
 311   glutDisplayFunc(Display);
 312
 313   glutMainLoop();
 314
 315   printf ( "Back from the 'freeglut' main loop\n" ) ;
 316
 317   return 0;             /* ANSI C requires main to return int. */
 318 }