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
  27 typedef struct
  28 {
  29   double a00, a01, a10, a11 ;   /* Transformation matrix */
  30   double b0, b1 ;               /* Constant vector added on */
  31   double statx, staty ;         /* Coordinates of the stationary point */
  32 }
  33 AffineTrans ;
  34
  35 /* Number of levels to draw the fractal */
  36 static int num_levels = 0 ;
  37
  38 /* The definition of the fractal */
  39 static int num_trans ;
  40 static AffineTrans *affine ;
  41
  42 /* the window title */
  43 char window_title [ 80 ] ;
  44
  45 /* The amount the view is translated and scaled */
  46 double xwin = 0.0, ywin = 0.0 ;
  47 double scale_factor = 1.0 ;
  48
  49 static void draw_level ( int num, double m00, double m01, double m10, double m11, double n0, double n1 )
  50 {
  51   /* Draw a fractal transformed by "M", "N" as passed in */
  52   int i ;
  53
  54   if ( num == 0 )
  55   {
  56     double x0 = m00 * affine[0].statx + m01 * affine[0].staty + n0 ;
  57     double y0 = m10 * affine[0].statx + m11 * affine[0].staty + n1 ;
  58
  59     for ( i = 1; i < num_trans; i++ )
  60     {
  61       double x1 = m00 * affine[i].statx + m01 * affine[i].staty + n0 ;
  62       double y1 = m10 * affine[i].statx + m11 * affine[i].staty + n1 ;
  63
  64       glVertex2d ( x0, y0 ) ;
  65       glVertex2d ( x1, y1 ) ;
  66
  67       x0 = x1 ;
  68       y0 = y1 ;
  69     }
  70   }
  71   else
  72   {
  73     /* Map each affine transformation in the fractal through the one passed in and call "draw_level" */
  74
  75     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
  76     {
  77       draw_level ( num-1, m00*affine[i].a00+m01*affine[i].a10,     m00*affine[i].a01+m01*affine[i].a11,
  78                           m10*affine[i].a00+m11*affine[i].a10,     m10*affine[i].a01+m11*affine[i].a11,
  79                           m00*affine[i].b0 +m01*affine[i].b1 + n0, m10*affine[i].b0 +m11*affine[i].b1  + n1 ) ;
  80     }
  81   }
  82 }
  83
  84 static void
  85 Display(void)
  86 {
  87   glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT );
  88
  89   /* the curve */
  90   glPushMatrix();
  91   glScalef(2.5, 2.5, 2.5);
  92
  93   glColor4f(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  94   glBegin ( GL_LINES ) ;
  95   draw_level ( num_levels, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0 );
  96   glEnd () ;
  97
  98   glPopMatrix();
  99   glutSwapBuffers();
 100 }
 101
 102 static void
 103 Reshape(int width, int height)
 104 {
 105   float ar;
 106   glViewport ( 0, 0, width, height ) ;
 107   glMatrixMode ( GL_PROJECTION ) ;
 108   glLoadIdentity();
 109   ar = (float) width / (float) height ;
 110   if( ar > 1 )
 111       glFrustum ( -ar, ar, -1.0, 1.0, 2.0, 100.0 ) ;
 112   else
 113       glFrustum ( -1.0, 1.0, -1/ar, 1/ar, 2.0, 100.0 );
 114   glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 115   glLoadIdentity () ;
 116   xwin = -1.0 ;
 117   ywin =  0.0 ;
 118   glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 119 }
 120
 121 static void
 122 Key(unsigned char key, int x, int y)
 123 {
 124   int need_redisplay = 1;
 125
 126   switch (key) {
 127   case 27:  /* Escape key */
 128     glutLeaveMainLoop () ;
 129     break;
 130
 131   case '+' :
 132     ++num_levels ;
 133     break ;
 134
 135   case '-' :
 136     if ( num_levels > 0 )
 137       --num_levels ;
 138     break ;
 139
 140   case 'r' :  case 'R' :
 141     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 142     glLoadIdentity();
 143     xwin = -1.0 ;
 144     ywin = 0.0 ;
 145     glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 146     break ;
 147
 148   default:
 149     need_redisplay = 0;
 150     break;
 151   }
 152   if (need_redisplay)
 153     glutPostRedisplay();
 154 }
 155
 156 static void
 157 Special(int key, int x, int y)
 158 {
 159   int need_redisplay = 1;
 160
 161   switch (key) {
 162   case GLUT_KEY_UP :
 163     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 164     ywin += 0.1 * scale_factor ;
 165     glTranslated ( 0.0, 0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 166     break ;
 167
 168   case GLUT_KEY_DOWN :
 169     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 170     ywin -= 0.1 * scale_factor ;
 171     glTranslated ( 0.0, -0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 172     break ;
 173
 174   case GLUT_KEY_LEFT :
 175     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 176     xwin -= 0.1 * scale_factor ;
 177     glTranslated ( -0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 178     break ;
 179
 180   case GLUT_KEY_RIGHT :
 181     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 182     xwin += 0.1 * scale_factor ;
 183     glTranslated ( 0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 184     break ;
 185
 186   case GLUT_KEY_PAGE_UP :
 187     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 188     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 189     glScaled ( 1.25, 1.25, 1.25 ) ;
 190     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 191     scale_factor *= 0.8 ;
 192     break ;
 193
 194   case GLUT_KEY_PAGE_DOWN :
 195     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 196     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 197     glScaled ( 0.8, 0.8, 0.8 ) ;
 198     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 199     scale_factor *= 1.25 ;
 200     break ;
 201
 202   default:
 203     need_redisplay = 0;
 204     break;
 205   }
 206   if (need_redisplay)
 207     glutPostRedisplay();
 208 }
 209
 210
 211 void readConfigFile ( char *fnme )
 212 {
 213   FILE *fptr = fopen ( fnme, "rt" ) ;
 214   int i ;
 215   char inputline [ 256 ] ;
 216
 217   if ( fptr )
 218   {
 219     /* Read a header line */
 220     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 221
 222     /* Read a comment line */
 223     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 224
 225     /* Read the window title */
 226     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 227     /* We assume here that this line will not exceed 79 characters plus a
 228        newline (window_title is 80 characters long). That'll cause a buffer
 229        overflow. For a simple program like  this, though, we're letting it
 230        slide!
 231     */
 232     sscanf ( inputline, "%[a-zA-Z0-9!@#$%^&*()+=/\\_-\" ]", window_title ) ;
 233
 234     /* Read a comment line */
 235     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 236
 237     /* Read the number of affine transformations */
 238     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 239     sscanf ( inputline, "%d", &num_trans ) ;
 240
 241     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 242
 243     /* Read a comment line */
 244     fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 245
 246     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 247     {
 248       /* Read an affine transformation definition */
 249       fgets ( inputline, 256, fptr ) ;
 250       sscanf ( inputline, "%lf %lf %lf %lf %lf %lf", &affine[i].a00, &affine[i].a01,
 251                        &affine[i].a10, &affine[i].a11, &affine[i].b0, &affine[i].b1 ) ;
 252     }
 253   }
 254   else  /* No data file, set a default */
 255   {
 256     printf ( "ERROR opening file <%s>\n", fnme ) ;
 257     strcpy ( window_title, "Cantor Dust" ) ;
 258     num_trans = 2 ;
 259     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 260     affine[0].a00 = 0.25 ;  affine[0].a01 = 0.00 ;  affine[0].a10 = 0.00 ;  affine[0].a11 = 0.25 ;
 261     affine[0].b0 = 0.0 ;    affine[0].b1 = 0.0 ;
 262     affine[1].a00 = 0.25 ;  affine[1].a01 = 0.00 ;  affine[1].a10 = 0.00 ;  affine[1].a11 = 0.25 ;
 263     affine[1].b0 = 0.5 ;    affine[1].b1 = 0.0 ;
 264   }
 265
 266   for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 267   {
 268     double m00, m01, m10, m11 ;  /* Matrix "I" minus "A" */
 269     double determ ;              /* Determinant of this matrix */
 270
 271     /* Calculate the stationary point */
 272
 273     m00 = 1.0 - affine[i].a00 ;
 274     m01 =     - affine[i].a01 ;
 275     m10 =     - affine[i].a10 ;
 276     m11 = 1.0 - affine[i].a11 ;
 277
 278     determ = m00 * m11 - m01 * m10 ;
 279
 280     if ( fabs ( determ ) > 1.e-6 )
 281     {
 282       affine[i].statx = (  m11 * affine[i].b0 - m01 * affine[i].b1 ) / determ ;
 283       affine[i].staty = ( -m10 * affine[i].b0 + m00 * affine[i].b1 ) / determ ;
 284     }
 285     else
 286       affine[i].statx = affine[i].staty = 0.0 ;
 287   }
 288 }
 289
 290 int
 291 main(int argc, char *argv[])
 292 {
 293   int fractal_window ;
 294
 295   glutInitWindowSize(500, 250);
 296   glutInitWindowPosition ( 140, 140 );
 297   glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE );
 298   glutInit(&argc, argv);
 299
 300   if ( argc > 1 )
 301     readConfigFile ( argv[1] ) ;
 302   else
 303     readConfigFile ( "fractals.dat" ) ;
 304
 305   fractal_window = glutCreateWindow( window_title );
 306
 307   glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
 308
 309   glutReshapeFunc(Reshape);
 310   glutKeyboardFunc(Key);
 311   glutSpecialFunc(Special);
 312   glutDisplayFunc(Display);
 313
 314   glutMainLoop();
 315
 316   printf ( "Back from the 'freeglut' main loop\n" ) ;
 317
 318   return 0;             /* ANSI C requires main to return int. */
 319 }