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 /* Flag telling us to keep executing the main loop */
  43 static int continue_in_main_loop = 1;
  44
  45 /* the window title */
  46 char window_title [ 80 ] ;
  47
  48 /* The amount the view is translated and scaled */
  49 double xwin = 0.0, ywin = 0.0 ;
  50 double scale_factor = 1.0 ;
  51
  52 static void draw_level ( int num, double m00, double m01, double m10, double m11, double n0, double n1 )
  53 {
  54   /* Draw a fractal transformed by "M", "N" as passed in */
  55   int i ;
  56
  57   if ( num == 0 )
  58   {
  59     double x0 = m00 * affine[0].statx + m01 * affine[0].staty + n0 ;
  60     double y0 = m10 * affine[0].statx + m11 * affine[0].staty + n1 ;
  61
  62     for ( i = 1; i < num_trans; i++ )
  63     {
  64       double x1 = m00 * affine[i].statx + m01 * affine[i].staty + n0 ;
  65       double y1 = m10 * affine[i].statx + m11 * affine[i].staty + n1 ;
  66
  67       glVertex2d ( x0, y0 ) ;
  68       glVertex2d ( x1, y1 ) ;
  69
  70       x0 = x1 ;
  71       y0 = y1 ;
  72     }
  73   }
  74   else
  75   {
  76     /* Map each affine transformation in the fractal through the one passed in and call "draw_level" */
  77
  78     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
  79     {
  80       draw_level ( num-1, m00*affine[i].a00+m01*affine[i].a10,     m00*affine[i].a01+m01*affine[i].a11,
  81                           m10*affine[i].a00+m11*affine[i].a10,     m10*affine[i].a01+m11*affine[i].a11,
  82                           m00*affine[i].b0 +m01*affine[i].b1 + n0, m10*affine[i].b0 +m11*affine[i].b1  + n1 ) ;
  83     }
  84   }
  85 }
  86
  87 static void
  88 Display(void)
  89 {
  90   glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT );
  91
  92   /* the curve */
  93   glPushMatrix();
  94   glScalef(2.5, 2.5, 2.5);
  95
  96   glColor4f(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  97   glBegin ( GL_LINES ) ;
  98   draw_level ( num_levels, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0 );
  99   glEnd () ;
 100
 101   glPopMatrix();
 102   glutSwapBuffers();
 103 }
 104
 105 static void
 106 Reshape(int width, int height)
 107 {
 108   float ar;
 109   glViewport ( 0, 0, width, height ) ;
 110   glMatrixMode ( GL_PROJECTION ) ;
 111   glLoadIdentity();
 112   ar = (float) width / (float) height ;
 113   if( ar > 1 )
 114       glFrustum ( -ar, ar, -1.0, 1.0, 2.0, 100.0 ) ;
 115   else
 116       glFrustum ( -1.0, 1.0, -1/ar, 1/ar, 2.0, 100.0 );
 117   glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 118   glLoadIdentity () ;
 119   xwin = -1.0 ;
 120   ywin =  0.0 ;
 121   glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 122 }
 123
 124 static void
 125 Key(unsigned char key, int x, int y)
 126 {
 127   int need_redisplay = 1;
 128
 129   switch (key) {
 130   case 27:  /* Escape key */
 131     continue_in_main_loop = 0 ;
 132     break;
 133
 134   case '+' :
 135     ++num_levels ;
 136     break ;
 137
 138   case '-' :
 139     if ( num_levels > 0 )
 140       --num_levels ;
 141     break ;
 142
 143   case 'r' :  case 'R' :
 144     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 145     glLoadIdentity();
 146     xwin = -1.0 ;
 147     ywin = 0.0 ;
 148     glTranslated ( xwin, ywin, -5.0 ) ;
 149     break ;
 150
 151   default:
 152     need_redisplay = 0;
 153     break;
 154   }
 155   if (need_redisplay)
 156     glutPostRedisplay();
 157 }
 158
 159 static void
 160 Special(int key, int x, int y)
 161 {
 162   int need_redisplay = 1;
 163
 164   switch (key) {
 165   case GLUT_KEY_UP :
 166     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 167     ywin += 0.1 * scale_factor ;
 168     glTranslated ( 0.0, 0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 169     break ;
 170
 171   case GLUT_KEY_DOWN :
 172     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 173     ywin -= 0.1 * scale_factor ;
 174     glTranslated ( 0.0, -0.1 * scale_factor, 0.0 ) ;
 175     break ;
 176
 177   case GLUT_KEY_LEFT :
 178     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 179     xwin -= 0.1 * scale_factor ;
 180     glTranslated ( -0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 181     break ;
 182
 183   case GLUT_KEY_RIGHT :
 184     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 185     xwin += 0.1 * scale_factor ;
 186     glTranslated ( 0.1 * scale_factor, 0.0, 0.0 ) ;
 187     break ;
 188
 189   case GLUT_KEY_PAGE_UP :
 190     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 191     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 192     glScaled ( 1.25, 1.25, 1.25 ) ;
 193     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 194     scale_factor *= 0.8 ;
 195     break ;
 196
 197   case GLUT_KEY_PAGE_DOWN :
 198     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW ) ;
 199     glTranslated ( -xwin, -ywin, 0.0 ) ;
 200     glScaled ( 0.8, 0.8, 0.8 ) ;
 201     glTranslated ( xwin, ywin, 0.0 ) ;
 202     scale_factor *= 1.25 ;
 203     break ;
 204
 205   default:
 206     need_redisplay = 0;
 207     break;
 208   }
 209   if (need_redisplay)
 210     glutPostRedisplay();
 211 }
 212
 213
 214 static void
 215 checkedFGets ( char *s, int size, FILE *stream )
 216 {
 217   if ( fgets ( s, size, stream ) == NULL ) {
 218     fprintf ( stderr, "fgets failed\n");
 219     exit ( EXIT_FAILURE );
 220   }
 221 }
 222
 223
 224 void readConfigFile ( char *fnme )
 225 {
 226   FILE *fptr = fopen ( fnme, "rt" ) ;
 227   int i ;
 228   char inputline [ 256 ] ;
 229
 230   if ( fptr )
 231   {
 232     /* Read a header line */
 233     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 234
 235     /* Read a comment line */
 236     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 237
 238     /* Read the window title */
 239     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 240     /* We assume here that this line will not exceed 79 characters plus a
 241        newline (window_title is 80 characters long). That'll cause a buffer
 242        overflow. For a simple program like  this, though, we're letting it
 243        slide!
 244     */
 245     sscanf ( inputline, "%[a-zA-Z0-9!@#$%^&*()+=/\\_-\" ]", window_title ) ;
 246
 247     /* Read a comment line */
 248     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 249
 250     /* Read the number of affine transformations */
 251     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 252     sscanf ( inputline, "%d", &num_trans ) ;
 253
 254     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 255
 256     /* Read a comment line */
 257     checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 258
 259     for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 260     {
 261       /* Read an affine transformation definition */
 262       checkedFGets ( inputline, sizeof ( inputline ), fptr ) ;
 263       sscanf ( inputline, "%lf %lf %lf %lf %lf %lf", &affine[i].a00, &affine[i].a01,
 264                        &affine[i].a10, &affine[i].a11, &affine[i].b0, &affine[i].b1 ) ;
 265     }
 266   }
 267   else  /* No data file, set a default */
 268   {
 269     printf ( "ERROR opening file <%s>\n", fnme ) ;
 270     strcpy ( window_title, "Cantor Dust" ) ;
 271     num_trans = 2 ;
 272     affine = (AffineTrans *)malloc ( num_trans * sizeof(AffineTrans) ) ;
 273     affine[0].a00 = 0.25 ;  affine[0].a01 = 0.00 ;  affine[0].a10 = 0.00 ;  affine[0].a11 = 0.25 ;
 274     affine[0].b0 = 0.0 ;    affine[0].b1 = 0.0 ;
 275     affine[1].a00 = 0.25 ;  affine[1].a01 = 0.00 ;  affine[1].a10 = 0.00 ;  affine[1].a11 = 0.25 ;
 276     affine[1].b0 = 0.5 ;    affine[1].b1 = 0.0 ;
 277   }
 278
 279   for ( i = 0; i < num_trans; i++ )
 280   {
 281     double m00, m01, m10, m11 ;  /* Matrix "I" minus "A" */
 282     double determ ;              /* Determinant of this matrix */
 283
 284     /* Calculate the stationary point */
 285
 286     m00 = 1.0 - affine[i].a00 ;
 287     m01 =     - affine[i].a01 ;
 288     m10 =     - affine[i].a10 ;
 289     m11 = 1.0 - affine[i].a11 ;
 290
 291     determ = m00 * m11 - m01 * m10 ;
 292
 293     if ( fabs ( determ ) > 1.e-6 )
 294     {
 295       affine[i].statx = (  m11 * affine[i].b0 - m01 * affine[i].b1 ) / determ ;
 296       affine[i].staty = ( -m10 * affine[i].b0 + m00 * affine[i].b1 ) / determ ;
 297     }
 298     else
 299       affine[i].statx = affine[i].staty = 0.0 ;
 300   }
 301 }
 302
 303 int
 304 main(int argc, char *argv[])
 305 {
 306   int fractal_window ;
 307
 308   glutInitWindowSize(500, 250);
 309   glutInitWindowPosition ( 140, 140 );
 310   glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE );
 311   glutInit(&argc, argv);
 312
 313   if ( argc > 1 )
 314     readConfigFile ( argv[1] ) ;
 315   else
 316     readConfigFile ( "fractals.dat" ) ;
 317
 318   fractal_window = glutCreateWindow( window_title );
 319
 320   glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
 321
 322   glutReshapeFunc(Reshape);
 323   glutKeyboardFunc(Key);
 324   glutSpecialFunc(Special);
 325   glutDisplayFunc(Display);
 326
 327 #ifdef WIN32
 328 #endif
 329
 330   while ( continue_in_main_loop )
 331     glutMainLoopEvent();
 332
 333   printf ( "Back from the 'freeglut' main loop\n" ) ;
 334
 335   return 0;             /* ANSI C requires main to return int. */
 336 }