git.mutantstargoat.com Git - metatoy/blob - src/3dgfx/mesh.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <math.h>
   5 #include "mesh.h"
   6 #include "3dgfx.h"
   7
   8 void init_g3dmtl(struct g3d_material *mtl)
   9 {
  10         mtl->name = 0;
  11         mtl->r = mtl->g = mtl->b = mtl->a = 1.0f;
  12         mtl->sr = mtl->sg = mtl->sb = 0.0f;
  13         mtl->shin = 60.0f;
  14         /*mtl->texmap = mtl->envmap = 0;*/
  15 }
  16
  17 int init_mesh(struct g3d_mesh *mesh, int prim, int num_verts, int num_idx)
  18 {
  19         mesh->name = 0;
  20         mesh->prim = prim;
  21         if(num_verts > 0) {
  22                 if(!(mesh->varr = malloc(num_verts * sizeof *mesh->varr))) {
  23                         return -1;
  24                 }
  25         } else {
  26                 mesh->varr = 0;
  27         }
  28         if(num_idx > 0) {
  29                 if(!(mesh->iarr = malloc(num_idx * prim * sizeof *mesh->iarr))) {
  30                         free(mesh->varr);
  31                         return -1;
  32                 }
  33         } else {
  34                 mesh->iarr = 0;
  35         }
  36         mesh->vcount = num_verts;
  37         mesh->icount = num_idx;
  38         mesh->mtl = 0;
  39         return 0;
  40 }
  41
  42 void free_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
  43 {
  44         destroy_mesh(mesh);
  45         free(mesh);
  46 }
  47
  48 void destroy_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
  49 {
  50         if(mesh) {
  51                 free(mesh->name);
  52                 free(mesh->varr);
  53                 free(mesh->iarr);
  54         }
  55 }
  56
  57 int copy_mesh(struct g3d_mesh *dest, struct g3d_mesh *src)
  58 {
  59         dest->prim = src->prim;
  60         if(src->varr) {
  61                 if(!(dest->varr = malloc(src->vcount * sizeof *src->varr))) {
  62                         return -1;
  63                 }
  64                 memcpy(dest->varr, src->varr, src->vcount * sizeof *src->varr);
  65         }
  66         dest->vcount = src->vcount;
  67         if(src->iarr) {
  68                 if(!(dest->iarr = malloc(src->icount * sizeof *src->iarr))) {
  69                         free(dest->varr);
  70                         dest->varr = 0;
  71                         return -1;
  72                 }
  73                 memcpy(dest->iarr, src->iarr, src->icount * sizeof *src->iarr);
  74         }
  75         dest->icount = src->icount;
  76         return 0;
  77 }
  78
  79 static struct {
  80         int prim;
  81         struct g3d_vertex *varr;
  82         const float *xform;
  83 } zsort_cls;
  84
  85 static int zsort_cmp(const void *aptr, const void *bptr)
  86 {
  87         int i;
  88         float za = 0.0f;
  89         float zb = 0.0f;
  90         const float *m = zsort_cls.xform;
  91         const struct g3d_vertex *va = (const struct g3d_vertex*)aptr;
  92         const struct g3d_vertex *vb = (const struct g3d_vertex*)bptr;
  93
  94         for(i=0; i<zsort_cls.prim; i++) {
  95                 za += m[2] * va->x + m[6] * va->y + m[10] * va->z + m[14];
  96                 zb += m[2] * vb->x + m[6] * vb->y + m[10] * vb->z + m[14];
  97                 ++va;
  98                 ++vb;
  99         }
 100
 101         za -= zb;
 102         return *(int*)&za;
 103 }
 104
 105 static int zsort_indexed_cmp(const void *aptr, const void *bptr)
 106 {
 107         int i;
 108         float za = 0.0f;
 109         float zb = 0.0f;
 110         const uint16_t *a = (const uint16_t*)aptr;
 111         const uint16_t *b = (const uint16_t*)bptr;
 112
 113         const float *m = zsort_cls.xform;
 114
 115         for(i=0; i<zsort_cls.prim; i++) {
 116                 const struct g3d_vertex *va = zsort_cls.varr + a[i];
 117                 const struct g3d_vertex *vb = zsort_cls.varr + b[i];
 118
 119                 za += m[2] * va->x + m[6] * va->y + m[10] * va->z + m[14];
 120                 zb += m[2] * vb->x + m[6] * vb->y + m[10] * vb->z + m[14];
 121         }
 122
 123         za -= zb;
 124         return *(int*)&za;
 125 }
 126
 127
 128 void zsort_mesh(struct g3d_mesh *m)
 129 {
 130         zsort_cls.varr = m->varr;
 131         zsort_cls.xform = g3d_get_matrix(G3D_MODELVIEW, 0);
 132         zsort_cls.prim = m->prim;
 133
 134         if(m->iarr) {
 135                 int nfaces = m->icount / m->prim;
 136                 qsort(m->iarr, nfaces, m->prim * sizeof *m->iarr, zsort_indexed_cmp);
 137         } else {
 138                 int nfaces = m->vcount / m->prim;
 139                 qsort(m->varr, nfaces, m->prim * sizeof *m->varr, zsort_cmp);
 140         }
 141 }
 142
 143
 144 void draw_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
 145 {
 146         struct g3d_material *mtl;
 147
 148         if((mtl = mesh->mtl)) {
 149                 g3d_mtl_diffuse(mtl->r);
 150                 g3d_mtl_specular(mtl->sr);
 151                 g3d_mtl_shininess(mtl->shin);
 152
 153                 /*if(mtl->texmap) {
 154                         g3d_enable(G3D_TEXTURE_2D);
 155                         g3d_set_texture(mtl->texmap->width, mtl->texmap->height, mtl->texmap->pixels);
 156                 }*/
 157         }
 158
 159         if(mesh->iarr) {
 160                 g3d_draw_indexed(mesh->prim, mesh->varr, mesh->vcount, mesh->iarr, mesh->icount);
 161         } else {
 162                 g3d_draw(mesh->prim, mesh->varr, mesh->vcount);
 163         }
 164
 165         if(mtl) {
 166                 /*if(mtl->texmap) {
 167                         g3d_disable(G3D_TEXTURE_2D);
 168                 }*/
 169         }
 170 }
 171
 172 void apply_mesh_xform(struct g3d_mesh *mesh, const float *xform)
 173 {
 174         int i;
 175         struct g3d_vertex *v = mesh->varr;
 176
 177         for(i=0; i<mesh->vcount; i++) {
 178                 float x = xform[0] * v->x + xform[4] * v->y + xform[8] * v->z + xform[12];
 179                 float y = xform[1] * v->x + xform[5] * v->y + xform[9] * v->z + xform[13];
 180                 v->z = xform[2] * v->x + xform[6] * v->y + xform[10] * v->z + xform[14];
 181                 v->x = x;
 182                 v->y = y;
 183                 x = xform[0] * v->nx + xform[4] * v->ny + xform[8] * v->nz;
 184                 y = xform[1] * v->nx + xform[5] * v->ny + xform[9] * v->nz;
 185                 v->nz = xform[2] * v->nx + xform[6] * v->ny + xform[10] * v->nz;
 186                 v->nx = x;
 187                 v->ny = y;
 188                 ++v;
 189         }
 190 }
 191
 192 int append_mesh(struct g3d_mesh *ma, struct g3d_mesh *mb)
 193 {
 194         int i, new_vcount, new_icount;
 195         void *tmp;
 196         uint16_t *iptr;
 197
 198         if(ma->prim != mb->prim) {
 199                 fprintf(stderr, "append_mesh failed, primitive mismatch\n");
 200                 return -1;
 201         }
 202
 203         if(ma->iarr || mb->iarr) {
 204                 if(!ma->iarr) {
 205                         if(indexify_mesh(ma) == -1) {
 206                                 return -1;
 207                         }
 208                 } else if(!mb->iarr) {
 209                         if(indexify_mesh(mb) == -1) {
 210                                 return -1;
 211                         }
 212                 }
 213
 214                 new_icount = ma->icount + mb->icount;
 215                 if(!(iptr = realloc(ma->iarr, new_icount * sizeof *iptr))) {
 216                         fprintf(stderr, "append_mesh: failed to allocate combined index buffer (%d indices)\n", new_icount);
 217                         return -1;
 218                 }
 219                 ma->iarr = iptr;
 220
 221                 iptr += ma->icount;
 222                 for(i=0; i<mb->icount; i++) {
 223                         *iptr++ = mb->iarr[i] + ma->vcount;
 224                 }
 225                 ma->icount = new_icount;
 226         }
 227
 228         new_vcount = ma->vcount + mb->vcount;
 229         if(!(tmp = realloc(ma->varr, new_vcount * sizeof *ma->varr))) {
 230                 fprintf(stderr, "append_mesh: failed to allocate combined vertex buffer (%d verts)\n", new_vcount);
 231                 return -1;
 232         }
 233         ma->varr = tmp;
 234         memcpy(ma->varr + ma->vcount, mb->varr, mb->vcount * sizeof *ma->varr);
 235         ma->vcount = new_vcount;
 236         return 0;
 237 }
 238
 239 #define FEQ(a, b)       ((a) - (b) < 1e-5 && (b) - (a) < 1e-5)
 240 static int cmp_vertex(struct g3d_vertex *a, struct g3d_vertex *b)
 241 {
 242         if(!FEQ(a->x, b->x) || !FEQ(a->y, b->y) || !FEQ(a->z, b->z) || !FEQ(a->w, b->w))
 243                 return -1;
 244         if(!FEQ(a->nx, b->nx) || !FEQ(a->ny, b->ny) || !FEQ(a->nz, b->nz))
 245                 return -1;
 246         if(!FEQ(a->u, b->u) || !FEQ(a->v, b->v))
 247                 return -1;
 248         if(a->l != b->l || a->a != b->a)
 249                 return -1;
 250         return 0;
 251 }
 252
 253 static int find_existing(struct g3d_vertex *v, struct g3d_vertex *varr, int vcount)
 254 {
 255         int i;
 256         for(i=0; i<vcount; i++) {
 257                 if(cmp_vertex(v, varr++) == 0) {
 258                         return i;
 259                 }
 260         }
 261         return -1;
 262 }
 263
 264 int indexify_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
 265 {
 266         int i, j, nfaces, max_icount, idx;
 267         int out_vcount = 0;
 268         struct g3d_vertex *vin, *vout;
 269         uint16_t *iout;
 270
 271         if(mesh->iarr) {
 272                 fprintf(stderr, "indexify_mesh failed: already indexed\n");
 273                 return -1;
 274         }
 275
 276         nfaces = mesh->vcount / mesh->prim;
 277         max_icount = mesh->vcount;
 278
 279         if(!(mesh->iarr = malloc(max_icount * sizeof *mesh->iarr))) {
 280                 fprintf(stderr, "indexify_mesh failed to allocate index buffer of %d indices\n", max_icount);
 281                 return -1;
 282         }
 283
 284         vin = vout = mesh->varr;
 285         iout = mesh->iarr;
 286
 287         for(i=0; i<nfaces; i++) {
 288                 for(j=0; j<mesh->prim; j++) {
 289                         if((idx = find_existing(vin, mesh->varr, out_vcount)) >= 0) {
 290                                 *iout++ = idx;
 291                         } else {
 292                                 *iout++ = out_vcount++;
 293                                 if(vin != vout) {
 294                                         *vout++ = *vin;
 295                                 }
 296                         }
 297                         ++vin;
 298                 }
 299         }
 300
 301         /* XXX also shrink buffers? I'll just leave them to max size for now */
 302         return 0;
 303 }
 304
 305 void normalize_mesh_normals(struct g3d_mesh *mesh)
 306 {
 307         int i;
 308         struct g3d_vertex *v = mesh->varr;
 309
 310         for(i=0; i<mesh->vcount; i++) {
 311                 float mag = sqrt(v->nx * v->nx + v->ny * v->ny + v->nz * v->nz);
 312                 float s = (mag == 0.0f) ? 1.0f : 1.0f / mag;
 313                 v->nx *= s;
 314                 v->ny *= s;
 315                 v->nz *= s;
 316                 ++v;
 317         }
 318 }
 319
 320
 321 void calc_mesh_centroid(struct g3d_mesh *mesh, float *cent)
 322 {
 323         int i;
 324         float s = 1.0f / (float)mesh->vcount;
 325         cent[0] = cent[1] = cent[2] = 0.0f;
 326
 327         for(i=0; i<mesh->vcount; i++) {
 328                 cent[0] += mesh->varr[i].x;
 329                 cent[1] += mesh->varr[i].y;
 330                 cent[2] += mesh->varr[i].z;
 331         }
 332         cent[0] *= s;
 333         cent[1] *= s;
 334         cent[2] *= s;
 335 }
 336
 337 static void sphvec(float *res, float theta, float phi, float rad)
 338 {
 339         theta = -theta;
 340         res[0] = sin(theta) * sin(phi);
 341         res[1] = cos(phi);
 342         res[2] = cos(theta) * sin(phi);
 343 }
 344
 345 int gen_sphere_mesh(struct g3d_mesh *mesh, float rad, int usub, int vsub)
 346 {
 347         int i, j;
 348         int nfaces, uverts, vverts;
 349         struct g3d_vertex *vptr;
 350         uint16_t *iptr;
 351
 352         init_mesh(mesh, G3D_QUADS, 0, 0);
 353
 354         if(usub < 4) usub = 4;
 355         if(vsub < 2) vsub = 2;
 356
 357         uverts = usub + 1;
 358         vverts = vsub + 1;
 359
 360         mesh->vcount = uverts * vverts;
 361         nfaces = usub * vsub;
 362         mesh->icount = nfaces * 4;
 363
 364         if(!(mesh->varr = malloc(mesh->vcount * sizeof *mesh->varr))) {
 365                 fprintf(stderr, "gen_sphere_mesh: failed to allocate vertex buffer (%d vertices)\n", mesh->vcount);
 366                 return -1;
 367         }
 368         if(!(mesh->iarr = malloc(mesh->icount * sizeof *mesh->iarr))) {
 369                 fprintf(stderr, "gen_sphere_mesh: failed to allocate index buffer (%d indices)\n", mesh->icount);
 370                 return -1;
 371         }
 372         vptr = mesh->varr;
 373         iptr = mesh->iarr;
 374
 375         for(i=0; i<uverts; i++) {
 376                 float u = (float)i / (float)(uverts - 1);
 377                 float theta = u * 2.0 * M_PI;
 378
 379                 for(j=0; j<vverts; j++) {
 380                         float v = (float)j / (float)(vverts - 1);
 381                         float phi = v * M_PI;
 382                         int chess = (i & 1) == (j & 1);
 383
 384                         sphvec(&vptr->x, theta, phi, rad);
 385                         vptr->w = 1.0f;
 386
 387                         vptr->nx = vptr->x / rad;
 388                         vptr->ny = vptr->y / rad;
 389                         vptr->nz = vptr->z / rad;
 390                         vptr->u = u;
 391                         vptr->v = v;
 392                         vptr->l = chess ? 255 : 64;
 393                         ++vptr;
 394
 395                         if(i < usub && j < vsub) {
 396                                 int idx = i * vverts + j;
 397                                 *iptr++ = idx;
 398                                 *iptr++ = idx + 1;
 399                                 *iptr++ = idx + vverts + 1;
 400                                 *iptr++ = idx + vverts;
 401                         }
 402                 }
 403         }
 404         return 0;
 405 }
 406
 407 int gen_plane_mesh(struct g3d_mesh *m, float width, float height, int usub, int vsub)
 408 {
 409         int i, j;
 410         int nfaces, nverts, nidx, uverts, vverts;
 411         float x, y, u, v, du, dv;
 412         struct g3d_vertex *vptr;
 413         uint16_t *iptr;
 414
 415         init_mesh(m, G3D_QUADS, 0, 0);
 416
 417         if(usub < 1) usub = 1;
 418         if(vsub < 1) vsub = 1;
 419
 420         nfaces = usub * vsub;
 421         uverts = usub + 1;
 422         vverts = vsub + 1;
 423         du = 1.0f / (float)usub;
 424         dv = 1.0f / (float)vsub;
 425
 426         nverts = uverts * vverts;
 427         nidx = nfaces * 4;
 428
 429         if(!(m->varr = malloc(nverts * sizeof *m->varr))) {
 430                 fprintf(stderr, "gen_plane_mesh: failed to allocate vertex buffer (%d vertices)\n", nverts);
 431                 return -1;
 432         }
 433         if(!(m->iarr = malloc(nidx * sizeof *m->iarr))) {
 434                 fprintf(stderr, "gen_plane_mesh: failed to allocate index buffer (%d indices)\n", nidx);
 435                 free(m->varr);
 436                 m->varr = 0;
 437                 return -1;
 438         }
 439
 440         m->vcount = nverts;
 441         m->icount = nidx;
 442
 443         vptr = m->varr;
 444         iptr = m->iarr;
 445
 446         v = 0.0f;
 447         for(i=0; i<vverts; i++) {
 448                 y = (v - 0.5) * height;
 449                 u = 0.0f;
 450
 451                 for(j=0; j<uverts; j++) {
 452                         x = (u - 0.5) * width;
 453
 454                         vptr->x = x;
 455                         vptr->y = y;
 456                         vptr->z = 0.0f;
 457                         vptr->w = 1.0f;
 458                         vptr->nx = 0.0f;
 459                         vptr->ny = 0.0f;
 460                         vptr->nz = 1.0f;
 461                         vptr->u = u;
 462                         vptr->v = v;
 463                         vptr->l = vptr->a = 255;
 464                         ++vptr;
 465
 466                         u += du;
 467                 }
 468                 v += dv;
 469         }
 470
 471         for(i=0; i<vsub; i++) {
 472                 for(j=0; j<usub; j++) {
 473                         int idx = i * uverts + j;
 474                         *iptr++ = idx;
 475                         *iptr++ = idx + 1;
 476                         *iptr++ = idx + uverts + 1;
 477                         *iptr++ = idx + uverts;
 478                 }
 479         }
 480         return 0;
 481 }
 482
 483 int gen_cube_mesh(struct g3d_mesh *mesh, float sz, int sub)
 484 {
 485         int i;
 486         float offs;
 487         struct g3d_mesh *m;
 488         struct g3d_mesh tmpmesh;
 489         static float rotface[][4] = {
 490                 {0, 0, 1, 0},
 491                 {90, 0, 1, 0},
 492                 {180, 0, 1, 0},
 493                 {270, 0, 1, 0},
 494                 {90, 1, 0, 0},
 495                 {-90, 1, 0, 0}
 496         };
 497
 498         offs = sz;
 499         sz = fabs(sz);
 500
 501         g3d_matrix_mode(G3D_MODELVIEW);
 502         g3d_push_matrix();
 503
 504         for(i=0; i<6; i++) {
 505                 m = i > 0 ? &tmpmesh : mesh;
 506                 if(gen_plane_mesh(m, sz, sz, sub, sub) == -1)
 507                         return -1;
 508                 g3d_load_identity();
 509                 g3d_rotate(rotface[i][0], rotface[i][1], rotface[i][2], rotface[i][3]);
 510                 g3d_translate(0, 0, offs / 2.0f);
 511                 apply_mesh_xform(m, g3d_get_matrix(G3D_MODELVIEW, 0));
 512                 if(i > 0) {
 513                         if(append_mesh(mesh, m) == -1) {
 514                                 return -1;
 515                         }
 516                 }
 517         }
 518
 519         g3d_pop_matrix();
 520         return 0;
 521 }
 522
 523 static void torusvec(float *res, float theta, float phi, float mr, float rr)
 524 {
 525         float rx, ry, rz;
 526         theta = -theta;
 527
 528         rx = -cos(phi) * rr + mr;
 529         ry = sin(phi) * rr;
 530         rz = 0.0f;
 531
 532         res[0] = rx * sin(theta) + rz * cos(theta);
 533         res[1] = ry;
 534         res[2] = -rx * cos(theta) + rz * sin(theta);
 535 }
 536
 537 int gen_torus_mesh(struct g3d_mesh *mesh, float rad, float ringrad, int usub, int vsub)
 538 {
 539         int i, j;
 540         int nfaces, uverts, vverts;
 541         struct g3d_vertex *vptr;
 542         uint16_t *iptr;
 543
 544         init_mesh(mesh, G3D_QUADS, 0, 0);
 545
 546         if(usub < 4) usub = 4;
 547         if(vsub < 2) vsub = 2;
 548
 549         uverts = usub + 1;
 550         vverts = vsub + 1;
 551
 552         mesh->vcount = uverts * vverts;
 553         nfaces = usub * vsub;
 554         mesh->icount = nfaces * 4;
 555
 556         printf("generating torus with %d faces (%d vertices)\n", nfaces, mesh->vcount);
 557
 558         if(!(mesh->varr = malloc(mesh->vcount * sizeof *mesh->varr))) {
 559                 return -1;
 560         }
 561         if(!(mesh->iarr = malloc(mesh->icount * sizeof *mesh->iarr))) {
 562                 return -1;
 563         }
 564         vptr = mesh->varr;
 565         iptr = mesh->iarr;
 566
 567         for(i=0; i<uverts; i++) {
 568                 float u = (float)i / (float)(uverts - 1);
 569                 float theta = u * 2.0 * M_PI;
 570                 float rcent[3];
 571
 572                 torusvec(rcent, theta, 0, rad, 0);
 573
 574                 for(j=0; j<vverts; j++) {
 575                         float v = (float)j / (float)(vverts - 1);
 576                         float phi = v * 2.0 * M_PI;
 577                         int chess = (i & 1) == (j & 1);
 578
 579                         torusvec(&vptr->x, theta, phi, rad, ringrad);
 580                         vptr->w = 1.0f;
 581
 582                         vptr->nx = (vptr->x - rcent[0]) / ringrad;
 583                         vptr->ny = (vptr->y - rcent[1]) / ringrad;
 584                         vptr->nz = (vptr->z - rcent[2]) / ringrad;
 585                         vptr->u = u;
 586                         vptr->v = v;
 587                         vptr->l = chess ? 255 : 64;
 588                         ++vptr;
 589
 590                         if(i < usub && j < vsub) {
 591                                 int idx = i * vverts + j;
 592                                 *iptr++ = idx;
 593                                 *iptr++ = idx + 1;
 594                                 *iptr++ = idx + vverts + 1;
 595                                 *iptr++ = idx + vverts;
 596                         }
 597                 }
 598         }
 599         return 0;
 600 }
 601