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

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <math.h>
   3 #include <assert.h>
   4 #include "polyclip.h"
   5
   6 struct ray {
   7         float origin[3];
   8         float dir[3];
   9 };
  10
  11 static int clip_edge(struct g3d_vertex *poly, int *vnumptr,
  12                 const struct g3d_vertex *v0, const struct g3d_vertex *v1,
  13                 const struct cplane *plane);
  14 static int check_clip_edge(const struct g3d_vertex *v0,
  15                 const struct g3d_vertex *v1, const struct cplane *plane);
  16 static int clip_edge_frustum(struct g3d_vertex *poly, int *vnumptr,
  17                 const struct g3d_vertex *v0, const struct g3d_vertex *v1, int fplane);
  18 static float distance_signed(float *pos, const struct cplane *plane);
  19 static int intersect(const struct ray *ray, const struct cplane *plane, float *t);
  20 static int inside_frustum_plane(const struct g3d_vertex *v, int fplane);
  21
  22
  23 int clip_poly(struct g3d_vertex *vout, int *voutnum,
  24                 const struct g3d_vertex *vin, int vnum, struct cplane *plane)
  25 {
  26         int i, nextidx, res;
  27         int edges_clipped = 0;
  28
  29         *voutnum = 0;
  30
  31         for(i=0; i<vnum; i++) {
  32                 nextidx = i + 1;
  33                 if(nextidx >= vnum) nextidx = 0;
  34                 res = clip_edge(vout, voutnum, vin + i, vin + nextidx, plane);
  35                 if(res == 0) {
  36                         ++edges_clipped;
  37                 }
  38         }
  39
  40         if(*voutnum <= 0) {
  41                 assert(edges_clipped == 0);
  42                 return -1;
  43         }
  44
  45         return edges_clipped > 0 ? 0 : 1;
  46 }
  47
  48 int check_clip_poly(const struct g3d_vertex *v, int vnum, struct cplane *plane)
  49 {
  50         int i, nextidx, res = 0;
  51         int edges_clipped = 0;
  52
  53         for(i=0; i<vnum; i++) {
  54                 nextidx = i + 1;
  55                 if(nextidx >= vnum) nextidx = 0;
  56                 res = check_clip_edge(v + i, v + nextidx, plane);
  57                 if(res == 0) {
  58                         ++edges_clipped;
  59                 }
  60         }
  61         return edges_clipped ? 0 : res;
  62 }
  63
  64 int clip_frustum(struct g3d_vertex *vout, int *voutnum,
  65                 const struct g3d_vertex *vin, int vnum, int fplane)
  66 {
  67         int i, nextidx, res;
  68         int edges_clipped = 0;
  69
  70         if(vnum == 1) {
  71                 /* special case: point clipping */
  72                 return inside_frustum_plane(vin, fplane) ? 1 : -1;
  73         }
  74
  75         *voutnum = 0;
  76
  77         for(i=0; i<vnum; i++) {
  78                 nextidx = i + 1;
  79                 if(nextidx >= vnum) nextidx = 0;
  80                 res = clip_edge_frustum(vout, voutnum, vin + i, vin + nextidx, fplane);
  81                 if(res == 0) {
  82                         ++edges_clipped;
  83                 }
  84         }
  85
  86         if(*voutnum <= 0) {
  87                 assert(edges_clipped == 0);
  88                 return -1;
  89         }
  90
  91         return edges_clipped > 0 ? 0 : 1;
  92 }
  93
  94 #define LERP_VATTR(res, v0, v1, t) \
  95         do { \
  96                 (res)->nx = (v0)->nx + ((v1)->nx - (v0)->nx) * (t); \
  97                 (res)->ny = (v0)->ny + ((v1)->ny - (v0)->ny) * (t); \
  98                 (res)->nz = (v0)->nz + ((v1)->nz - (v0)->nz) * (t); \
  99                 (res)->u = (v0)->u + ((v1)->u - (v0)->u) * (t); \
 100                 (res)->v = (v0)->v + ((v1)->v - (v0)->v) * (t); \
 101                 (res)->l = (v0)->l + ((v1)->l - (v0)->l) * (t); \
 102                 (res)->a = (v0)->a + ((v1)->a - (v0)->a) * (t); \
 103         } while(0)
 104
 105
 106 /* returns:
 107  *  1 -> both inside
 108  *  0 -> straddling and clipped
 109  * -1 -> both outside
 110  *
 111  *  also returns the size of the polygon through vnumptr
 112  */
 113 static int clip_edge(struct g3d_vertex *poly, int *vnumptr,
 114                 const struct g3d_vertex *v0, const struct g3d_vertex *v1,
 115                 const struct cplane *plane)
 116 {
 117         float pos0[3], pos1[3];
 118         float d0, d1, t;
 119         struct ray ray;
 120         int i, vnum = *vnumptr;
 121
 122         pos0[0] = v0->x; pos0[1] = v0->y; pos0[2] = v0->z;
 123         pos1[0] = v1->x; pos1[1] = v1->y; pos1[2] = v1->z;
 124
 125         d0 = distance_signed(pos0, plane);
 126         d1 = distance_signed(pos1, plane);
 127
 128         for(i=0; i<3; i++) {
 129                 ray.origin[i] = pos0[i];
 130                 ray.dir[i] = pos1[i] - pos0[i];
 131         }
 132
 133         if(d0 >= 0.0) {
 134                 /* start inside */
 135                 if(d1 >= 0.0) {
 136                         /* all inside */
 137                         poly[vnum++] = *v1;     /* append v1 */
 138                         *vnumptr = vnum;
 139                         return 1;
 140                 } else {
 141                         /* going out */
 142                         struct g3d_vertex *vptr = poly + vnum;
 143
 144                         intersect(&ray, plane, &t);
 145
 146                         vptr->x = ray.origin[0] + ray.dir[0] * t;
 147                         vptr->y = ray.origin[1] + ray.dir[1] * t;
 148                         vptr->z = ray.origin[2] + ray.dir[2] * t;
 149                         vptr->w = 1.0f;
 150
 151                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 152                         vnum++; /* append new vertex on the intersection point */
 153                 }
 154         } else {
 155                 /* start outside */
 156                 if(d1 >= 0) {
 157                         /* going in */
 158                         struct g3d_vertex *vptr = poly + vnum;
 159
 160                         intersect(&ray, plane, &t);
 161
 162                         vptr->x = ray.origin[0] + ray.dir[0] * t;
 163                         vptr->y = ray.origin[1] + ray.dir[1] * t;
 164                         vptr->z = ray.origin[2] + ray.dir[2] * t;
 165                         vptr->w = 1.0f;
 166
 167                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 168                         vnum++; /* append new vertex on the intersection point */
 169
 170                         /* then append v1 ... */
 171                         poly[vnum++] = *v1;
 172                 } else {
 173                         /* all outside */
 174                         return -1;
 175                 }
 176         }
 177
 178         *vnumptr = vnum;
 179         return 0;
 180 }
 181
 182 /* same as above, but only checks for clipping and classifies the edge */
 183 static int check_clip_edge(const struct g3d_vertex *v0,
 184                 const struct g3d_vertex *v1, const struct cplane *plane)
 185 {
 186         float pos0[3], pos1[3];
 187         float d0, d1;
 188
 189         pos0[0] = v0->x; pos0[1] = v0->y; pos0[2] = v0->z;
 190         pos1[0] = v1->x; pos1[1] = v1->y; pos1[2] = v1->z;
 191
 192         d0 = distance_signed(pos0, plane);
 193         d1 = distance_signed(pos1, plane);
 194
 195         if(d0 > 0.0f && d1 > 0.0f) {
 196                 return 1;
 197         }
 198         if(d0 < 0.0f && d1 < 0.0f) {
 199                 return -1;
 200         }
 201         return 0;
 202 }
 203
 204 static float distance_signed(float *pos, const struct cplane *plane)
 205 {
 206         float dx = pos[0] - plane->x;
 207         float dy = pos[1] - plane->y;
 208         float dz = pos[2] - plane->z;
 209         return dx * plane->nx + dy * plane->ny + dz * plane->nz;
 210 }
 211
 212 static int intersect(const struct ray *ray, const struct cplane *plane, float *t)
 213 {
 214         float orig_pt_dir[3];
 215
 216         float ndotdir = plane->nx * ray->dir[0] + plane->ny * ray->dir[1] + plane->nz * ray->dir[2];
 217         if(fabs(ndotdir) < 1e-6) {
 218                 *t = 0.0f;
 219                 return 0;
 220         }
 221
 222         orig_pt_dir[0] = plane->x - ray->origin[0];
 223         orig_pt_dir[1] = plane->y - ray->origin[1];
 224         orig_pt_dir[2] = plane->z - ray->origin[2];
 225
 226         *t = (plane->nx * orig_pt_dir[0] + plane->ny * orig_pt_dir[1] + plane->nz * orig_pt_dir[2]) / ndotdir;
 227         return 1;
 228 }
 229
 230 /* homogeneous frustum clipper helpers */
 231
 232 static int inside_frustum_plane(const struct g3d_vertex *v, int fplane)
 233 {
 234         switch(fplane) {
 235         case CLIP_LEFT:
 236                 return v->x >= -v->w;
 237         case CLIP_RIGHT:
 238                 return v->x <= v->w;
 239         case CLIP_BOTTOM:
 240                 return v->y >= -v->w;
 241         case CLIP_TOP:
 242                 return v->y <= v->w;
 243         case CLIP_NEAR:
 244                 return v->z >= -v->w;
 245         case CLIP_FAR:
 246                 return v->z <= v->w;
 247         }
 248         assert(0);
 249         return 0;
 250 }
 251
 252 static float intersect_frustum(const struct g3d_vertex *a, const struct g3d_vertex *b, int fplane)
 253 {
 254         switch(fplane) {
 255         case CLIP_LEFT:
 256                 return (-a->w - a->x) / (b->x - a->x + b->w - a->w);
 257         case CLIP_RIGHT:
 258                 return (a->w - a->x) / (b->x - a->x - b->w + a->w);
 259         case CLIP_BOTTOM:
 260                 return (-a->w - a->y) / (b->y - a->y + b->w - a->w);
 261         case CLIP_TOP:
 262                 return (a->w - a->y) / (b->y - a->y - b->w + a->w);
 263         case CLIP_NEAR:
 264                 return (-a->w - a->z) / (b->z - a->z + b->w - a->w);
 265         case CLIP_FAR:
 266                 return (a->w - a->z) / (b->z - a->z - b->w + a->w);
 267         }
 268
 269         assert(0);
 270         return 0;
 271 }
 272
 273 static int clip_edge_frustum(struct g3d_vertex *poly, int *vnumptr,
 274                 const struct g3d_vertex *v0, const struct g3d_vertex *v1, int fplane)
 275 {
 276         int vnum = *vnumptr;
 277         int in0, in1;
 278         float t;
 279
 280         in0 = inside_frustum_plane(v0, fplane);
 281         in1 = inside_frustum_plane(v1, fplane);
 282
 283         if(in0) {
 284                 /* start inside */
 285                 if(in1) {
 286                         /* all inside */
 287                         poly[vnum++] = *v1;     /* append v1 */
 288                         *vnumptr = vnum;
 289                         return 1;
 290                 } else {
 291                         /* going out */
 292                         struct g3d_vertex *vptr = poly + vnum;
 293
 294                         t = intersect_frustum(v0, v1, fplane);
 295
 296                         vptr->x = v0->x + (v1->x - v0->x) * t;
 297                         vptr->y = v0->y + (v1->y - v0->y) * t;
 298                         vptr->z = v0->z + (v1->z - v0->z) * t;
 299                         vptr->w = v0->w + (v1->w - v0->w) * t;
 300
 301                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 302                         ++vnum; /* append new vertex on the intersection point */
 303                 }
 304         } else {
 305                 /* start outside */
 306                 if(in1) {
 307                         /* going in */
 308                         struct g3d_vertex *vptr = poly + vnum;
 309
 310                         t = intersect_frustum(v0, v1, fplane);
 311
 312                         vptr->x = v0->x + (v1->x - v0->x) * t;
 313                         vptr->y = v0->y + (v1->y - v0->y) * t;
 314                         vptr->z = v0->z + (v1->z - v0->z) * t;
 315                         vptr->w = v0->w + (v1->w - v0->w) * t;
 316
 317                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 318                         ++vnum; /* append new vertex on the intersection point */
 319
 320                         /* then append v1 ... */
 321                         poly[vnum++] = *v1;
 322                 } else {
 323                         /* all outside */
 324                         return -1;
 325                 }
 326         }
 327
 328         *vnumptr = vnum;
 329         return 0;
 330 }