git.mutantstargoat.com Git - gbajam22/blob - src/voxscape.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <stdint.h>
   5 #include <math.h>
   6 #include <assert.h>
   7 #include "voxscape.h"
   8 #include "debug.h"
   9
  10 /* hardcoded dimensions for the GBA */
  11 #define FBWIDTH         240
  12 #define FBHEIGHT        160
  13 #define FBPITCH         240
  14 /* map size */
  15 #define XSZ                     512
  16 #define YSZ                     512
  17 #define XSHIFT          9
  18 #define XMASK           0x1ff
  19 #define YMASK           0x1ff
  20 #define HSCALE          40
  21
  22
  23 #define NO_LERP
  24
  25 #define XLERP(a, b, t, fp) \
  26         ((((a) << (fp)) + ((b) - (a)) * (t)) >> fp)
  27
  28 enum {
  29         SLICELEN        = 1
  30 };
  31
  32 struct voxscape {
  33         int xsz, ysz;
  34         unsigned char *height;
  35         unsigned char *color;
  36         int xshift, xmask, ymask;
  37
  38         int hfilt, cfilt;
  39
  40         /* framebuffer */
  41         uint16_t *fb;
  42         int fbwidth, fbheight;
  43         int *coltop;
  44         int horizon;
  45
  46         /* view */
  47         int32_t x, y, angle;
  48         int vheight;
  49
  50         /* projection */
  51         int fov, znear, zfar;
  52         int nslices;
  53         int32_t *slicelen;
  54         int proj_dist;
  55
  56         int zfog;       /* fog start Z (0: no fog) */
  57         uint8_t fogcolor;
  58
  59         unsigned int valid;
  60 };
  61
  62 int vox_quality = 1;
  63 int *projlut;
  64
  65 struct voxscape *vox_create(int xsz, int ysz, uint8_t *himg, uint8_t *cimg)
  66 {
  67         struct voxscape *vox;
  68
  69         assert(xsz == XSZ && ysz == YSZ);
  70
  71         if(!(vox = calloc(1, sizeof *vox))) {
  72                 return 0;
  73         }
  74         vox->height = himg;
  75         vox->color = cimg;
  76         vox->xsz = xsz;
  77         vox->ysz = ysz;
  78
  79         vox->xmask = vox->xsz - 1;
  80         vox->ymask = vox->ysz - 1;
  81
  82         vox->xshift = -1;
  83         while(xsz) {
  84                 xsz >>= 1;
  85                 vox->xshift++;
  86         }
  87
  88         vox->vheight = 80;
  89         vox->proj_dist = 4;     /* TODO */
  90
  91         return vox;
  92 }
  93
  94 void vox_free(struct voxscape *vox)
  95 {
  96         if(!vox) return;
  97
  98         free(vox->color);
  99         free(vox->height);
 100         free(vox->coltop);
 101         free(vox->slicelen);
 102         free(vox);
 103 }
 104
 105 uint8_t *vox_texture(struct voxscape *vox, uint8_t *data)
 106 {
 107         if(data) {
 108                 memcpy(vox->color, data, vox->xsz * vox->ysz);
 109         }
 110         return vox->color;
 111 }
 112
 113 uint8_t *vox_heightmap(struct voxscape *vox, uint8_t *data)
 114 {
 115         if(data) {
 116                 memcpy(vox->height, data, vox->xsz * vox->ysz);
 117         }
 118         return vox->height;
 119 }
 120
 121 void vox_fog(struct voxscape *vox, int zstart, uint8_t color)
 122 {
 123         vox->zfog = zstart;
 124         vox->fogcolor = color;
 125 }
 126
 127 #define H(x, y) \
 128         vox->height[((((y) >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + (((x) >> 16) & XMASK)]
 129 #define C(x, y) \
 130         vox->color[((((y) >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + (((x) >> 16) & XMASK)]
 131
 132 #ifdef NO_LERP
 133 #define vox_height(vox, x, y)   H(x, y)
 134 #define vox_color(vox, x, y)    C(x, y)
 135
 136 #else
 137
 138 int vox_height(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y)
 139 {
 140         int32_t u, v;
 141         int h00, h01, h10, h11, h0, h1;
 142
 143         if(!vox->hfilt) {
 144                 return H(x, y);
 145         }
 146
 147         h00 = H(x, y);
 148         h01 = H(x, y + 0x10000);
 149         h10 = H(x + 0x10000, y);
 150         h11 = H(x + 0x10000, y + 0x10000);
 151
 152         u = x & 0xffff;
 153         v = y & 0xffff;
 154
 155         h0 = XLERP(h00, h01, v, 16);
 156         h1 = XLERP(h10, h11, v, 16);
 157         return XLERP(h0, h1, u, 16);
 158 }
 159
 160 int vox_color(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y)
 161 {
 162         int32_t u, v;
 163         int c00, c01, c10, c11, c0, c1;
 164
 165         if(!vox->cfilt) {
 166                 return C(x, y);
 167         }
 168
 169         c00 = C(x, y);
 170         c01 = C(x, y + 0x10000);
 171         c10 = C(x + 0x10000, y);
 172         c11 = C(x + 0x10000, y + 0x10000);
 173
 174         u = x & 0xffff;
 175         v = y & 0xffff;
 176
 177         c0 = XLERP(c00, c01, v, 16);
 178         c1 = XLERP(c10, c11, v, 16);
 179         return XLERP(c0, c1, u, 16);
 180 }
 181 #endif  /* !NO_LERP */
 182
 183
 184 void vox_filter(struct voxscape *vox, int hfilt, int cfilt)
 185 {
 186         vox->hfilt = hfilt;
 187         vox->cfilt = cfilt;
 188 }
 189
 190 void vox_framebuf(struct voxscape *vox, int xres, int yres, void *fb, int horizon)
 191 {
 192         if(xres != vox->fbwidth) {
 193                 if(!(vox->coltop = iwram_sbrk(xres * sizeof *vox->coltop))) {
 194                         panic(get_pc(), "vox_framebuf: failed to allocate column table (%d)\n", xres);
 195                 }
 196         }
 197         vox->fb = fb;
 198         vox->fbwidth = xres;
 199         vox->fbheight = yres;
 200         vox->horizon = horizon >= 0 ? horizon : (vox->fbheight >> 1);
 201 }
 202
 203 void vox_view(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y, int h, int32_t angle)
 204 {
 205         if(h < 0) {
 206                 h = vox_height(vox, x, y) - h;
 207         }
 208
 209         vox->x = x;
 210         vox->y = y;
 211         vox->vheight = h;
 212         vox->angle = angle;
 213
 214         vox->valid &= ~SLICELEN;
 215 }
 216
 217 void vox_proj(struct voxscape *vox, int fov, int znear, int zfar)
 218 {
 219         vox->fov = fov;
 220         vox->znear = znear;
 221         vox->zfar = zfar;
 222
 223         vox->nslices = vox->zfar - vox->znear;
 224         if(!vox->slicelen) {
 225                 if(!(vox->slicelen = iwram_sbrk(vox->nslices * sizeof *vox->slicelen))) {
 226                         panic(get_pc(), "vox_proj: failed to allocate slice length table (%d)\n", vox->nslices);
 227                 }
 228                 if(!(projlut = iwram_sbrk(vox->nslices * sizeof *projlut))) {
 229                         panic(get_pc(), "vox_framebuf: failed to allocate projection table (%d)\n", vox->nslices);
 230                 }
 231         }
 232
 233         vox->valid &= ~SLICELEN;
 234 }
 235
 236 /* algorithm:
 237  * calculate extents of horizontal equidistant line from the viewer based on fov
 238  * for each column step along this line and compute height for each pixel
 239  * fill the visible (top) part of each column
 240  */
 241 ARM_IWRAM
 242 void vox_render(struct voxscape *vox)
 243 {
 244         int i;
 245
 246         vox_begin(vox);
 247
 248         if(vox_quality) {
 249                 for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 250                         vox_render_slice(vox, i);
 251                 }
 252         } else {
 253                 for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 254                         if(i >= 10 && (i & 1) == 0) {
 255                                 continue;
 256                         }
 257                         vox_render_slice(vox, i);
 258                 }
 259         }
 260 }
 261
 262 ARM_IWRAM
 263 void vox_begin(struct voxscape *vox)
 264 {
 265         int i;
 266
 267         memset(vox->coltop, 0, FBWIDTH * sizeof *vox->coltop);
 268
 269         if(!(vox->valid & SLICELEN)) {
 270                 float theta = (float)vox->fov * M_PI / 360.0f;  /* half angle */
 271                 for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 272                         vox->slicelen[i] = (int32_t)((vox->znear + i) * tan(theta) * 4.0f * 65536.0f);
 273                         projlut[i] = (HSCALE << 8) / (vox->znear + i);
 274                 }
 275                 vox->valid |= SLICELEN;
 276         }
 277 }
 278
 279 ARM_IWRAM
 280 void vox_render_slice(struct voxscape *vox, int n)
 281 {
 282         int i, j, hval, last_hval, colstart, colheight, col, z, offs, last_offs = -1;
 283         int32_t x, y, len, xstep, ystep;
 284         uint8_t color, last_col;
 285         uint16_t *fbptr;
 286         int proj;
 287
 288         z = vox->znear + n;
 289
 290         len = vox->slicelen[n] >> 8;
 291         xstep = (((COS(vox->angle) >> 4) * len) >> 4) / (FBWIDTH / 2);
 292         ystep = (((SIN(vox->angle) >> 4) * len) >> 4) / (FBWIDTH / 2);
 293
 294         x = vox->x - SIN(vox->angle) * z - xstep * (FBWIDTH / 4);
 295         y = vox->y + COS(vox->angle) * z - ystep * (FBWIDTH / 4);
 296
 297         /*proj = (HSCALE << 8) / (vox->znear + n);*/
 298
 299         for(i=0; i<FBWIDTH/2; i++) {
 300                 col = i << 1;
 301                 offs = (((y >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + ((x >> 16) & XMASK);
 302                 if(offs == last_offs) {
 303                         hval = last_hval;
 304                         color = last_col;
 305                 } else {
 306                         hval = vox->height[offs] - vox->vheight;
 307                         hval = ((hval * projlut[n]) >> 8) + vox->horizon;
 308                         if(hval > FBHEIGHT) hval = FBHEIGHT;
 309                         color = vox->color[offs];
 310                         last_offs = offs;
 311                         last_hval = hval;
 312                         last_col = color;
 313                 }
 314                 if(hval > vox->coltop[col]) {
 315                         colstart = FBHEIGHT - hval;
 316                         colheight = hval - vox->coltop[col];
 317                         fbptr = vox->fb + colstart * (FBPITCH / 2) + i;
 318
 319                         for(j=0; j<colheight; j++) {
 320                                 *fbptr = color | ((uint16_t)color << 8);
 321                                 fbptr += FBPITCH / 2;
 322                         }
 323                         vox->coltop[col] = hval;
 324                 }
 325                 x += xstep;
 326                 y += ystep;
 327         }
 328 }
 329
 330 ARM_IWRAM
 331 void vox_sky_solid(struct voxscape *vox, uint8_t color)
 332 {
 333         int i, j, colheight;
 334         uint16_t *fbptr;
 335
 336         for(i=0; i<FBWIDTH / 2; i++) {
 337                 fbptr = vox->fb + i;
 338                 colheight = FBHEIGHT - vox->coltop[i << 1];
 339
 340                 for(j=0; j<colheight; j++) {
 341                         *fbptr = color | ((uint16_t)color << 8);
 342                         fbptr += FBPITCH / 2;
 343                 }
 344         }
 345 }
 346
 347 ARM_IWRAM
 348 void vox_sky_grad(struct voxscape *vox, uint8_t chor, uint8_t ctop)
 349 {
 350         int i, j, colheight, t;
 351         int d = FBHEIGHT - vox->horizon;
 352         uint8_t grad[FBHEIGHT];
 353         uint16_t *fbptr;
 354
 355         for(i=0; i<d; i++) {
 356                 t = (i << 16) / d;
 357                 grad[i] = XLERP(ctop, chor, t, 16);
 358         }
 359         for(i=d; i<FBHEIGHT; i++) {
 360                 grad[i] = chor;
 361         }
 362
 363         for(i=0; i<FBWIDTH / 2; i++) {
 364                 fbptr = vox->fb + i;
 365                 colheight = FBHEIGHT - vox->coltop[i << 1];
 366
 367                 for(j=0; j<colheight; j++) {
 368                         *fbptr = grad[j] | ((uint16_t)grad[j] << 8);
 369                         fbptr += FBPITCH / 2;
 370                 }
 371         }
 372 }