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 static int *projtab;
  63
  64 int vox_quality = 1;
  65
  66 struct voxscape *vox_create(int xsz, int ysz, uint8_t *himg, uint8_t *cimg)
  67 {
  68         struct voxscape *vox;
  69
  70         assert(xsz == XSZ && ysz == YSZ);
  71
  72         if(!(vox = calloc(1, sizeof *vox))) {
  73                 return 0;
  74         }
  75         vox->height = himg;
  76         vox->color = cimg;
  77         vox->xsz = xsz;
  78         vox->ysz = ysz;
  79
  80         vox->xmask = vox->xsz - 1;
  81         vox->ymask = vox->ysz - 1;
  82
  83         vox->xshift = -1;
  84         while(xsz) {
  85                 xsz >>= 1;
  86                 vox->xshift++;
  87         }
  88
  89         vox->vheight = 80;
  90         vox->proj_dist = 4;     /* TODO */
  91
  92         return vox;
  93 }
  94
  95 void vox_free(struct voxscape *vox)
  96 {
  97         if(!vox) return;
  98
  99         free(vox->color);
 100         free(vox->height);
 101         free(vox->coltop);
 102         free(vox->slicelen);
 103         free(vox);
 104 }
 105
 106 uint8_t *vox_texture(struct voxscape *vox, uint8_t *data)
 107 {
 108         if(data) {
 109                 memcpy(vox->color, data, vox->xsz * vox->ysz);
 110         }
 111         return vox->color;
 112 }
 113
 114 uint8_t *vox_heightmap(struct voxscape *vox, uint8_t *data)
 115 {
 116         if(data) {
 117                 memcpy(vox->height, data, vox->xsz * vox->ysz);
 118         }
 119         return vox->height;
 120 }
 121
 122 void vox_fog(struct voxscape *vox, int zstart, uint8_t color)
 123 {
 124         vox->zfog = zstart;
 125         vox->fogcolor = color;
 126 }
 127
 128 #define H(x, y) \
 129         vox->height[((((y) >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + (((x) >> 16) & XMASK)]
 130 #define C(x, y) \
 131         vox->color[((((y) >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + (((x) >> 16) & XMASK)]
 132
 133 #ifdef NO_LERP
 134 #define vox_height(vox, x, y)   H(x, y)
 135 #define vox_color(vox, x, y)    C(x, y)
 136
 137 #else
 138
 139 int vox_height(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y)
 140 {
 141         int32_t u, v;
 142         int h00, h01, h10, h11, h0, h1;
 143
 144         if(!vox->hfilt) {
 145                 return H(x, y);
 146         }
 147
 148         h00 = H(x, y);
 149         h01 = H(x, y + 0x10000);
 150         h10 = H(x + 0x10000, y);
 151         h11 = H(x + 0x10000, y + 0x10000);
 152
 153         u = x & 0xffff;
 154         v = y & 0xffff;
 155
 156         h0 = XLERP(h00, h01, v, 16);
 157         h1 = XLERP(h10, h11, v, 16);
 158         return XLERP(h0, h1, u, 16);
 159 }
 160
 161 int vox_color(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y)
 162 {
 163         int32_t u, v;
 164         int c00, c01, c10, c11, c0, c1;
 165
 166         if(!vox->cfilt) {
 167                 return C(x, y);
 168         }
 169
 170         c00 = C(x, y);
 171         c01 = C(x, y + 0x10000);
 172         c10 = C(x + 0x10000, y);
 173         c11 = C(x + 0x10000, y + 0x10000);
 174
 175         u = x & 0xffff;
 176         v = y & 0xffff;
 177
 178         c0 = XLERP(c00, c01, v, 16);
 179         c1 = XLERP(c10, c11, v, 16);
 180         return XLERP(c0, c1, u, 16);
 181 }
 182 #endif  /* !NO_LERP */
 183
 184
 185 void vox_filter(struct voxscape *vox, int hfilt, int cfilt)
 186 {
 187         vox->hfilt = hfilt;
 188         vox->cfilt = cfilt;
 189 }
 190
 191 void vox_framebuf(struct voxscape *vox, int xres, int yres, void *fb, int horizon)
 192 {
 193         if(xres != vox->fbwidth) {
 194                 if(!(vox->coltop = iwram_sbrk(xres * sizeof *vox->coltop))) {
 195                         panic(get_pc(), "vox_framebuf: failed to allocate column table (%d)\n", xres);
 196                         return;
 197                 }
 198         }
 199         vox->fb = fb;
 200         vox->fbwidth = xres;
 201         vox->fbheight = yres;
 202         vox->horizon = horizon >= 0 ? horizon : (vox->fbheight >> 1);
 203 }
 204
 205 void vox_view(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y, int h, int32_t angle)
 206 {
 207         if(h < 0) {
 208                 h = vox_height(vox, x, y) - h;
 209         }
 210
 211         vox->x = x;
 212         vox->y = y;
 213         vox->vheight = h;
 214         vox->angle = angle;
 215
 216         vox->valid &= ~SLICELEN;
 217 }
 218
 219 void vox_proj(struct voxscape *vox, int fov, int znear, int zfar)
 220 {
 221         vox->fov = fov;
 222         vox->znear = znear;
 223         vox->zfar = zfar;
 224
 225         vox->nslices = vox->zfar - vox->znear;
 226         if(!vox->slicelen) {
 227                 if(!(vox->slicelen = iwram_sbrk(vox->nslices * sizeof *vox->slicelen))) {
 228                         panic(get_pc(), "vox_proj: failed to allocate slice length table (%d)\n", vox->nslices);
 229                 }
 230                 if(!(projtab = iwram_sbrk(vox->nslices * sizeof *projtab))) {
 231                         panic(get_pc(), "vox_proj: failed to allocate projection table (%d)\n", vox->nslices);
 232                 }
 233         }
 234
 235         vox->valid &= ~SLICELEN;
 236 }
 237
 238 /* algorithm:
 239  * calculate extents of horizontal equidistant line from the viewer based on fov
 240  * for each column step along this line and compute height for each pixel
 241  * fill the visible (top) part of each column
 242  */
 243 ARM_IWRAM
 244 void vox_render(struct voxscape *vox)
 245 {
 246         int i;
 247
 248         vox_begin(vox);
 249
 250         if(vox_quality) {
 251                 for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 252                         vox_render_slice(vox, i);
 253                 }
 254         } else {
 255                 for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 256                         if(i >= 10 && (i & 1) == 0) {
 257                                 continue;
 258                         }
 259                         vox_render_slice(vox, i);
 260                 }
 261         }
 262 }
 263
 264 ARM_IWRAM
 265 void vox_begin(struct voxscape *vox)
 266 {
 267         int i;
 268
 269         memset(vox->coltop, 0, FBWIDTH * sizeof *vox->coltop);
 270
 271         if(!(vox->valid & SLICELEN)) {
 272                 float theta = (float)vox->fov * M_PI / 360.0f;  /* half angle */
 273                 for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 274                         vox->slicelen[i] = (int32_t)((vox->znear + i) * tan(theta) * 4.0f * 65536.0f);
 275                         projtab[i] = (HSCALE << 8) / (vox->znear + i);
 276                 }
 277                 vox->valid |= SLICELEN;
 278         }
 279 }
 280
 281 ARM_IWRAM
 282 void vox_render_slice(struct voxscape *vox, int n)
 283 {
 284         int i, j, hval, last_hval, colstart, colheight, col, z, offs, last_offs = -1;
 285         int32_t x, y, len, xstep, ystep;
 286         uint8_t color, last_col;
 287         uint16_t *fbptr;
 288
 289         z = vox->znear + n;
 290
 291         len = vox->slicelen[n] >> 8;
 292         xstep = (((COS(vox->angle) >> 4) * len) >> 4) / (FBWIDTH / 2);
 293         ystep = (((SIN(vox->angle) >> 4) * len) >> 4) / (FBWIDTH / 2);
 294
 295         x = vox->x - SIN(vox->angle) * z - xstep * (FBWIDTH / 4);
 296         y = vox->y + COS(vox->angle) * z - ystep * (FBWIDTH / 4);
 297
 298         for(i=0; i<FBWIDTH/2; i++) {
 299                 col = i << 1;
 300                 offs = (((y >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + ((x >> 16) & XMASK);
 301                 if(offs == last_offs) {
 302                         hval = last_hval;
 303                         color = last_col;
 304                 } else {
 305                         hval = vox->height[offs] - vox->vheight;
 306                         /*hval = hval * HSCALE / (vox->znear + n) + vox->horizon;*/
 307                         hval = ((hval * projtab[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 }