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

   1 /*
   2 gbajam22 entry for the Gameboy Advance
   3 Copyright (C) 2022  John Tsiombikas <nuclear@mutantstargoat.com>
   4
   5 This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   6 it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7 the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   8 (at your option) any later version.
   9
  10 This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13 GNU General Public License for more details.
  14
  15 You should have received a copy of the GNU General Public License
  16 along with this program.  If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
  17 */
  18 #include <string.h>
  19 #include <math.h>
  20 #include "xgl.h"
  21 #include "polyfill.h"
  22 #include "debug.h"
  23
  24 #define MAT_STACK_SIZE  4
  25
  26 static int vp[4];
  27 static int32_t mat[MAT_STACK_SIZE][16];
  28 static int mtop;
  29 static unsigned int opt;
  30 static int32_t ldir[3];
  31
  32 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount);
  33
  34
  35 void xgl_init(void)
  36 {
  37         xgl_viewport(0, 0, 240, 160);
  38         xgl_load_identity();
  39
  40         ldir[0] = ldir[1] = 0;
  41         ldir[2] = -0x100;
  42 }
  43
  44 void xgl_enable(unsigned int o)
  45 {
  46         opt |= o;
  47 }
  48
  49 void xgl_disable(unsigned int o)
  50 {
  51         opt &= ~o;
  52 }
  53
  54 void xgl_viewport(int x, int y, int w, int h)
  55 {
  56         vp[0] = x;
  57         vp[1] = y;
  58         vp[2] = w;
  59         vp[3] = h;
  60 }
  61
  62 void xgl_push_matrix(void)
  63 {
  64         int prev;
  65
  66         if(mtop >= MAT_STACK_SIZE - 1) return;
  67
  68         prev = mtop++;
  69         memcpy(mat[mtop], mat[prev], sizeof mat[0]);
  70 }
  71
  72 void xgl_pop_matrix(void)
  73 {
  74         if(mtop > 0) mtop--;
  75 }
  76
  77 static int32_t id[] = {
  78         0x10000, 0, 0, 0,
  79         0, 0x10000, 0, 0,
  80         0, 0, 0x10000, 0,
  81         0, 0, 0, 0x10000
  82 };
  83
  84 void xgl_load_identity(void)
  85 {
  86         memcpy(mat[mtop], id, sizeof mat[0]);
  87 }
  88
  89 void xgl_load_matrix(const int32_t *m)
  90 {
  91         memcpy(mat[mtop], m, sizeof mat[0]);
  92 }
  93
  94 void xgl_get_matrix(int32_t *m)
  95 {
  96         memcpy(m, mat[mtop], sizeof mat[0]);
  97 }
  98
  99 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
 100 #define XMUL(a, b)      (((a) >> 8) * ((b) >> 8))
 101 void xgl_mult_matrix(const int32_t *m2)
 102 {
 103         int i, j;
 104         int32_t m1[16];
 105         int32_t *dest = mat[mtop];
 106
 107         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 108
 109         for(i=0; i<4; i++) {
 110                 for(j=0; j<4; j++) {
 111                         *dest++ = XMUL(m1[M(0, j)], m2[M(i, 0)]) +
 112                                 XMUL(m1[M(1, j)], m2[M(i, 1)]) +
 113                                 XMUL(m1[M(2, j)], m2[M(i, 2)]) +
 114                                 XMUL(m1[M(3, j)], m2[M(i, 3)]);
 115                 }
 116         }
 117 }
 118
 119 /* XXX TODO XXX */
 120 #define XSIN(x)         (int32_t)(sin(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 121 #define XCOS(x)         (int32_t)(cos(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 122
 123 void xgl_translate(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 124 {
 125         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 126         m[12] = x;
 127         m[13] = y;
 128         m[14] = z;
 129         xgl_mult_matrix(m);
 130 }
 131
 132 void xgl_rotate_x(int32_t angle)
 133 {
 134         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 135         int32_t sa = XSIN(angle);
 136         int32_t ca = XCOS(angle);
 137         m[5] = ca;
 138         m[6] = sa;
 139         m[9] = -sa;
 140         m[10] = ca;
 141         xgl_mult_matrix(m);
 142 }
 143
 144 void xgl_rotate_y(int32_t angle)
 145 {
 146         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 147         int32_t sa = XSIN(angle);
 148         int32_t ca = XCOS(angle);
 149         m[0] = ca;
 150         m[2] = -sa;
 151         m[8] = sa;
 152         m[10] = ca;
 153         xgl_mult_matrix(m);
 154 }
 155
 156 void xgl_rotate_z(int32_t angle)
 157 {
 158         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 159         int32_t sa = XSIN(angle);
 160         int32_t ca = XCOS(angle);
 161         m[0] = ca;
 162         m[1] = sa;
 163         m[4] = -sa;
 164         m[5] = ca;
 165         xgl_mult_matrix(m);
 166 }
 167
 168 void xgl_scale(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 169 {
 170         int32_t m[16] = {0};
 171         m[0] = x;
 172         m[5] = y;
 173         m[10] = z;
 174         m[15] = 0x10000;
 175         xgl_mult_matrix(m);
 176 }
 177
 178 static void xform(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 179 {
 180         out->x = XMUL(m[0], in->x) + XMUL(m[4], in->y) + XMUL(m[8], in->z) + m[12];
 181         out->y = XMUL(m[1], in->x) + XMUL(m[5], in->y) + XMUL(m[9], in->z) + m[13];
 182         out->z = XMUL(m[2], in->x) + XMUL(m[6], in->y) + XMUL(m[10], in->z) + m[14];
 183 }
 184
 185 static void xform_norm(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 186 {
 187         out->nx = XMUL(m[0], in->nx) + XMUL(m[4], in->ny) + XMUL(m[8], in->nz);
 188         out->ny = XMUL(m[1], in->nx) + XMUL(m[5], in->ny) + XMUL(m[9], in->nz);
 189         out->nz = XMUL(m[2], in->nx) + XMUL(m[6], in->ny) + XMUL(m[10], in->nz);
 190 }
 191
 192 /* d = 1.0 / tan(fov/2) */
 193 #define PROJ_D  0x20000
 194 /* near Z = 0.5 */
 195 #define NEAR_Z  0x18000
 196
 197 void xgl_draw(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 198 {
 199         int i, cidx, clipnum;
 200         struct xvertex xv[4], xvclip[8];
 201         struct pvertex pv[4];
 202         int32_t ndotl;
 203
 204         if(prim < 3) {
 205                 draw_ptlines(prim, varr, vcount);
 206                 return;
 207         }
 208
 209         while(vcount >= prim) {
 210                 cidx = 0xff;//varr->cidx;
 211
 212                 xform(xv, varr, mat[mtop]);
 213                 xform_norm(xv, varr, mat[mtop]);
 214
 215                 /*
 216                 if(opt & XGL_LIGHTING) {
 217                         ndotl = (xv->nx >> 8) * ldir[0] + (xv->ny >> 8) * ldir[1] + (xv->nz >> 8) * ldir[2];
 218                         if(ndotl < 0) ndotl = 0;
 219                         cidx = 128 + (ndotl >> 9);
 220                         if(cidx > 255) cidx = 255;
 221                 }
 222                 */
 223
 224                 /* transform the rest of the vertices to view space */
 225                 for(i=1; i<prim; i++) {
 226                         xform(xv + i, varr + i, mat[mtop]);
 227                 }
 228
 229                 /* clip against near plane */
 230                 xgl_clip_near(xvclip, &clipnum, xv, prim);
 231
 232                 for(i=0; i<clipnum; i++) {
 233                         xvclip[i].x = (xvclip[i].x << 1) / (xvclip[i].z >> 8);  /* assume aspect: ~2 */
 234                         xvclip[i].y = (xvclip[i].y << 2) / (xvclip[i].z >> 8);  /* the shift is * PROJ_D */
 235                         /* transform result is 24.8 */
 236                         /* viewport */
 237                         pv[i].x = (((xvclip[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 238                         pv[i].y = (((0x100 - xvclip[i].y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 239                 }
 240
 241                 polyfill_flat(pv, clipnum, cidx);
 242 skip_poly:
 243                 varr += prim;
 244                 vcount -= prim;
 245         }
 246 }
 247
 248 void xgl_transform(const struct xvertex *vin, int *x, int *y)
 249 {
 250         struct xvertex v;
 251         xform(&v, vin, mat[mtop]);
 252
 253         v.x = (v.x << 1) / (v.z >> 8);  /* assume aspect: ~2 */
 254         v.y = (v.y << 2) / (v.z >> 8);  /* the shift is * PROJ_D */
 255         /* projection result is 24.8 */
 256         /* viewport */
 257         *x = ((((v.x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 258         *y = ((((0x100 - v.y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 259 }
 260
 261 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 262 {
 263         int i;
 264         struct xvertex xv[2];
 265
 266         while(vcount >= prim) {
 267                 for(i=0; i<prim; i++) {
 268                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 269
 270                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 271                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 272                         /* projection result is 24.8 */
 273                         /* viewport */
 274                         xv[i].x = ((((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 275                         xv[i].y = ((((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 276                         varr++;
 277                 }
 278                 vcount -= prim;
 279
 280                 /* line clipping */
 281 #ifndef ALT_LCLIP
 282                 clip_line((int*)&xv[0].x, (int*)&xv[0].y, (int*)&xv[1].x, (int*)&xv[1].y, vp[0], vp[1], vp[2] - 1, vp[3] - 1);
 283 #endif
 284                 draw_line(xv[0].x, xv[0].y, xv[1].x, xv[1].y, 0xff);
 285         }
 286 }
 287
 288 void xgl_xyzzy(void)
 289 {
 290         mat[mtop][12] = mat[mtop][13] = 0;
 291 }
 292
 293 #define ISECT_NEAR(v0, v1)      ((((v0)->z - NEAR_Z) << 8) / ((v0)->z - (v1)->z))
 294
 295 #define LERP_VATTR(res, v0, v1, t) \
 296         do { \
 297                 (res)->x = (v0)->x + (((v1)->x - (v0)->x) >> 8) * (t);  \
 298                 (res)->y = (v0)->y + (((v1)->y - (v0)->y) >> 8) * (t);  \
 299                 (res)->z = (v0)->z + (((v1)->z - (v0)->z) >> 8) * (t);  \
 300                 (res)->nx = (v0)->nx + (((v1)->nx - (v0)->nx) >> 8) * (t);      \
 301                 (res)->ny = (v0)->ny + (((v1)->ny - (v0)->ny) >> 8) * (t);      \
 302                 (res)->nz = (v0)->nz + (((v1)->nz - (v0)->nz) >> 8) * (t);      \
 303                 (res)->tx = (v0)->tx + (((v1)->tx - (v0)->tx) >> 8) * (t);      \
 304                 (res)->ty = (v0)->ty + (((v1)->ty - (v0)->ty) >> 8) * (t);      \
 305                 (res)->lit = (v0)->lit + (((v1)->lit - (v0)->lit) >> 8) * (t); \
 306         } while(0)
 307
 308 static int clip_edge_near(struct xvertex *poly, int *vnumptr, struct xvertex *v0, struct xvertex *v1)
 309 {
 310         int vnum = *vnumptr;
 311         int in0, in1;
 312         int32_t t;
 313         struct xvertex *vptr;
 314
 315         in0 = v0->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 316         in1 = v1->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 317
 318         if(in0) {
 319                 /* start inside */
 320                 if(in1) {
 321                         /* all inside */
 322                         poly[vnum++] = *v1;     /* append v1 */
 323                         *vnumptr = vnum;
 324                         return 1;
 325                 } else {
 326                         /* going out */
 327                         vptr = poly + vnum;
 328                         t = ISECT_NEAR(v0, v1); /* 24:8 */
 329                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 330                         ++vnum;         /* append new vertex on the intersection point */
 331                 }
 332         } else {
 333                 /* start outside */
 334                 if(in1) {
 335                         /* going in */
 336                         vptr = poly + vnum;
 337                         t = ISECT_NEAR(v0, v1);
 338                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 339                         ++vnum;         /* append new vertex ... */
 340                         /* then append v1 */
 341                         poly[vnum++] = *v1;
 342                 } else {
 343                         /* all outside */
 344                         return -1;
 345                 }
 346         }
 347
 348         *vnumptr = vnum;
 349         return 0;
 350 }
 351
 352 /* special case near-plane clipper */
 353 int xgl_clip_near(struct xvertex *vout, int *voutnum, struct xvertex *vin, int vnum)
 354 {
 355         int i, nextidx, res;
 356         int edges_clipped = 0;
 357
 358         *voutnum = 0;
 359
 360         for(i=0; i<vnum; i++) {
 361                 nextidx = i + 1;
 362                 if(nextidx >= vnum) nextidx = 0;
 363                 res = clip_edge_near(vout, voutnum, vin + i, vin + nextidx);
 364                 if(res == 0) {
 365                         ++edges_clipped;
 366                 }
 367         }
 368
 369         if(*voutnum <= 0) return -1;
 370         return edges_clipped > 0 ? 0 : 1;
 371 }