git.mutantstargoat.com Git - antikythera/blob - src/machine.cc

   1 #include <stdlib.h>
   2 #include <string.h>
   3 #include <math.h>
   4 #include <float.h>
   5 #include <assert.h>
   6 #include "opengl.h"
   7 #include "machine.h"
   8
   9 static float delta_angle(float a, float b);
  10
  11 Machine::Machine()
  12 {
  13         meshing = 0;
  14         meshing_valid = false;
  15         visited = 0;
  16 }
  17
  18 Machine::~Machine()
  19 {
  20         int ngears = (int)gears.size();
  21         for(int i=0; i<ngears; i++) {
  22                 delete gears[i];
  23         }
  24
  25         if(meshing) {
  26                 delete [] meshing[0];
  27                 delete [] meshing;
  28         }
  29         delete [] visited;
  30 }
  31
  32 void Machine::add_gear(Gear *g)
  33 {
  34         if(gearidx.find(g) != gearidx.end()) {
  35                 return; // already have this gear
  36         }
  37         gearidx[g] = gears.size();
  38         gears.push_back(g);
  39         meshing_valid = false;
  40 }
  41
  42 void Machine::add_motor(int gearidx, float speed_hz)
  43 {
  44         Motor m;
  45         m.drive = gearidx;
  46         m.speed = speed_hz;
  47         motors.push_back(m);
  48 }
  49
  50 void Machine::invalidate_meshing()
  51 {
  52         meshing_valid = false;
  53 }
  54
  55 void Machine::calc_meshing()
  56 {
  57         int ngears = (int)gears.size();
  58
  59         if(!meshing) {
  60                 meshing = new bool*[ngears];
  61                 meshing[0] = new bool[ngears * ngears];
  62
  63                 for(int i=1; i<ngears; i++) {
  64                         meshing[i] = meshing[i - 1] + ngears;
  65                 }
  66         }
  67
  68         if(!visited) {
  69                 visited = new bool[ngears];
  70         }
  71
  72         // we're going to need the planar position of each gear on its plane, so let's cache it
  73         Vec3 *ppos = (Vec3*)alloca(ngears * sizeof *ppos);
  74         for(int i=0; i<ngears; i++) {
  75                 ppos[i] = gears[i]->get_position();
  76         }
  77
  78         for(int i=0; i<ngears; i++) {
  79                 for(int j=i; j<ngears; j++) {
  80                         meshing[i][j] = meshing[j][i] = false;
  81
  82                         if(i == j || gears[i]->get_super() == gears[j] || gears[j]->get_super() == gears[i]) {
  83                                 // don't attempt meshing if it's the same gear, or they are attached to each other
  84                                 continue;
  85                         }
  86
  87                         if(1.0 - fabs(dot(gears[i]->axis, gears[j]->axis)) < 1e-5) {
  88                                 // co-planar, just check Z range after inverse-transforming to the XY plane
  89                                 if(fabs(ppos[i].z - ppos[j].z) > (gears[i]->thickness + gears[j]->thickness) / 2.0) {
  90                                         continue;
  91                                 }
  92                                 // Z interval match, check distance
  93                                 float dsq = length_sq(ppos[i].xy() - ppos[j].xy());
  94
  95                                 float outer_rad_sum = gears[i]->radius + gears[j]->radius;
  96                                 float inner_rad_sum = outer_rad_sum - gears[i]->teeth_length - gears[j]->teeth_length;
  97
  98                                 if(dsq <= outer_rad_sum * outer_rad_sum && dsq >= inner_rad_sum * inner_rad_sum) {
  99                                         //printf("connecting co-planar gears %d - %d\n", i, j);
 100                                         meshing[i][j] = meshing[j][i] = true;
 101                                 }
 102
 103                         } else {
 104                                 /* TODO: not co-planar
 105                                  * - calc line of intersection between the two planes
 106                                  * - find distance of each gear to that line
 107                                  * - profit...
 108                                  */
 109                         }
 110                 }
 111         }
 112
 113         // fix the initial angles so that teeth mesh as best as possible
 114         // should work in one pass as long as the gear train is not impossible
 115         for(int i=0; i<ngears; i++) {
 116                 /*float rnd = gears[i]->angle + gears[i]->get_angular_pitch() / 2.0;
 117                 float snap = rnd - fmod(rnd, gears[i]->get_angular_pitch());
 118                 gears[i]->set_angle(snap);*/
 119                 gears[i]->set_angular_offset(0);
 120         }
 121
 122         for(int i=0; i<ngears; i++) {
 123                 for(int j=i; j<ngears; j++) {
 124                         if(meshing[i][j]) {
 125                                 assert(i != j);
 126
 127                                 Vec2 dir = normalize(ppos[j].xy() - ppos[i].xy());
 128                                 float rel_angle = atan2(dir.y, dir.x);
 129
 130                                 float frac_i = fmod((gears[i]->init_angle + rel_angle) / gears[i]->get_angular_pitch() + 100.0, 1.0);
 131                                 float frac_j = fmod((gears[j]->init_angle - rel_angle) / gears[j]->get_angular_pitch() + 100.0, 1.0);
 132                                 assert(frac_i >= 0.0 && frac_j >= 0.0);
 133                                 float delta = frac_j - frac_i;
 134
 135                                 float correction = 0.5 - delta;
 136                                 float prev_offs = gears[j]->get_angular_offset();
 137                                 gears[j]->set_angular_offset(prev_offs + correction * gears[j]->get_angular_pitch());
 138                         }
 139                 }
 140         }
 141
 142         /*
 143         printf("meshing graph\n");
 144         for(int i=0; i<ngears; i++) {
 145                 putchar(' ');
 146                 for(int j=0; j<ngears; j++) {
 147                         printf("| %d ", meshing[i][j] ? 1 : 0);
 148                 }
 149                 printf("|\n");
 150         }
 151         */
 152 }
 153
 154 void Machine::update_gear(int idx, float angle)
 155 {
 156         Gear *gear = gears[idx];
 157
 158         if(visited[idx]) {
 159                 if(delta_angle(angle, gear->angle) > 0.25 / gear->nteeth) {
 160                         fprintf(stderr, "warning: trying to transmit different values to gear %s (%d)\n",
 161                                         gear->name.c_str(), idx);
 162                         gear->angle = 0;
 163                 }
 164                 return;
 165         }
 166
 167         gear->set_angle(angle);
 168         visited[idx] = true;
 169
 170         // propagate to meshing gears (depth-first)
 171         int ngears = (int)gears.size();
 172         for(int i=0; i<ngears; i++) {
 173                 if(!meshing[idx][i]) continue;
 174                 assert(idx != i);
 175
 176                 float ratio = -(float)gear->nteeth / (float)gears[i]->nteeth;
 177                 update_gear(i, angle * ratio);
 178         }
 179
 180         // propagate to rigidly attached gears
 181         if(gear->supergear) {
 182                 int supidx = gearidx[gear->supergear];
 183                 update_gear(supidx, angle);
 184         }
 185
 186         int nsub = (int)gear->subgears.size();
 187         for(int i=0; i<nsub; i++) {
 188                 int subidx = gearidx[gear->subgears[i]];
 189                 update_gear(subidx, angle);
 190         }
 191 }
 192
 193 void Machine::update(float dt)
 194 {
 195         int ngears = (int)gears.size();
 196
 197         if(!meshing_valid) {
 198                 calc_meshing();
 199                 meshing_valid = true;
 200         }
 201
 202         memset(visited, 0, ngears * sizeof *visited);
 203         for(size_t i=0; i<motors.size(); i++) {
 204                 int gidx = motors[i].drive;
 205                 if(gidx < 0) continue;
 206
 207                 update_gear(gidx, gears[gidx]->angle + dt * motors[i].speed);
 208         }
 209 }
 210
 211 void Machine::draw() const
 212 {
 213         for(size_t i=0; i<gears.size(); i++) {
 214                 gears[i]->draw();
 215         }
 216
 217         float dcol[] = {0.4, 0.4, 0.4, 1.0};
 218         float scol[] = {0, 0, 0, 0};
 219         glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, dcol);
 220         glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_SPECULAR, scol);
 221
 222         glBegin(GL_QUADS);
 223         glNormal3f(0, 1, 0);
 224         glVertex3f(-300, -100, 300);
 225         glVertex3f(300, -100, 300);
 226         glVertex3f(300, -100, -300);
 227         glVertex3f(-300, -100, -300);
 228         glEnd();
 229 }
 230
 231 Gear *Machine::intersect_gear(const Ray &ray, HitPoint *hitp) const
 232 {
 233         Gear *res = 0;
 234         HitPoint nearest;
 235         nearest.dist = FLT_MAX;
 236
 237         for(size_t i=0; i<gears.size(); i++) {
 238                 Vec3 pos = gears[i]->get_global_position();
 239                 float rad = gears[i]->radius;
 240
 241                 Plane plane = Plane(pos, gears[i]->axis);
 242
 243                 HitPoint hit;
 244                 if(plane.intersect(ray, &hit) && hit.dist < nearest.dist &&
 245                                 length_sq(hit.pos - pos) <= rad * rad) {
 246                         nearest = hit;
 247                         res = gears[i];
 248                 }
 249         }
 250
 251         if(hitp) *hitp = nearest;
 252         return res;
 253 }
 254
 255 static float delta_angle(float a, float b)
 256 {
 257         float api = fmod(a + M_PI, 2.0 * M_PI);
 258         float bpi = fmod(b + M_PI, 2.0 * M_PI);
 259         return std::min(fabs(a - b), fabs(api - bpi));
 260 }