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

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <math.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include "3dgfx.h"
   5 #include "polyfill.h"
   6
   7 #define STACK_SIZE      8
   8 typedef float g3d_matrix[16];
   9
  10 struct g3d_state {
  11         unsigned int opt;
  12
  13         g3d_matrix mat[G3D_NUM_MATRICES][STACK_SIZE];
  14         int mtop[G3D_NUM_MATRICES];
  15
  16         int width, height;
  17         void *pixels;
  18 };
  19
  20 static void xform4_vec3(const float *mat, float *vec);
  21 static void xform3_vec3(const float *mat, float *vec);
  22 static void proc_vertex(struct pvertex *res, const struct g3d_vertex *vert, int space);
  23
  24 static struct g3d_state st;
  25 static const float idmat[] = {
  26         1, 0, 0, 0,
  27         0, 1, 0, 0,
  28         0, 0, 1, 0,
  29         0, 0, 0, 1
  30 };
  31
  32 void g3d_init(void)
  33 {
  34         int i;
  35
  36         memset(&st, 0, sizeof st);
  37
  38         for(i=0; i<G3D_NUM_MATRICES; i++) {
  39                 g3d_set_matrix(i, 0);
  40         }
  41 }
  42
  43 void g3d_framebuffer(int width, int height, void *pixels)
  44 {
  45         st.width = width;
  46         st.height = height;
  47         st.pixels = pixels;
  48 }
  49
  50 void g3d_enable(unsigned int opt)
  51 {
  52         st.opt |= opt;
  53 }
  54
  55 void g3d_disable(unsigned int opt)
  56 {
  57         st.opt &= ~opt;
  58 }
  59
  60 void g3d_setopt(unsigned int opt, unsigned int mask)
  61 {
  62         st.opt = (st.opt & ~mask) | (opt & mask);
  63 }
  64
  65 unsigned int g3d_getopt(unsigned int mask)
  66 {
  67         return st.opt & mask;
  68 }
  69
  70 void g3d_set_matrix(int which, const float *m)
  71 {
  72         int top = st.mtop[which];
  73
  74         if(!m) m = idmat;
  75         memcpy(st.mat[which][top], m, 16 * sizeof(float));
  76 }
  77
  78 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
  79 void g3d_mult_matrix(int which, const float *m2)
  80 {
  81         int i, j, top = st.mtop[which];
  82         float m1[16];
  83         float *dest = st.mat[which][top];
  84
  85         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
  86
  87         for(i=0; i<4; i++) {
  88                 for(j=0; j<4; j++) {
  89                         *dest++ = m1[M(0,j)] * m2[M(i,0)] +
  90                                 m1[M(1,j)] * m2[M(i,1)] +
  91                                 m1[M(2,j)] * m2[M(i,2)] +
  92                                 m1[M(3,j)] * m2[M(i,3)];
  93                 }
  94         }
  95 }
  96
  97 void g3d_push_matrix(int which)
  98 {
  99         int top = st.mtop[which];
 100         if(top >= G3D_NUM_MATRICES) {
 101                 fprintf(stderr, "g3d_push_matrix overflow\n");
 102                 return;
 103         }
 104         memcpy(st.mat[which][top + 1], st.mat[which][top], 16 * sizeof(float));
 105         st.mtop[which] = top + 1;;
 106 }
 107
 108 void g3d_pop_matrix(int which)
 109 {
 110         if(st.mtop[which] <= 0) {
 111                 fprintf(stderr, "g3d_pop_matrix underflow\n");
 112                 return;
 113         }
 114         --st.mtop[which];
 115 }
 116
 117 void g3d_translate(int which, float x, float y, float z)
 118 {
 119         float m[] = {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1};
 120         m[12] = x;
 121         m[13] = y;
 122         m[14] = z;
 123         g3d_mult_matrix(which, m);
 124 }
 125
 126 void g3d_rotate(int which, float deg, float x, float y, float z)
 127 {
 128         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 129
 130         float angle = M_PI * deg / 180.0f;
 131         float sina = sin(angle);
 132         float cosa = cos(angle);
 133         float one_minus_cosa = 1.0f - cosa;
 134         float nxsq = x * x;
 135         float nysq = y * y;
 136         float nzsq = z * z;
 137
 138         m[0] = nxsq + (1.0f - nxsq) * cosa;
 139         m[4] = x * y * one_minus_cosa - z * sina;
 140         m[8] = x * z * one_minus_cosa + y * sina;
 141         m[1] = x * y * one_minus_cosa + z * sina;
 142         m[5] = nysq + (1.0 - nysq) * cosa;
 143         m[9] = y * z * one_minus_cosa - x * sina;
 144         m[2] = x * z * one_minus_cosa - y * sina;
 145         m[6] = y * z * one_minus_cosa + x * sina;
 146         m[10] = nzsq + (1.0 - nzsq) * cosa;
 147
 148         g3d_mult_matrix(which, m);
 149 }
 150
 151 void g3d_scale(int which, float x, float y, float z)
 152 {
 153         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 154         m[0] = x;
 155         m[5] = y;
 156         m[10] = z;
 157         g3d_mult_matrix(which, m);
 158 }
 159
 160 void g3d_ortho(int which, float left, float right, float bottom, float top, float znear, float zfar)
 161 {
 162         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 163
 164         float dx = right - left;
 165         float dy = top - bottom;
 166         float dz = zfar - znear;
 167
 168         m[0] = 2.0 / dx;
 169         m[5] = 2.0 / dy;
 170         m[10] = -2.0 / dz;
 171         m[12] = -(right + left) / dx;
 172         m[13] = -(top + bottom) / dy;
 173         m[14] = -(zfar + znear) / dz;
 174
 175         g3d_mult_matrix(which, m);
 176 }
 177
 178 void g3d_frustum(int which, float left, float right, float bottom, float top, float nr, float fr)
 179 {
 180         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 181
 182         float dx = right - left;
 183         float dy = top - bottom;
 184         float dz = fr - nr;
 185
 186         float a = (right + left) / dx;
 187         float b = (top + bottom) / dy;
 188         float c = -(fr + nr) / dz;
 189         float d = -2.0 * fr * nr / dz;
 190
 191         m[0] = 2.0 * nr / dx;
 192         m[5] = 2.0 * nr / dy;
 193         m[8] = a;
 194         m[9] = b;
 195         m[10] = c;
 196         m[11] = -1.0f;
 197         m[14] = d;
 198
 199         g3d_mult_matrix(which, m);
 200 }
 201
 202 void g3d_perspective(int which, float vfov_deg, float aspect, float znear, float zfar)
 203 {
 204         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 205
 206         float vfov = M_PI * vfov_deg / 180.0f;
 207         float s = 1.0f / tan(vfov * 0.5f);
 208         float range = znear - zfar;
 209
 210         m[0] = s / aspect;
 211         m[5] = s;
 212         m[10] = (znear + zfar) / range;
 213         m[11] = -1.0f;
 214         m[14] = 2.0f * znear * zfar / range;
 215
 216         g3d_mult_matrix(which, m);
 217 }
 218
 219 void g3d_draw(int prim, int space, const struct g3d_vertex *varr, int varr_size)
 220 {
 221         int i;
 222         int vnum = prim; /* primitive vertex counts correspond to the enum values */
 223
 224         while(varr_size >= vnum) {
 225                 struct pvertex pv[4];
 226
 227                 for(i=0; i<vnum; i++) {
 228                         proc_vertex(pv + i, varr++, space);
 229                 }
 230
 231                 polyfill_wire(pv, vnum);
 232
 233                 varr_size -= vnum;
 234         }
 235 }
 236
 237 static void xform4_vec3(const float *mat, float *vec)
 238 {
 239         float x = mat[0] * vec[0] + mat[4] * vec[1] + mat[8] * vec[2] + mat[12];
 240         float y = mat[1] * vec[0] + mat[5] * vec[1] + mat[9] * vec[2] + mat[13];
 241         float z = mat[2] * vec[0] + mat[6] * vec[1] + mat[10] * vec[2] + mat[14];
 242         float w = mat[3] * vec[0] + mat[7] * vec[1] + mat[11] * vec[2] + mat[15];
 243
 244         vec[0] = x;
 245         vec[1] = y;
 246         vec[2] = z;
 247         vec[3] = w;
 248 }
 249
 250 static void xform3_vec3(const float *mat, float *vec)
 251 {
 252         float x = mat[0] * vec[0] + mat[4] * vec[1] + mat[8] * vec[2];
 253         float y = mat[1] * vec[0] + mat[5] * vec[1] + mat[9] * vec[2];
 254         float z = mat[2] * vec[0] + mat[6] * vec[1] + mat[10] * vec[2];
 255
 256         vec[0] = x;
 257         vec[1] = y;
 258         vec[2] = z;
 259 }
 260
 261 #define VEC3(v, x, y, z) do { v[0] = x; v[1] = y; v[2] = z; } while(0)
 262 #define VEC4(v, x, y, z, w) do { v[0] = x; v[1] = y; v[2] = z; v[3] = w; } while(0)
 263
 264 static void proc_vertex(struct pvertex *res, const struct g3d_vertex *vert, int space)
 265 {
 266         float pos[4];
 267         float norm[3];
 268         float color[3];
 269         int mvtop = st.mtop[G3D_MODELVIEW];
 270         int ptop = st.mtop[G3D_PROJECTION];
 271         g3d_matrix norm_mat;
 272
 273         VEC4(pos, vert->x, vert->y, vert->z, 1.0f);
 274         VEC3(norm, vert->nx, vert->ny, vert->nz);
 275
 276         switch(space) {
 277         case G3D_LOCAL_SPACE:
 278                 memcpy(norm_mat, st.mat[G3D_MODELVIEW][mvtop], 16 * sizeof(float));
 279                 norm_mat[12] = norm_mat[13] = norm_mat[14] = 0.0f;
 280
 281                 xform4_vec3(pos, st.mat[G3D_MODELVIEW][mvtop]);
 282                 xform3_vec3(norm, norm_mat);
 283
 284         case G3D_VIEW_SPACE:
 285                 if(st.opt & G3D_LIGHTING) {
 286                         /* TODO lighting */
 287                         color[0] = vert->r;
 288                         color[1] = vert->g;
 289                         color[2] = vert->b;
 290                 }
 291                 xform4_vec3(pos, st.mat[G3D_PROJECTION][ptop]);
 292
 293         case G3D_CLIP_SPACE:
 294                 /* TODO clipping */
 295                 if(pos[3] != 0.0f) {
 296                         pos[0] /= pos[3];
 297                         pos[1] /= pos[3];
 298                         pos[2] /= pos[3];
 299                 }
 300
 301         case G3D_SCREEN_SPACE:
 302                 pos[0] = (pos[0] * 0.5 + 0.5) * (float)st.width;
 303                 pos[1] = (0.5 - pos[0] * 0.5) * (float)st.height;
 304
 305         case G3D_PIXEL_SPACE:
 306                 break;
 307         }
 308
 309         /* convert pos to 24.8 fixed point */
 310         res->x = (int32_t)(pos[0] * 256.0f);
 311         res->y = (int32_t)(pos[1] * 256.0f);
 312
 313         /* convert tex coords to 16.16 fixed point */
 314         res->u = (int32_t)(vert->u * 65536.0f);
 315         res->v = (int32_t)(vert->v * 65536.0f);
 316
 317         /* pass color through as is */
 318         res->r = color[0];
 319         res->g = color[1];
 320         res->b = color[2];
 321 }