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

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <math.h>
   5 #include <assert.h>
   6 #include "3dgfx.h"
   7 #include "polyfill.h"
   8 #include "inttypes.h"
   9
  10 #define STACK_SIZE      8
  11 typedef float g3d_matrix[16];
  12
  13 #define MAX_VBUF_SIZE   256
  14
  15 struct g3d_state {
  16         unsigned int opt;
  17         int frontface;
  18         int fill_mode;
  19
  20         g3d_matrix mat[G3D_NUM_MATRICES][STACK_SIZE];
  21         int mtop[G3D_NUM_MATRICES];
  22         int mmode;
  23
  24         g3d_matrix norm_mat;
  25
  26         int width, height;
  27         void *pixels;
  28 };
  29
  30 static void xform4_vec3(const float *mat, float *vec);
  31 static void xform3_vec3(const float *mat, float *vec);
  32 static void shade(struct g3d_vertex *v);
  33
  34 static struct g3d_state *st;
  35 static const float idmat[] = {
  36         1, 0, 0, 0,
  37         0, 1, 0, 0,
  38         0, 0, 1, 0,
  39         0, 0, 0, 1
  40 };
  41
  42 int g3d_init(void)
  43 {
  44         int i;
  45
  46         if(!(st = calloc(1, sizeof *st))) {
  47                 fprintf(stderr, "failed to allocate G3D context\n");
  48                 return -1;
  49         }
  50         st->fill_mode = POLYFILL_FLAT;
  51
  52         for(i=0; i<G3D_NUM_MATRICES; i++) {
  53                 g3d_matrix_mode(i);
  54                 g3d_load_identity();
  55         }
  56         return 0;
  57 }
  58
  59 void g3d_destroy(void)
  60 {
  61         free(st);
  62 }
  63
  64 void g3d_framebuffer(int width, int height, void *pixels)
  65 {
  66         st->width = width;
  67         st->height = height;
  68         st->pixels = pixels;
  69
  70         pimg_fb.pixels = pixels;
  71         pimg_fb.width = width;
  72         pimg_fb.height = height;
  73 }
  74
  75 void g3d_enable(unsigned int opt)
  76 {
  77         st->opt |= opt;
  78 }
  79
  80 void g3d_disable(unsigned int opt)
  81 {
  82         st->opt &= ~opt;
  83 }
  84
  85 void g3d_setopt(unsigned int opt, unsigned int mask)
  86 {
  87         st->opt = (st->opt & ~mask) | (opt & mask);
  88 }
  89
  90 unsigned int g3d_getopt(unsigned int mask)
  91 {
  92         return st->opt & mask;
  93 }
  94
  95 void g3d_front_face(unsigned int order)
  96 {
  97         st->frontface = order;
  98 }
  99
 100 void g3d_polygon_mode(int pmode)
 101 {
 102         st->fill_mode = pmode;
 103 }
 104
 105 void g3d_matrix_mode(int mmode)
 106 {
 107         st->mmode = mmode;
 108 }
 109
 110 void g3d_load_identity(void)
 111 {
 112         int top = st->mtop[st->mmode];
 113         memcpy(st->mat[st->mmode][top], idmat, 16 * sizeof(float));
 114 }
 115
 116 void g3d_load_matrix(const float *m)
 117 {
 118         int top = st->mtop[st->mmode];
 119         memcpy(st->mat[st->mmode][top], m, 16 * sizeof(float));
 120 }
 121
 122 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
 123 void g3d_mult_matrix(const float *m2)
 124 {
 125         int i, j, top = st->mtop[st->mmode];
 126         float m1[16];
 127         float *dest = st->mat[st->mmode][top];
 128
 129         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 130
 131         for(i=0; i<4; i++) {
 132                 for(j=0; j<4; j++) {
 133                         *dest++ = m1[M(0,j)] * m2[M(i,0)] +
 134                                 m1[M(1,j)] * m2[M(i,1)] +
 135                                 m1[M(2,j)] * m2[M(i,2)] +
 136                                 m1[M(3,j)] * m2[M(i,3)];
 137                 }
 138         }
 139 }
 140
 141 void g3d_push_matrix(void)
 142 {
 143         int top = st->mtop[st->mmode];
 144         if(top >= G3D_NUM_MATRICES) {
 145                 fprintf(stderr, "g3d_push_matrix overflow\n");
 146                 return;
 147         }
 148         memcpy(st->mat[st->mmode][top + 1], st->mat[st->mmode][top], 16 * sizeof(float));
 149         st->mtop[st->mmode] = top + 1;
 150 }
 151
 152 void g3d_pop_matrix(void)
 153 {
 154         if(st->mtop[st->mmode] <= 0) {
 155                 fprintf(stderr, "g3d_pop_matrix underflow\n");
 156                 return;
 157         }
 158         --st->mtop[st->mmode];
 159 }
 160
 161 void g3d_translate(float x, float y, float z)
 162 {
 163         float m[] = {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1};
 164         m[12] = x;
 165         m[13] = y;
 166         m[14] = z;
 167         g3d_mult_matrix(m);
 168 }
 169
 170 void g3d_rotate(float deg, float x, float y, float z)
 171 {
 172         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 173
 174         float angle = M_PI * deg / 180.0f;
 175         float sina = sin(angle);
 176         float cosa = cos(angle);
 177         float one_minus_cosa = 1.0f - cosa;
 178         float nxsq = x * x;
 179         float nysq = y * y;
 180         float nzsq = z * z;
 181
 182         m[0] = nxsq + (1.0f - nxsq) * cosa;
 183         m[4] = x * y * one_minus_cosa - z * sina;
 184         m[8] = x * z * one_minus_cosa + y * sina;
 185         m[1] = x * y * one_minus_cosa + z * sina;
 186         m[5] = nysq + (1.0 - nysq) * cosa;
 187         m[9] = y * z * one_minus_cosa - x * sina;
 188         m[2] = x * z * one_minus_cosa - y * sina;
 189         m[6] = y * z * one_minus_cosa + x * sina;
 190         m[10] = nzsq + (1.0 - nzsq) * cosa;
 191         m[15] = 1.0f;
 192
 193         g3d_mult_matrix(m);
 194 }
 195
 196 void g3d_scale(float x, float y, float z)
 197 {
 198         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 199         m[0] = x;
 200         m[5] = y;
 201         m[10] = z;
 202         m[15] = 1.0f;
 203         g3d_mult_matrix(m);
 204 }
 205
 206 void g3d_ortho(float left, float right, float bottom, float top, float znear, float zfar)
 207 {
 208         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 209
 210         float dx = right - left;
 211         float dy = top - bottom;
 212         float dz = zfar - znear;
 213
 214         m[0] = 2.0 / dx;
 215         m[5] = 2.0 / dy;
 216         m[10] = -2.0 / dz;
 217         m[12] = -(right + left) / dx;
 218         m[13] = -(top + bottom) / dy;
 219         m[14] = -(zfar + znear) / dz;
 220
 221         g3d_mult_matrix(m);
 222 }
 223
 224 void g3d_frustum(float left, float right, float bottom, float top, float nr, float fr)
 225 {
 226         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 227
 228         float dx = right - left;
 229         float dy = top - bottom;
 230         float dz = fr - nr;
 231
 232         float a = (right + left) / dx;
 233         float b = (top + bottom) / dy;
 234         float c = -(fr + nr) / dz;
 235         float d = -2.0 * fr * nr / dz;
 236
 237         m[0] = 2.0 * nr / dx;
 238         m[5] = 2.0 * nr / dy;
 239         m[8] = a;
 240         m[9] = b;
 241         m[10] = c;
 242         m[11] = -1.0f;
 243         m[14] = d;
 244
 245         g3d_mult_matrix(m);
 246 }
 247
 248 void g3d_perspective(float vfov_deg, float aspect, float znear, float zfar)
 249 {
 250         float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 251
 252         float vfov = M_PI * vfov_deg / 180.0f;
 253         float s = 1.0f / tan(vfov * 0.5f);
 254         float range = znear - zfar;
 255
 256         m[0] = s / aspect;
 257         m[5] = s;
 258         m[10] = (znear + zfar) / range;
 259         m[11] = -1.0f;
 260         m[14] = 2.0f * znear * zfar / range;
 261
 262         g3d_mult_matrix(m);
 263 }
 264
 265 const float *g3d_get_matrix(int which, float *m)
 266 {
 267         int top = st->mtop[which];
 268
 269         if(m) {
 270                 memcpy(m, st->mat[which][top], 16 * sizeof(float));
 271         }
 272         return st->mat[which][top];
 273 }
 274
 275 void g3d_draw(int prim, const struct g3d_vertex *varr, int varr_size)
 276 {
 277         g3d_draw_indexed(prim, varr, varr_size, 0, 0);
 278 }
 279
 280 void g3d_draw_indexed(int prim, const struct g3d_vertex *varr, int varr_size,
 281                 const int16_t *iarr, int iarr_size)
 282 {
 283         int i, j, nfaces;
 284         struct pvertex pv[4];
 285         struct g3d_vertex v[4];
 286         int vnum = prim; /* primitive vertex counts correspond to enum values */
 287         int mvtop = st->mtop[G3D_MODELVIEW];
 288         int ptop = st->mtop[G3D_PROJECTION];
 289
 290         /* calc the normal matrix */
 291         memcpy(st->norm_mat, st->mat[G3D_MODELVIEW][mvtop], 16 * sizeof(float));
 292         st->norm_mat[12] = st->norm_mat[13] = st->norm_mat[14] = 0.0f;
 293
 294         nfaces = (iarr ? iarr_size : varr_size) / vnum;
 295
 296         for(j=0; j<nfaces; j++) {
 297
 298                 for(i=0; i<vnum; i++) {
 299                         v[i] = iarr ? varr[*iarr++] : *varr++;
 300
 301                         xform4_vec3(st->mat[G3D_MODELVIEW][mvtop], &v[i].x);
 302                         xform3_vec3(st->norm_mat, &v[i].nx);
 303
 304                         if(st->opt & G3D_LIGHTING) {
 305                                 shade(v + i);
 306                         }
 307                         xform4_vec3(st->mat[G3D_PROJECTION][ptop], &v[i].x);
 308                 }
 309
 310                 /* TODO clipping */
 311
 312                 for(i=0; i<vnum; i++) {
 313                         if(v[i].w != 0.0f) {
 314                                 v[i].x /= v[i].w;
 315                                 v[i].y /= v[i].w;
 316                                 /*v[i].z /= v[i].w;*/
 317                         }
 318
 319                         /* viewport transformation */
 320                         v[i].x = (v[i].x * 0.5f + 0.5f) * (float)st->width;
 321                         v[i].y = (0.5f - v[i].y * 0.5f) * (float)st->height;
 322
 323                         /* convert pos to 24.8 fixed point */
 324                         pv[i].x = (int32_t)(v[i].x * 256.0f);
 325                         pv[i].y = (int32_t)(v[i].y * 256.0f);
 326                         /* convert tex coords to 16.16 fixed point */
 327                         pv[i].u = (int32_t)(v[i].u * 65536.0f);
 328                         pv[i].v = (int32_t)(v[i].v * 65536.0f);
 329                         /* pass the color through as is */
 330                         pv[i].r = v[i].r;
 331                         pv[i].g = v[i].g;
 332                         pv[i].b = v[i].b;
 333                 }
 334
 335                 /* backface culling */
 336                 if(vnum > 2 && st->opt & G3D_CULL_FACE) {
 337                         int32_t ax = pv[1].x - pv[0].x;
 338                         int32_t ay = pv[1].y - pv[0].y;
 339                         int32_t bx = pv[2].x - pv[0].x;
 340                         int32_t by = pv[2].y - pv[0].y;
 341                         int32_t cross_z = ax * (by >> 8) - ay * (bx >> 8);
 342                         int sign = (cross_z >> 31) & 1;
 343
 344                         if(!(sign ^ st->frontface)) {
 345                                 continue;       /* back-facing */
 346                         }
 347                 }
 348
 349                 polyfill(st->fill_mode, pv, vnum);
 350         }
 351 }
 352
 353 static void xform4_vec3(const float *mat, float *vec)
 354 {
 355         float x = mat[0] * vec[0] + mat[4] * vec[1] + mat[8] * vec[2] + mat[12];
 356         float y = mat[1] * vec[0] + mat[5] * vec[1] + mat[9] * vec[2] + mat[13];
 357         float z = mat[2] * vec[0] + mat[6] * vec[1] + mat[10] * vec[2] + mat[14];
 358         float w = mat[3] * vec[0] + mat[7] * vec[1] + mat[11] * vec[2] + mat[15];
 359
 360         vec[0] = x;
 361         vec[1] = y;
 362         vec[2] = z;
 363         vec[3] = w;
 364 }
 365
 366 static void xform3_vec3(const float *mat, float *vec)
 367 {
 368         float x = mat[0] * vec[0] + mat[4] * vec[1] + mat[8] * vec[2];
 369         float y = mat[1] * vec[0] + mat[5] * vec[1] + mat[9] * vec[2];
 370         float z = mat[2] * vec[0] + mat[6] * vec[1] + mat[10] * vec[2];
 371
 372         vec[0] = x;
 373         vec[1] = y;
 374         vec[2] = z;
 375 }
 376
 377 static void shade(struct g3d_vertex *v)
 378 {
 379         v->r = v->g = v->b = 255;
 380 }