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