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

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <math.h>
   5 #include "mesh.h"
   6 #include "3dgfx.h"
   7
   8 void free_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
   9 {
  10         destroy_mesh(mesh);
  11         free(mesh);
  12 }
  13
  14 void destroy_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
  15 {
  16         free(mesh->varr);
  17         free(mesh->iarr);
  18 }
  19
  20 int copy_mesh(struct g3d_mesh *dest, struct g3d_mesh *src)
  21 {
  22         dest->prim = src->prim;
  23         if(src->varr) {
  24                 if(!(dest->varr = malloc(src->vcount * sizeof *src->varr))) {
  25                         return -1;
  26                 }
  27                 memcpy(dest->varr, src->varr, src->vcount * sizeof *src->varr);
  28         }
  29         dest->vcount = src->vcount;
  30         if(src->iarr) {
  31                 if(!(dest->iarr = malloc(src->icount * sizeof *src->iarr))) {
  32                         free(dest->varr);
  33                         dest->varr = 0;
  34                         return -1;
  35                 }
  36                 memcpy(dest->iarr, src->iarr, src->icount * sizeof *src->iarr);
  37         }
  38         dest->icount = src->icount;
  39         return 0;
  40 }
  41
  42 static struct {
  43         int prim;
  44         struct g3d_vertex *varr;
  45         const float *xform;
  46 } zsort_cls;
  47
  48 static int zsort_cmp(const void *aptr, const void *bptr)
  49 {
  50         int i;
  51         float za = 0.0f;
  52         float zb = 0.0f;
  53         const float *m = zsort_cls.xform;
  54         const struct g3d_vertex *va = (const struct g3d_vertex*)aptr;
  55         const struct g3d_vertex *vb = (const struct g3d_vertex*)bptr;
  56
  57         for(i=0; i<zsort_cls.prim; i++) {
  58                 za += m[2] * va->x + m[6] * va->y + m[10] * va->z + m[14];
  59                 zb += m[2] * vb->x + m[6] * vb->y + m[10] * vb->z + m[14];
  60                 ++va;
  61                 ++vb;
  62         }
  63
  64         za -= zb;
  65         return *(int*)&za;
  66 }
  67
  68 static int zsort_indexed_cmp(const void *aptr, const void *bptr)
  69 {
  70         int i;
  71         float za = 0.0f;
  72         float zb = 0.0f;
  73         const uint16_t *a = (const uint16_t*)aptr;
  74         const uint16_t *b = (const uint16_t*)bptr;
  75
  76         const float *m = zsort_cls.xform;
  77
  78         for(i=0; i<zsort_cls.prim; i++) {
  79                 const struct g3d_vertex *va = zsort_cls.varr + a[i];
  80                 const struct g3d_vertex *vb = zsort_cls.varr + b[i];
  81
  82                 za += m[2] * va->x + m[6] * va->y + m[10] * va->z + m[14];
  83                 zb += m[2] * vb->x + m[6] * vb->y + m[10] * vb->z + m[14];
  84         }
  85
  86         za -= zb;
  87         return *(int*)&za;
  88 }
  89
  90
  91 void zsort_mesh(struct g3d_mesh *m)
  92 {
  93         zsort_cls.varr = m->varr;
  94         zsort_cls.xform = g3d_get_matrix(G3D_MODELVIEW, 0);
  95         zsort_cls.prim = m->prim;
  96
  97         if(m->iarr) {
  98                 int nfaces = m->icount / m->prim;
  99                 qsort(m->iarr, nfaces, m->prim * sizeof *m->iarr, zsort_indexed_cmp);
 100         } else {
 101                 int nfaces = m->vcount / m->prim;
 102                 qsort(m->varr, nfaces, m->prim * sizeof *m->varr, zsort_cmp);
 103         }
 104 }
 105
 106
 107 void draw_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
 108 {
 109         if(mesh->iarr) {
 110                 g3d_draw_indexed(mesh->prim, mesh->varr, mesh->vcount, mesh->iarr, mesh->icount);
 111         } else {
 112                 g3d_draw(mesh->prim, mesh->varr, mesh->vcount);
 113         }
 114 }
 115
 116 void apply_mesh_xform(struct g3d_mesh *mesh, const float *xform)
 117 {
 118         int i;
 119         struct g3d_vertex *v = mesh->varr;
 120
 121         for(i=0; i<mesh->vcount; i++) {
 122                 float x = xform[0] * v->x + xform[4] * v->y + xform[8] * v->z + xform[12];
 123                 float y = xform[1] * v->x + xform[5] * v->y + xform[9] * v->z + xform[13];
 124                 v->z = xform[2] * v->x + xform[6] * v->y + xform[10] * v->z + xform[14];
 125                 v->x = x;
 126                 v->y = y;
 127                 x = xform[0] * v->nx + xform[4] * v->ny + xform[8] * v->nz;
 128                 y = xform[1] * v->nx + xform[5] * v->ny + xform[9] * v->nz;
 129                 v->nz = xform[2] * v->nx + xform[6] * v->ny + xform[10] * v->nz;
 130                 v->nx = x;
 131                 v->ny = y;
 132                 ++v;
 133         }
 134 }
 135
 136 int append_mesh(struct g3d_mesh *ma, struct g3d_mesh *mb)
 137 {
 138         int i, new_vcount, new_icount;
 139         void *tmp;
 140         uint16_t *iptr;
 141
 142         if(ma->prim != mb->prim) {
 143                 fprintf(stderr, "append_mesh failed, primitive mismatch\n");
 144                 return -1;
 145         }
 146
 147         if(ma->iarr || mb->iarr) {
 148                 if(!ma->iarr) {
 149                         if(indexify_mesh(ma) == -1) {
 150                                 return -1;
 151                         }
 152                 } else if(!mb->iarr) {
 153                         if(indexify_mesh(mb) == -1) {
 154                                 return -1;
 155                         }
 156                 }
 157
 158                 new_icount = ma->icount + mb->icount;
 159                 if(!(iptr = realloc(ma->iarr, new_icount * sizeof *iptr))) {
 160                         fprintf(stderr, "append_mesh: failed to allocate combined index buffer (%d indices)\n", new_icount);
 161                         return -1;
 162                 }
 163                 ma->iarr = iptr;
 164
 165                 iptr += ma->icount;
 166                 for(i=0; i<mb->icount; i++) {
 167                         *iptr++ = mb->iarr[i] + ma->vcount;
 168                 }
 169                 ma->icount = new_icount;
 170         }
 171
 172         new_vcount = ma->vcount + mb->vcount;
 173         if(!(tmp = realloc(ma->varr, new_vcount * sizeof *ma->varr))) {
 174                 fprintf(stderr, "append_mesh: failed to allocate combined vertex buffer (%d verts)\n", new_vcount);
 175                 return -1;
 176         }
 177         ma->varr = tmp;
 178         memcpy(ma->varr + ma->vcount, mb->varr, mb->vcount * sizeof *ma->varr);
 179         ma->vcount = new_vcount;
 180         return 0;
 181 }
 182
 183 #define FEQ(a, b)       ((a) - (b) < 1e-5 && (b) - (a) < 1e-5)
 184 static int cmp_vertex(struct g3d_vertex *a, struct g3d_vertex *b)
 185 {
 186         if(!FEQ(a->x, b->x) || !FEQ(a->y, b->y) || !FEQ(a->z, b->z) || !FEQ(a->w, b->w))
 187                 return -1;
 188         if(!FEQ(a->nx, b->nx) || !FEQ(a->ny, b->ny) || !FEQ(a->nz, b->nz))
 189                 return -1;
 190         if(!FEQ(a->u, b->u) || !FEQ(a->v, b->v))
 191                 return -1;
 192         if(a->r != b->r || a->g != b->g || a->b != b->b || a->a != b->a)
 193                 return -1;
 194         return 0;
 195 }
 196
 197 static int find_existing(struct g3d_vertex *v, struct g3d_vertex *varr, int vcount)
 198 {
 199         int i;
 200         for(i=0; i<vcount; i++) {
 201                 if(cmp_vertex(v, varr++) == 0) {
 202                         return i;
 203                 }
 204         }
 205         return -1;
 206 }
 207
 208 int indexify_mesh(struct g3d_mesh *mesh)
 209 {
 210         int i, j, nfaces, max_icount, idx;
 211         int out_vcount = 0;
 212         struct g3d_vertex *vin, *vout;
 213         uint16_t *iout;
 214
 215         if(mesh->iarr) {
 216                 fprintf(stderr, "indexify_mesh failed: already indexed\n");
 217                 return -1;
 218         }
 219
 220         nfaces = mesh->vcount / mesh->prim;
 221         max_icount = mesh->vcount;
 222
 223         if(!(mesh->iarr = malloc(max_icount * sizeof *mesh->iarr))) {
 224                 fprintf(stderr, "indexify_mesh failed to allocate index buffer of %d indices\n", max_icount);
 225                 return -1;
 226         }
 227
 228         vin = vout = mesh->varr;
 229         iout = mesh->iarr;
 230
 231         for(i=0; i<nfaces; i++) {
 232                 for(j=0; j<mesh->prim; j++) {
 233                         if((idx = find_existing(vin, mesh->varr, out_vcount)) >= 0) {
 234                                 *iout++ = idx;
 235                         } else {
 236                                 *iout++ = out_vcount++;
 237                                 if(vin != vout) {
 238                                         *vout++ = *vin;
 239                                 }
 240                         }
 241                         ++vin;
 242                 }
 243         }
 244
 245         /* XXX also shrink buffers? I'll just leave them to max size for now */
 246         return 0;
 247 }
 248
 249 void normalize_mesh_normals(struct g3d_mesh *mesh)
 250 {
 251         int i;
 252         struct g3d_vertex *v = mesh->varr;
 253
 254         for(i=0; i<mesh->vcount; i++) {
 255                 float mag = sqrt(v->nx * v->nx + v->ny * v->ny + v->nz * v->nz);
 256                 float s = (mag == 0.0f) ? 1.0f : 1.0f / mag;
 257                 v->nx *= s;
 258                 v->ny *= s;
 259                 v->nz *= s;
 260                 ++v;
 261         }
 262 }
 263
 264
 265 void calc_mesh_centroid(struct g3d_mesh *mesh, float *cent)
 266 {
 267         int i;
 268         float s = 1.0f / (float)mesh->vcount;
 269         cent[0] = cent[1] = cent[2] = 0.0f;
 270
 271         for(i=0; i<mesh->vcount; i++) {
 272                 cent[0] += mesh->varr[i].x;
 273                 cent[1] += mesh->varr[i].y;
 274                 cent[2] += mesh->varr[i].z;
 275         }
 276         cent[0] *= s;
 277         cent[1] *= s;
 278         cent[2] *= s;
 279 }
 280
 281 static void sphvec(float *res, float theta, float phi, float rad)
 282 {
 283         theta = -theta;
 284         res[0] = sin(theta) * sin(phi);
 285         res[1] = cos(phi);
 286         res[2] = cos(theta) * sin(phi);
 287 }
 288
 289 int gen_sphere_mesh(struct g3d_mesh *mesh, float rad, int usub, int vsub)
 290 {
 291         int i, j;
 292         int nfaces, uverts, vverts;
 293         struct g3d_vertex *vptr;
 294         uint16_t *iptr;
 295
 296         mesh->prim = G3D_QUADS;
 297
 298         if(usub < 4) usub = 4;
 299         if(vsub < 2) vsub = 2;
 300
 301         uverts = usub + 1;
 302         vverts = vsub + 1;
 303
 304         mesh->vcount = uverts * vverts;
 305         nfaces = usub * vsub;
 306         mesh->icount = nfaces * 4;
 307
 308         if(!(mesh->varr = malloc(mesh->vcount * sizeof *mesh->varr))) {
 309                 fprintf(stderr, "gen_sphere_mesh: failed to allocate vertex buffer (%d vertices)\n", mesh->vcount);
 310                 return -1;
 311         }
 312         if(!(mesh->iarr = malloc(mesh->icount * sizeof *mesh->iarr))) {
 313                 fprintf(stderr, "gen_sphere_mesh: failed to allocate index buffer (%d indices)\n", mesh->icount);
 314                 return -1;
 315         }
 316         vptr = mesh->varr;
 317         iptr = mesh->iarr;
 318
 319         for(i=0; i<uverts; i++) {
 320                 float u = (float)i / (float)(uverts - 1);
 321                 float theta = u * 2.0 * M_PI;
 322
 323                 for(j=0; j<vverts; j++) {
 324                         float v = (float)j / (float)(vverts - 1);
 325                         float phi = v * M_PI;
 326                         int chess = (i & 1) == (j & 1);
 327
 328                         sphvec(&vptr->x, theta, phi, rad);
 329                         vptr->w = 1.0f;
 330
 331                         vptr->nx = vptr->x / rad;
 332                         vptr->ny = vptr->y / rad;
 333                         vptr->nz = vptr->z / rad;
 334                         vptr->u = u;
 335                         vptr->v = v;
 336                         vptr->r = chess ? 255 : 64;
 337                         vptr->g = 128;
 338                         vptr->b = chess ? 64 : 255;
 339                         ++vptr;
 340
 341                         if(i < usub && j < vsub) {
 342                                 int idx = i * vverts + j;
 343                                 *iptr++ = idx;
 344                                 *iptr++ = idx + 1;
 345                                 *iptr++ = idx + vverts + 1;
 346                                 *iptr++ = idx + vverts;
 347                         }
 348                 }
 349         }
 350         return 0;
 351 }
 352
 353 int gen_plane_mesh(struct g3d_mesh *m, float width, float height, int usub, int vsub)
 354 {
 355         int i, j;
 356         int nfaces, nverts, nidx, uverts, vverts;
 357         float x, y, u, v, du, dv;
 358         struct g3d_vertex *vptr;
 359         uint16_t *iptr;
 360
 361         if(usub < 1) usub = 1;
 362         if(vsub < 1) vsub = 1;
 363
 364         nfaces = usub * vsub;
 365         uverts = usub + 1;
 366         vverts = vsub + 1;
 367         du = (float)width / (float)usub;
 368         dv = (float)height / (float)vsub;
 369
 370         nverts = uverts * vverts;
 371         nidx = nfaces * 4;
 372
 373         if(!(m->varr = malloc(nverts * sizeof *m->varr))) {
 374                 fprintf(stderr, "gen_plane_mesh: failed to allocate vertex buffer (%d vertices)\n", nverts);
 375                 return -1;
 376         }
 377         if(!(m->iarr = malloc(nidx * sizeof *m->iarr))) {
 378                 fprintf(stderr, "gen_plane_mesh: failed to allocate index buffer (%d indices)\n", nidx);
 379                 free(m->varr);
 380                 m->varr = 0;
 381                 return -1;
 382         }
 383
 384         m->prim = G3D_QUADS;
 385         m->vcount = nverts;
 386         m->icount = nidx;
 387
 388         vptr = m->varr;
 389         iptr = m->iarr;
 390
 391         v = 0.0f;
 392         for(i=0; i<vverts; i++) {
 393                 y = (v - 0.5) * height;
 394                 u = 0.0f;
 395
 396                 for(j=0; j<uverts; j++) {
 397                         x = (u - 0.5) * width;
 398
 399                         vptr->x = x;
 400                         vptr->y = y;
 401                         vptr->z = 0.0f;
 402                         vptr->w = 1.0f;
 403                         vptr->nx = 0.0f;
 404                         vptr->ny = 0.0f;
 405                         vptr->nz = 1.0f;
 406                         vptr->u = u;
 407                         vptr->v = v;
 408                         vptr->r = vptr->g = vptr->b = vptr->a = 255;
 409                         ++vptr;
 410
 411                         u += du;
 412                 }
 413                 v += dv;
 414         }
 415
 416         for(i=0; i<vsub; i++) {
 417                 for(j=0; j<usub; j++) {
 418                         int idx = i * uverts + j;
 419                         *iptr++ = idx;
 420                         *iptr++ = idx + 1;
 421                         *iptr++ = idx + uverts + 1;
 422                         *iptr++ = idx + uverts;
 423                 }
 424         }
 425         return 0;
 426 }
 427
 428 int gen_cube_mesh(struct g3d_mesh *mesh, float sz, int sub)
 429 {
 430         int i;
 431         float offs;
 432         struct g3d_mesh *m;
 433         struct g3d_mesh tmpmesh;
 434         static float rotface[][4] = {
 435                 {0, 0, 1, 0},
 436                 {90, 0, 1, 0},
 437                 {180, 0, 1, 0},
 438                 {270, 0, 1, 0},
 439                 {90, 1, 0, 0},
 440                 {-90, 1, 0, 0}
 441         };
 442
 443         offs = sz;
 444         sz = fabs(sz);
 445
 446         g3d_matrix_mode(G3D_MODELVIEW);
 447         g3d_push_matrix();
 448
 449         for(i=0; i<6; i++) {
 450                 m = i > 0 ? &tmpmesh : mesh;
 451                 if(gen_plane_mesh(m, sz, sz, sub, sub) == -1)
 452                         return -1;
 453                 g3d_load_identity();
 454                 g3d_rotate(rotface[i][0], rotface[i][1], rotface[i][2], rotface[i][3]);
 455                 g3d_translate(0, 0, offs / 2.0f);
 456                 apply_mesh_xform(m, g3d_get_matrix(G3D_MODELVIEW, 0));
 457                 if(i > 0) {
 458                         if(append_mesh(mesh, m) == -1) {
 459                                 return -1;
 460                         }
 461                 }
 462         }
 463
 464         g3d_pop_matrix();
 465         return 0;
 466 }
 467
 468 static void torusvec(float *res, float theta, float phi, float mr, float rr)
 469 {
 470         float rx, ry, rz;
 471         theta = -theta;
 472
 473         rx = -cos(phi) * rr + mr;
 474         ry = sin(phi) * rr;
 475         rz = 0.0f;
 476
 477         res[0] = rx * sin(theta) + rz * cos(theta);
 478         res[1] = ry;
 479         res[2] = -rx * cos(theta) + rz * sin(theta);
 480 }
 481
 482 int gen_torus_mesh(struct g3d_mesh *mesh, float rad, float ringrad, int usub, int vsub)
 483 {
 484         int i, j;
 485         int nfaces, uverts, vverts;
 486         struct g3d_vertex *vptr;
 487         uint16_t *iptr;
 488
 489         mesh->prim = G3D_QUADS;
 490
 491         if(usub < 4) usub = 4;
 492         if(vsub < 2) vsub = 2;
 493
 494         uverts = usub + 1;
 495         vverts = vsub + 1;
 496
 497         mesh->vcount = uverts * vverts;
 498         nfaces = usub * vsub;
 499         mesh->icount = nfaces * 4;
 500
 501         printf("generating torus with %d faces (%d vertices)\n", nfaces, mesh->vcount);
 502
 503         if(!(mesh->varr = malloc(mesh->vcount * sizeof *mesh->varr))) {
 504                 return -1;
 505         }
 506         if(!(mesh->iarr = malloc(mesh->icount * sizeof *mesh->iarr))) {
 507                 return -1;
 508         }
 509         vptr = mesh->varr;
 510         iptr = mesh->iarr;
 511
 512         for(i=0; i<uverts; i++) {
 513                 float u = (float)i / (float)(uverts - 1);
 514                 float theta = u * 2.0 * M_PI;
 515                 float rcent[3];
 516
 517                 torusvec(rcent, theta, 0, rad, 0);
 518
 519                 for(j=0; j<vverts; j++) {
 520                         float v = (float)j / (float)(vverts - 1);
 521                         float phi = v * 2.0 * M_PI;
 522                         int chess = (i & 1) == (j & 1);
 523
 524                         torusvec(&vptr->x, theta, phi, rad, ringrad);
 525                         vptr->w = 1.0f;
 526
 527                         vptr->nx = (vptr->x - rcent[0]) / ringrad;
 528                         vptr->ny = (vptr->y - rcent[1]) / ringrad;
 529                         vptr->nz = (vptr->z - rcent[2]) / ringrad;
 530                         vptr->u = u;
 531                         vptr->v = v;
 532                         vptr->r = chess ? 255 : 64;
 533                         vptr->g = 128;
 534                         vptr->b = chess ? 64 : 255;
 535                         ++vptr;
 536
 537                         if(i < usub && j < vsub) {
 538                                 int idx = i * vverts + j;
 539                                 *iptr++ = idx;
 540                                 *iptr++ = idx + 1;
 541                                 *iptr++ = idx + vverts + 1;
 542                                 *iptr++ = idx + vverts;
 543                         }
 544                 }
 545         }
 546         return 0;
 547 }
 548