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