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