git.mutantstargoat.com Git - dosdemo/blob - src/metaball.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <math.h>
   5 #include <assert.h>
   6 #include "screen.h"
   7 #include "demo.h"
   8 #include "3dgfx.h"
   9 #include "gfxutil.h"
  10 #include "util.h"
  11 #include "metasurf.h"
  12 #include "dynarr.h"
  13
  14 struct mesh {
  15         int prim;
  16         struct g3d_vertex *varr;
  17         int16_t *iarr;
  18         int vcount, icount;
  19 };
  20
  21 struct metaball {
  22         float energy;
  23         float pos[3];
  24 };
  25
  26 static int init(void);
  27 static void destroy(void);
  28 static void start(long trans_time);
  29 static void draw(void);
  30 static void draw_mesh(struct mesh *mesh);
  31 static void zsort(struct mesh *m);
  32
  33 static void calc_voxel_field(void);
  34 static float eval(struct metasurface *ms, float x, float y, float z);
  35 static void emit_vertex(struct metasurface *ms, float x, float y, float z);
  36
  37 static struct screen scr = {
  38         "metaballs",
  39         init,
  40         destroy,
  41         start, 0,
  42         draw
  43 };
  44
  45 static float cam_theta, cam_phi = 25;
  46 static float cam_dist = 10;
  47 static struct mesh mmesh;
  48
  49 static struct metasurface *msurf;
  50
  51 #define VOL_SZ  32
  52 #define VOL_SCALE       10.0f
  53 #define VOX_DIST        (VOL_SCALE / VOL_SZ)
  54 #define VOL_HALF_SCALE  (VOL_SCALE * 0.5f)
  55 static float *volume;
  56 #define VOXEL(x, y, z)  (volume[(z) * VOL_SZ * VOL_SZ + (y) * VOL_SZ + (x)])
  57
  58 #define NUM_MBALLS      3
  59 static struct metaball mball[NUM_MBALLS];
  60
  61 static int dbg;
  62
  63 struct screen *metaballs_screen(void)
  64 {
  65         return &scr;
  66 }
  67
  68 static int init(void)
  69 {
  70         if(!(volume = malloc(VOL_SZ * VOL_SZ * VOL_SZ * sizeof *volume))) {
  71                 fprintf(stderr, "failed to allocate %dx%dx%d voxel field\n", VOL_SZ, VOL_SZ, VOL_SZ);
  72                 return -1;
  73         }
  74
  75         mball[0].energy = 1.2;
  76         mball[1].energy = 0.8;
  77         mball[2].energy = 1.0;
  78
  79         if(!(msurf = msurf_create())) {
  80                 fprintf(stderr, "failed to initialize metasurf\n");
  81                 return -1;
  82         }
  83         msurf_set_resolution(msurf, VOL_SZ, VOL_SZ, VOL_SZ);
  84         msurf_set_bounds(msurf, 0, 0, 0, VOL_SCALE, VOL_SCALE, VOL_SCALE);
  85         msurf_eval_func(msurf, eval);
  86         msurf_set_threshold(msurf, 1.7);
  87         msurf_set_inside(msurf, MSURF_GREATER);
  88         msurf_vertex_func(msurf, emit_vertex);
  89
  90         mmesh.prim = G3D_TRIANGLES;
  91         mmesh.varr = 0;
  92         mmesh.iarr = 0;
  93         mmesh.vcount = mmesh.icount = 0;
  94
  95         return 0;
  96 }
  97
  98 static void destroy(void)
  99 {
 100         dynarr_free(mmesh.varr);
 101 }
 102
 103 static void start(long trans_time)
 104 {
 105         g3d_matrix_mode(G3D_PROJECTION);
 106         g3d_load_identity();
 107         g3d_perspective(50.0, 1.3333333, 0.5, 100.0);
 108
 109         g3d_enable(G3D_CULL_FACE);
 110         g3d_enable(G3D_LIGHTING);
 111         g3d_enable(G3D_LIGHT0);
 112
 113         g3d_polygon_mode(G3D_GOURAUD);
 114 }
 115
 116 static void update(void)
 117 {
 118         static int prev_mx, prev_my;
 119         static unsigned int prev_bmask;
 120
 121         if(mouse_bmask) {
 122                 if((mouse_bmask ^ prev_bmask) == 0) {
 123                         int dx = mouse_x - prev_mx;
 124                         int dy = mouse_y - prev_my;
 125
 126                         if(dx || dy) {
 127                                 if(mouse_bmask & 1) {
 128                                         cam_theta += dx * 1.0;
 129                                         cam_phi += dy * 1.0;
 130
 131                                         if(cam_phi < -90) cam_phi = -90;
 132                                         if(cam_phi > 90) cam_phi = 90;
 133                                 }
 134                                 if(mouse_bmask & 4) {
 135                                         cam_dist += dy * 0.5;
 136
 137                                         if(cam_dist < 0) cam_dist = 0;
 138                                 }
 139                         }
 140                 }
 141         }
 142         prev_mx = mouse_x;
 143         prev_my = mouse_y;
 144         prev_bmask = mouse_bmask;
 145
 146         {
 147                 int i, j;
 148                 float tsec = time_msec / 1000.0f;
 149                 static float phase[] = {0.0, M_PI / 3.0, M_PI * 0.8};
 150                 static float speed[] = {0.8, 1.4, 1.0};
 151                 static float scale[][3] = {{1, 2, 0.8}, {0.5, 1.6, 0.6}, {1.5, 0.7, 0.5}};
 152                 static float offset[][3] = {{0, 0, 0}, {0.25, 0, 0}, {-0.2, 0.15, 0.2}};
 153
 154                 for(i=0; i<NUM_MBALLS; i++) {
 155                         float t = (tsec + phase[i]) * speed[i];
 156
 157                         for(j=0; j<3; j++) {
 158                                 float x = sin(t + j * M_PI / 2.0);
 159                                 mball[i].pos[j] = offset[i][j] + x * scale[i][j];
 160                         }
 161                 }
 162         }
 163
 164         calc_voxel_field();
 165
 166         dynarr_free(mmesh.varr);
 167         mmesh.vcount = 0;
 168         mmesh.varr = dynarr_alloc(0, sizeof *mmesh.varr);
 169         msurf_polygonize(msurf);
 170 }
 171
 172 static void draw(void)
 173 {
 174         update();
 175
 176         memset(fb_pixels, 0, fb_width * fb_height * 2);
 177
 178         g3d_matrix_mode(G3D_MODELVIEW);
 179         g3d_load_identity();
 180         g3d_translate(0, 0, -cam_dist);
 181         g3d_rotate(cam_phi, 1, 0, 0);
 182         g3d_rotate(cam_theta, 0, 1, 0);
 183
 184         g3d_light_pos(0, -10, 10, 20);
 185
 186         zsort(&mmesh);
 187
 188         g3d_mtl_diffuse(0.6, 0.6, 0.6);
 189
 190         draw_mesh(&mmesh);
 191
 192         swap_buffers(fb_pixels);
 193 }
 194
 195 static void draw_mesh(struct mesh *mesh)
 196 {
 197         if(mesh->iarr) {
 198                 g3d_draw_indexed(mesh->prim, mesh->varr, mesh->vcount, mesh->iarr, mesh->icount);
 199         } else {
 200                 g3d_draw(mesh->prim, mesh->varr, mesh->vcount);
 201         }
 202 }
 203
 204 static struct {
 205         struct g3d_vertex *varr;
 206         const float *xform;
 207 } zsort_cls;
 208
 209 static int zsort_cmp(const void *aptr, const void *bptr)
 210 {
 211         const int16_t *a = (const int16_t*)aptr;
 212         const int16_t *b = (const int16_t*)bptr;
 213
 214         const float *m = zsort_cls.xform;
 215
 216         const struct g3d_vertex *va = zsort_cls.varr + a[0];
 217         const struct g3d_vertex *vb = zsort_cls.varr + b[0];
 218
 219         float za = m[2] * va->x + m[6] * va->y + m[10] * va->z + m[14];
 220         float zb = m[2] * vb->x + m[6] * vb->y + m[10] * vb->z + m[14];
 221
 222         va = zsort_cls.varr + a[2];
 223         vb = zsort_cls.varr + b[2];
 224
 225         za += m[2] * va->x + m[6] * va->y + m[10] * va->z + m[14];
 226         zb += m[2] * vb->x + m[6] * vb->y + m[10] * vb->z + m[14];
 227
 228         return za - zb;
 229 }
 230
 231 static void zsort(struct mesh *m)
 232 {
 233         int nfaces = m->icount / m->prim;
 234
 235         zsort_cls.varr = m->varr;
 236         zsort_cls.xform = g3d_get_matrix(G3D_MODELVIEW, 0);
 237
 238         qsort(m->iarr, nfaces, m->prim * sizeof *m->iarr, zsort_cmp);
 239 }
 240
 241 static void calc_voxel_field(void)
 242 {
 243         int i, j, k, b;
 244         float *voxptr = volume;
 245
 246         for(i=0; i<VOL_SZ; i++) {
 247                 float z = VOL_SCALE * ((float)i / (float)VOL_SZ - 0.5);
 248
 249                 for(j=0; j<VOL_SZ; j++) {
 250                         float y = VOL_SCALE * ((float)j / (float)VOL_SZ - 0.5);
 251
 252                         for(k=0; k<VOL_SZ; k++) {
 253                                 float x = VOL_SCALE * ((float)k / (float)VOL_SZ - 0.5);
 254
 255                                 float val = 0.0f;
 256                                 for(b=0; b<NUM_MBALLS; b++) {
 257                                         float dx = mball[b].pos[0] - x;
 258                                         float dy = mball[b].pos[1] - y;
 259                                         float dz = mball[b].pos[2] - z;
 260
 261                                         float lensq = dx * dx + dy * dy + dz * dz;
 262
 263                                         val += lensq == 0.0f ? 1024.0f : mball[b].energy / lensq;
 264                                 }
 265
 266                                 *voxptr++ = val;
 267                         }
 268                 }
 269         }
 270         ++dbg;
 271 }
 272
 273 static float eval(struct metasurface *ms, float x, float y, float z)
 274 {
 275         int xidx = cround64(VOL_SZ * x / VOL_SCALE);
 276         int yidx = cround64(VOL_SZ * y / VOL_SCALE);
 277         int zidx = cround64(VOL_SZ * z / VOL_SCALE);
 278
 279         assert(xidx >= 0 && xidx < VOL_SZ);
 280         assert(yidx >= 0 && yidx < VOL_SZ);
 281         assert(zidx >= 0 && zidx < VOL_SZ);
 282
 283         return VOXEL(xidx, yidx, zidx);
 284 }
 285
 286 static void emit_vertex(struct metasurface *ms, float x, float y, float z)
 287 {
 288         struct g3d_vertex v;
 289         float val, len;
 290
 291         v.x = x - VOL_HALF_SCALE;
 292         v.y = y - VOL_HALF_SCALE;
 293         v.z = z - VOL_HALF_SCALE;
 294         v.r = cround64(255.0 * x / VOL_SCALE);
 295         v.g = cround64(255.0 * y / VOL_SCALE);
 296         v.b = cround64(255.0 * z / VOL_SCALE);
 297
 298         val = eval(ms, x, y, z);
 299         v.nx = eval(ms, x + VOX_DIST, y, z) - val;
 300         v.ny = eval(ms, x, y + VOX_DIST, z) - val;
 301         v.nz = eval(ms, x, y, z - VOX_DIST) - val;
 302
 303         if((len = sqrt(v.nx * v.nx + v.ny * v.ny + v.nz * v.nz)) != 0.0f) {
 304                 v.nx /= len;
 305                 v.ny /= len;
 306                 v.nz /= len;
 307         }
 308
 309         mmesh.varr = dynarr_push(mmesh.varr, &v);
 310         assert(mmesh.varr);
 311         ++mmesh.vcount;
 312 }
 313
 314