added crappy polygon filler
[dosdemo] / src / 3dgfx.c
index 5cf3c42..49b4c2c 100644 (file)
@@ -1,17 +1,26 @@
 #include <stdio.h>
-#include <math.h>
+#include <stdlib.h>
 #include <string.h>
+#include <math.h>
+#include <assert.h>
 #include "3dgfx.h"
 #include "polyfill.h"
+#include "inttypes.h"
 
 #define STACK_SIZE     8
 typedef float g3d_matrix[16];
 
+#define MAX_VBUF_SIZE  256
+
 struct g3d_state {
        unsigned int opt;
+       int frontface;
 
        g3d_matrix mat[G3D_NUM_MATRICES][STACK_SIZE];
        int mtop[G3D_NUM_MATRICES];
+       int mmode;
+
+       g3d_matrix norm_mat;
 
        int width, height;
        void *pixels;
@@ -19,9 +28,9 @@ struct g3d_state {
 
 static void xform4_vec3(const float *mat, float *vec);
 static void xform3_vec3(const float *mat, float *vec);
-static void proc_vertex(struct pvertex *res, const struct g3d_vertex *vert, int space);
+static void shade(struct g3d_vertex *v);
 
-static struct g3d_state st;
+static struct g3d_state *st;
 static const float idmat[] = {
        1, 0, 0, 0,
        0, 1, 0, 0,
@@ -29,58 +38,82 @@ static const float idmat[] = {
        0, 0, 0, 1
 };
 
-void g3d_init(void)
+int g3d_init(void)
 {
        int i;
 
-       memset(&st, 0, sizeof st);
+       if(!(st = calloc(1, sizeof *st))) {
+               fprintf(stderr, "failed to allocate G3D context\n");
+               return -1;
+       }
 
        for(i=0; i<G3D_NUM_MATRICES; i++) {
-               g3d_set_matrix(i, 0);
+               g3d_matrix_mode(i);
+               g3d_load_identity();
        }
+       return 0;
+}
+
+void g3d_destroy(void)
+{
+       free(st);
 }
 
 void g3d_framebuffer(int width, int height, void *pixels)
 {
-       st.width = width;
-       st.height = height;
-       st.pixels = pixels;
+       st->width = width;
+       st->height = height;
+       st->pixels = pixels;
 }
 
 void g3d_enable(unsigned int opt)
 {
-       st.opt |= opt;
+       st->opt |= opt;
 }
 
 void g3d_disable(unsigned int opt)
 {
-       st.opt &= ~opt;
+       st->opt &= ~opt;
 }
 
 void g3d_setopt(unsigned int opt, unsigned int mask)
 {
-       st.opt = (st.opt & ~mask) | (opt & mask);
+       st->opt = (st->opt & ~mask) | (opt & mask);
 }
 
 unsigned int g3d_getopt(unsigned int mask)
 {
-       return st.opt & mask;
+       return st->opt & mask;
 }
 
-void g3d_set_matrix(int which, const float *m)
+void g3d_front_face(unsigned int order)
 {
-       int top = st.mtop[which];
+       st->frontface = order;
+}
 
-       if(!m) m = idmat;
-       memcpy(st.mat[which][top], m, 16 * sizeof(float));
+void g3d_matrix_mode(int mmode)
+{
+       st->mmode = mmode;
+}
+
+void g3d_load_identity(void)
+{
+       int top = st->mtop[st->mmode];
+       memcpy(st->mat[st->mmode][top], idmat, 16 * sizeof(float));
+}
+
+void g3d_load_matrix(const float *m)
+{
+       int top = st->mtop[st->mmode];
+       memcpy(st->mat[st->mmode][top], m, 16 * sizeof(float));
 }
 
 #define M(i,j) (((i) << 2) + (j))
-void g3d_mult_matrix(int which, const float *m2)
+void g3d_mult_matrix(const float *m2)
 {
-       int i, j, top = st.mtop[which];
+       int i, j, top = st->mtop[st->mmode];
        float m1[16];
-       float *dest = st.mat[which][top];
+       float *dest = st->mat[st->mmode][top];
 
        memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 
@@ -94,36 +127,36 @@ void g3d_mult_matrix(int which, const float *m2)
        }
 }
 
-void g3d_push_matrix(int which)
+void g3d_push_matrix(void)
 {
-       int top = st.mtop[which];
+       int top = st->mtop[st->mmode];
        if(top >= G3D_NUM_MATRICES) {
                fprintf(stderr, "g3d_push_matrix overflow\n");
                return;
        }
-       memcpy(st.mat[which][top + 1], st.mat[which][top], 16 * sizeof(float));
-       st.mtop[which] = top + 1;;
+       memcpy(st->mat[st->mmode][top + 1], st->mat[st->mmode][top], 16 * sizeof(float));
+       st->mtop[st->mmode] = top + 1;
 }
 
-void g3d_pop_matrix(int which)
+void g3d_pop_matrix(void)
 {
-       if(st.mtop[which] <= 0) {
+       if(st->mtop[st->mmode] <= 0) {
                fprintf(stderr, "g3d_pop_matrix underflow\n");
                return;
        }
-       --st.mtop[which];
+       --st->mtop[st->mmode];
 }
 
-void g3d_translate(int which, float x, float y, float z)
+void g3d_translate(float x, float y, float z)
 {
        float m[] = {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1};
        m[12] = x;
        m[13] = y;
        m[14] = z;
-       g3d_mult_matrix(which, m);
+       g3d_mult_matrix(m);
 }
 
-void g3d_rotate(int which, float deg, float x, float y, float z)
+void g3d_rotate(float deg, float x, float y, float z)
 {
        float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 
@@ -144,20 +177,22 @@ void g3d_rotate(int which, float deg, float x, float y, float z)
        m[2] = x * z * one_minus_cosa - y * sina;
        m[6] = y * z * one_minus_cosa + x * sina;
        m[10] = nzsq + (1.0 - nzsq) * cosa;
+       m[15] = 1.0f;
 
-       g3d_mult_matrix(which, m);
+       g3d_mult_matrix(m);
 }
 
-void g3d_scale(int which, float x, float y, float z)
+void g3d_scale(float x, float y, float z)
 {
        float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
        m[0] = x;
        m[5] = y;
        m[10] = z;
-       g3d_mult_matrix(which, m);
+       m[15] = 1.0f;
+       g3d_mult_matrix(m);
 }
 
-void g3d_ortho(int which, float left, float right, float bottom, float top, float znear, float zfar)
+void g3d_ortho(float left, float right, float bottom, float top, float znear, float zfar)
 {
        float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 
@@ -172,10 +207,10 @@ void g3d_ortho(int which, float left, float right, float bottom, float top, floa
        m[13] = -(top + bottom) / dy;
        m[14] = -(zfar + znear) / dz;
 
-       g3d_mult_matrix(which, m);
+       g3d_mult_matrix(m);
 }
 
-void g3d_frustum(int which, float left, float right, float bottom, float top, float nr, float fr)
+void g3d_frustum(float left, float right, float bottom, float top, float nr, float fr)
 {
        float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 
@@ -196,10 +231,10 @@ void g3d_frustum(int which, float left, float right, float bottom, float top, fl
        m[11] = -1.0f;
        m[14] = d;
 
-       g3d_mult_matrix(which, m);
+       g3d_mult_matrix(m);
 }
 
-void g3d_perspective(int which, float vfov_deg, float aspect, float znear, float zfar)
+void g3d_perspective(float vfov_deg, float aspect, float znear, float zfar)
 {
        float m[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 
@@ -213,24 +248,84 @@ void g3d_perspective(int which, float vfov_deg, float aspect, float znear, float
        m[11] = -1.0f;
        m[14] = 2.0f * znear * zfar / range;
 
-       g3d_mult_matrix(which, m);
+       g3d_mult_matrix(m);
 }
 
-void g3d_draw(int prim, int space, const struct g3d_vertex *varr, int varr_size)
+#define CROSS(res, a, b) \
+       do { \
+               (res)[0] = (a)[1] * (b)[2] - (a)[2] * (b)[1]; \
+               (res)[1] = (a)[2] * (b)[0] - (a)[0] * (b)[2]; \
+               (res)[2] = (a)[0] * (b)[1] - (a)[1] * (b)[0]; \
+       } while(0)
+
+void g3d_draw(int prim, const struct g3d_vertex *varr, int varr_size)
 {
        int i;
-       int vnum = prim; /* primitive vertex counts correspond to the enum values */
+       struct pvertex pv[4];
+       struct g3d_vertex v[4];
+       int vnum = prim; /* primitive vertex counts correspond to enum values */
+       int mvtop = st->mtop[G3D_MODELVIEW];
+       int ptop = st->mtop[G3D_PROJECTION];
+
+       /* calc the normal matrix */
+       memcpy(st->norm_mat, st->mat[G3D_MODELVIEW][mvtop], 16 * sizeof(float));
+       st->norm_mat[12] = st->norm_mat[13] = st->norm_mat[14] = 0.0f;
 
        while(varr_size >= vnum) {
-               struct pvertex pv[4];
+               varr_size -= vnum;
 
                for(i=0; i<vnum; i++) {
-                       proc_vertex(pv + i, varr++, space);
+                       v[i] = *varr++;
+
+                       xform4_vec3(st->mat[G3D_MODELVIEW][mvtop], &v[i].x);
+                       xform3_vec3(st->norm_mat, &v[i].nx);
+
+                       if(st->opt & G3D_LIGHTING) {
+                               shade(v + i);
+                       }
+                       xform4_vec3(st->mat[G3D_PROJECTION][ptop], &v[i].x);
                }
 
-               polyfill_wire(pv, vnum);
+               /* TODO clipping */
 
-               varr_size -= vnum;
+               for(i=0; i<vnum; i++) {
+                       if(v[i].w != 0.0f) {
+                               v[i].x /= v[i].w;
+                               v[i].y /= v[i].w;
+                               /*v[i].z /= v[i].w;*/
+                       }
+
+                       /* viewport transformation */
+                       v[i].x = (v[i].x * 0.5f + 0.5f) * (float)st->width;
+                       v[i].y = (0.5f - v[i].y * 0.5f) * (float)st->height;
+
+                       /* convert pos to 24.8 fixed point */
+                       pv[i].x = (int32_t)(v[i].x * 256.0f);
+                       pv[i].y = (int32_t)(v[i].y * 256.0f);
+                       /* convert tex coords to 16.16 fixed point */
+                       pv[i].u = (int32_t)(v[i].u * 65536.0f);
+                       pv[i].v = (int32_t)(v[i].v * 65536.0f);
+                       /* pass the color through as is */
+                       pv[i].r = v[i].r;
+                       pv[i].g = v[i].g;
+                       pv[i].b = v[i].b;
+               }
+
+               /* backface culling */
+               if(vnum > 2 && st->opt & G3D_CULL_FACE) {
+                       int32_t ax = pv[1].x - pv[0].x;
+                       int32_t ay = pv[1].y - pv[0].y;
+                       int32_t bx = pv[2].x - pv[0].x;
+                       int32_t by = pv[2].y - pv[0].y;
+                       int32_t cross_z = ax * (by >> 8) - ay * (bx >> 8);
+                       int sign = (cross_z >> 31) & 1;
+
+                       if(!(sign ^ st->frontface)) {
+                               continue;       /* back-facing */
+                       }
+               }
+
+               polyfill_flat(pv, vnum);
        }
 }
 
@@ -258,64 +353,7 @@ static void xform3_vec3(const float *mat, float *vec)
        vec[2] = z;
 }
 
-#define VEC3(v, x, y, z) do { v[0] = x; v[1] = y; v[2] = z; } while(0)
-#define VEC4(v, x, y, z, w) do { v[0] = x; v[1] = y; v[2] = z; v[3] = w; } while(0)
-
-static void proc_vertex(struct pvertex *res, const struct g3d_vertex *vert, int space)
+static void shade(struct g3d_vertex *v)
 {
-       float pos[4];
-       float norm[3];
-       float color[3];
-       int mvtop = st.mtop[G3D_MODELVIEW];
-       int ptop = st.mtop[G3D_PROJECTION];
-       g3d_matrix norm_mat;
-
-       VEC4(pos, vert->x, vert->y, vert->z, 1.0f);
-       VEC3(norm, vert->nx, vert->ny, vert->nz);
-
-       switch(space) {
-       case G3D_LOCAL_SPACE:
-               memcpy(norm_mat, st.mat[G3D_MODELVIEW][mvtop], 16 * sizeof(float));
-               norm_mat[12] = norm_mat[13] = norm_mat[14] = 0.0f;
-
-               xform4_vec3(pos, st.mat[G3D_MODELVIEW][mvtop]);
-               xform3_vec3(norm, norm_mat);
-
-       case G3D_VIEW_SPACE:
-               if(st.opt & G3D_LIGHTING) {
-                       /* TODO lighting */
-                       color[0] = vert->r;
-                       color[1] = vert->g;
-                       color[2] = vert->b;
-               }
-               xform4_vec3(pos, st.mat[G3D_PROJECTION][ptop]);
-
-       case G3D_CLIP_SPACE:
-               /* TODO clipping */
-               if(pos[3] != 0.0f) {
-                       pos[0] /= pos[3];
-                       pos[1] /= pos[3];
-                       pos[2] /= pos[3];
-               }
-
-       case G3D_SCREEN_SPACE:
-               pos[0] = (pos[0] * 0.5 + 0.5) * (float)st.width;
-               pos[1] = (0.5 - pos[0] * 0.5) * (float)st.height;
-
-       case G3D_PIXEL_SPACE:
-               break;
-       }
-
-       /* convert pos to 24.8 fixed point */
-       res->x = (int32_t)(pos[0] * 256.0f);
-       res->y = (int32_t)(pos[1] * 256.0f);
-
-       /* convert tex coords to 16.16 fixed point */
-       res->u = (int32_t)(vert->u * 65536.0f);
-       res->v = (int32_t)(vert->v * 65536.0f);
-
-       /* pass color through as is */
-       res->r = color[0];
-       res->g = color[1];
-       res->b = color[2];
+       v->r = v->g = v->b = 255;
 }