git.mutantstargoat.com Git - gba_blender/blob - src/xgl.c

   1 /*
   2 blender for the Gameboy Advance
   3 Copyright (C) 2021  John Tsiombikas <nuclear@member.fsf.org>
   4
   5 This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   6 it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7 the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   8 (at your option) any later version.
   9
  10 This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13 GNU General Public License for more details.
  14
  15 You should have received a copy of the GNU General Public License
  16 along with this program.  If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
  17 */
  18 #include <string.h>
  19 #include <math.h>
  20 #include "xgl.h"
  21 #include "polyfill.h"
  22 #include "debug.h"
  23
  24 #define MAT_STACK_SIZE  4
  25
  26 static int vp[4];
  27 static int32_t mat[MAT_STACK_SIZE][16];
  28 static int mtop;
  29 static unsigned int opt;
  30 static int32_t ldir[3];
  31
  32 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount);
  33
  34
  35 void xgl_init(void)
  36 {
  37         xgl_viewport(0, 0, 240, 160);
  38         xgl_load_identity();
  39
  40         ldir[0] = ldir[1] = 0;
  41         ldir[2] = -0x100;
  42 }
  43
  44 void xgl_enable(unsigned int o)
  45 {
  46         opt |= o;
  47 }
  48
  49 void xgl_disable(unsigned int o)
  50 {
  51         opt &= ~o;
  52 }
  53
  54 void xgl_viewport(int x, int y, int w, int h)
  55 {
  56         vp[0] = x;
  57         vp[1] = y;
  58         vp[2] = w;
  59         vp[3] = h;
  60 }
  61
  62 void xgl_push_matrix(void)
  63 {
  64         int prev;
  65
  66         if(mtop >= MAT_STACK_SIZE - 1) return;
  67
  68         prev = mtop++;
  69         memcpy(mat[mtop], mat[prev], sizeof mat[0]);
  70 }
  71
  72 void xgl_pop_matrix(void)
  73 {
  74         if(mtop > 0) mtop--;
  75 }
  76
  77 static const int32_t id[] = {
  78         0x10000, 0, 0, 0,
  79         0, 0x10000, 0, 0,
  80         0, 0, 0x10000, 0,
  81         0, 0, 0, 0x10000
  82 };
  83
  84 void xgl_load_identity(void)
  85 {
  86         xgl_load_matrix(id);
  87 }
  88
  89 void xgl_load_matrix(const int32_t *m)
  90 {
  91         memcpy(mat[mtop], m, sizeof mat[0]);
  92 }
  93
  94 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
  95 #define XMUL(a, b)      (((a) >> 8) * ((b) >> 8))
  96 void xgl_mult_matrix(const int32_t *m2)
  97 {
  98         int i, j;
  99         int32_t m1[16];
 100         int32_t *dest = mat[mtop];
 101
 102         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 103
 104         for(i=0; i<4; i++) {
 105                 for(j=0; j<4; j++) {
 106                         *dest++ = XMUL(m1[M(0, j)], m2[M(i, 0)]) +
 107                                 XMUL(m1[M(1, j)], m2[M(i, 1)]) +
 108                                 XMUL(m1[M(2, j)], m2[M(i, 2)]) +
 109                                 XMUL(m1[M(3, j)], m2[M(i, 3)]);
 110                 }
 111         }
 112 }
 113
 114 #define XSIN(x)         (int32_t)(sin(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 115 #define XCOS(x)         (int32_t)(cos(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 116
 117 void xgl_translate(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 118 {
 119         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 120         m[12] = x;
 121         m[13] = y;
 122         m[14] = z;
 123         xgl_mult_matrix(m);
 124 }
 125
 126 void xgl_rotate_x(int32_t angle)
 127 {
 128         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 129         int32_t sa = XSIN(angle);
 130         int32_t ca = XCOS(angle);
 131         m[5] = ca;
 132         m[6] = sa;
 133         m[9] = -sa;
 134         m[10] = ca;
 135         xgl_mult_matrix(m);
 136 }
 137
 138 void xgl_rotate_y(int32_t angle)
 139 {
 140         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 141         int32_t sa = XSIN(angle);
 142         int32_t ca = XCOS(angle);
 143         m[0] = ca;
 144         m[2] = -sa;
 145         m[8] = sa;
 146         m[10] = ca;
 147         xgl_mult_matrix(m);
 148 }
 149
 150 void xgl_rotate_z(int32_t angle)
 151 {
 152         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 153         int32_t sa = XSIN(angle);
 154         int32_t ca = XCOS(angle);
 155         m[0] = ca;
 156         m[1] = sa;
 157         m[4] = -sa;
 158         m[5] = ca;
 159         xgl_mult_matrix(m);
 160 }
 161
 162 void xgl_scale(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 163 {
 164         int32_t m[16] = {0};
 165         m[0] = x;
 166         m[5] = y;
 167         m[10] = z;
 168         m[15] = 0x10000;
 169         xgl_mult_matrix(m);
 170 }
 171
 172 static void xform(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 173 {
 174         out->x = XMUL(m[0], in->x) + XMUL(m[4], in->y) + XMUL(m[8], in->z) + m[12];
 175         out->y = XMUL(m[1], in->x) + XMUL(m[5], in->y) + XMUL(m[9], in->z) + m[13];
 176         out->z = XMUL(m[2], in->x) + XMUL(m[6], in->y) + XMUL(m[10], in->z) + m[14];
 177 }
 178
 179 static void xform_norm(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 180 {
 181         out->nx = XMUL(m[0], in->nx) + XMUL(m[4], in->ny) + XMUL(m[8], in->nz);
 182         out->ny = XMUL(m[1], in->nx) + XMUL(m[5], in->ny) + XMUL(m[9], in->nz);
 183         out->nz = XMUL(m[2], in->nx) + XMUL(m[6], in->ny) + XMUL(m[10], in->nz);
 184 }
 185
 186 /* d = 1.0 / tan(fov/2) */
 187 #define PROJ_D  0x20000
 188
 189 void xgl_draw(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 190 {
 191         int i, cidx;
 192         struct xvertex xv[4];
 193         struct pvertex pv[4];
 194         int32_t ndotl;
 195
 196         if(prim < 3) {
 197                 draw_ptlines(prim, varr, vcount);
 198                 return;
 199         }
 200
 201         while(vcount >= prim) {
 202                 cidx = varr->cidx;
 203
 204                 xform(xv, varr, mat[mtop]);
 205                 xform_norm(xv, varr, mat[mtop]);
 206
 207                 if(xv->nz > 0) {
 208                         /* backface */
 209                         varr += prim;
 210                         vcount -= prim;
 211                         continue;
 212                 }
 213
 214                 if(opt & XGL_LIGHTING) {
 215                         ndotl = (xv->nx >> 8) * ldir[0] + (xv->ny >> 8) * ldir[1] + (xv->nz >> 8) * ldir[2];
 216                         if(ndotl < 0) ndotl = 0;
 217                         cidx = 128 + (ndotl >> 9);
 218                         if(cidx > 255) cidx = 255;
 219                 }
 220
 221                 xv->x = (xv->x << 1) / (xv->z >> 8);    /* assume aspect: ~2 */
 222                 xv->y = (xv->y << 2) / (xv->z >> 8);    /* the shift is * PROJ_D */
 223                 /* projection result is 24.8 */
 224                 /* viewport */
 225                 pv->x = (((xv->x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 226                 pv->y = (((0x100 - xv->y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 227                 varr++;
 228
 229                 for(i=1; i<prim; i++) {
 230                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 231
 232                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 233                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 234                         /* projection result is 24.8 */
 235                         /* viewport */
 236                         pv[i].x = (((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 237                         pv[i].y = (((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 238                         varr++;
 239                 }
 240                 vcount -= prim;
 241
 242                 polyfill_flat(pv, prim, cidx);
 243         }
 244 }
 245
 246 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 247 {
 248         int i;
 249         struct xvertex xv[2];
 250
 251         while(vcount >= prim) {
 252                 for(i=0; i<prim; i++) {
 253                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 254
 255                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 256                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 257                         /* projection result is 24.8 */
 258                         /* viewport */
 259                         xv[i].x = ((((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 260                         xv[i].y = ((((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 261                         varr++;
 262                 }
 263                 vcount -= prim;
 264
 265                 /* line clipping */
 266                 clip_line((int*)&xv[0].x, (int*)&xv[0].y, (int*)&xv[1].x, (int*)&xv[1].y, vp[0], vp[1], vp[2] - 1, vp[3] - 1);
 267                 draw_line(xv[0].x, xv[0].y, xv[1].x, xv[1].y, varr[-2].cidx);
 268         }
 269 }