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 void xgl_init(void)
  33 {
  34         xgl_viewport(0, 0, 240, 160);
  35         xgl_load_identity();
  36
  37         ldir[0] = ldir[1] = 0;
  38         ldir[2] = -0x100;
  39 }
  40
  41 void xgl_enable(unsigned int o)
  42 {
  43         opt |= o;
  44 }
  45
  46 void xgl_disable(unsigned int o)
  47 {
  48         opt &= ~o;
  49 }
  50
  51 void xgl_viewport(int x, int y, int w, int h)
  52 {
  53         vp[0] = x;
  54         vp[1] = y;
  55         vp[2] = w;
  56         vp[3] = h;
  57 }
  58
  59 void xgl_push_matrix(void)
  60 {
  61         int prev;
  62
  63         if(mtop >= MAT_STACK_SIZE - 1) return;
  64
  65         prev = mtop++;
  66         memcpy(mat[mtop], mat[prev], sizeof mat[0]);
  67 }
  68
  69 void xgl_pop_matrix(void)
  70 {
  71         if(mtop > 0) mtop--;
  72 }
  73
  74 static const int32_t id[] = {
  75         0x10000, 0, 0, 0,
  76         0, 0x10000, 0, 0,
  77         0, 0, 0x10000, 0,
  78         0, 0, 0, 0x10000
  79 };
  80
  81 void xgl_load_identity(void)
  82 {
  83         xgl_load_matrix(id);
  84 }
  85
  86 void xgl_load_matrix(const int32_t *m)
  87 {
  88         memcpy(mat[mtop], m, sizeof mat[0]);
  89 }
  90
  91 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
  92 #define XMUL(a, b)      (((a) >> 8) * ((b) >> 8))
  93 void xgl_mult_matrix(const int32_t *m2)
  94 {
  95         int i, j;
  96         int32_t m1[16];
  97         int32_t *dest = mat[mtop];
  98
  99         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 100
 101         for(i=0; i<4; i++) {
 102                 for(j=0; j<4; j++) {
 103                         *dest++ = XMUL(m1[M(0, j)], m2[M(i, 0)]) +
 104                                 XMUL(m1[M(1, j)], m2[M(i, 1)]) +
 105                                 XMUL(m1[M(2, j)], m2[M(i, 2)]) +
 106                                 XMUL(m1[M(3, j)], m2[M(i, 3)]);
 107                 }
 108         }
 109 }
 110
 111 #define XSIN(x)         (int32_t)(sin(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 112 #define XCOS(x)         (int32_t)(cos(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 113
 114 void xgl_translate(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 115 {
 116         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 117         m[12] = x;
 118         m[13] = y;
 119         m[14] = z;
 120         xgl_mult_matrix(m);
 121 }
 122
 123 void xgl_rotate_x(int32_t angle)
 124 {
 125         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 126         int32_t sa = XSIN(angle);
 127         int32_t ca = XCOS(angle);
 128         m[5] = ca;
 129         m[6] = sa;
 130         m[9] = -sa;
 131         m[10] = ca;
 132         xgl_mult_matrix(m);
 133 }
 134
 135 void xgl_rotate_y(int32_t angle)
 136 {
 137         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 138         int32_t sa = XSIN(angle);
 139         int32_t ca = XCOS(angle);
 140         m[0] = ca;
 141         m[2] = -sa;
 142         m[8] = sa;
 143         m[10] = ca;
 144         xgl_mult_matrix(m);
 145 }
 146
 147 void xgl_rotate_z(int32_t angle)
 148 {
 149         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 150         int32_t sa = XSIN(angle);
 151         int32_t ca = XCOS(angle);
 152         m[0] = ca;
 153         m[1] = sa;
 154         m[4] = -sa;
 155         m[5] = ca;
 156         xgl_mult_matrix(m);
 157 }
 158
 159 void xgl_scale(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 160 {
 161         int32_t m[16] = {0};
 162         m[0] = x;
 163         m[5] = y;
 164         m[10] = z;
 165         m[15] = 0x10000;
 166         xgl_mult_matrix(m);
 167 }
 168
 169 static void xform(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 170 {
 171         out->x = XMUL(m[0], in->x) + XMUL(m[4], in->y) + XMUL(m[8], in->z) + m[12];
 172         out->y = XMUL(m[1], in->x) + XMUL(m[5], in->y) + XMUL(m[9], in->z) + m[13];
 173         out->z = XMUL(m[2], in->x) + XMUL(m[6], in->y) + XMUL(m[10], in->z) + m[14];
 174 }
 175
 176 static void xform_norm(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 177 {
 178         out->nx = XMUL(m[0], in->nx) + XMUL(m[4], in->ny) + XMUL(m[8], in->nz);
 179         out->ny = XMUL(m[1], in->nx) + XMUL(m[5], in->ny) + XMUL(m[9], in->nz);
 180         out->nz = XMUL(m[2], in->nx) + XMUL(m[6], in->ny) + XMUL(m[10], in->nz);
 181 }
 182
 183 /* d = 1.0 / tan(fov/2) */
 184 #define PROJ_D  0x20000
 185
 186 void xgl_draw(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 187 {
 188         int i, cidx;
 189         struct xvertex xv[4];
 190         struct pvertex pv[4];
 191         int32_t ndotl;
 192
 193         while(vcount >= prim) {
 194                 cidx = varr->cidx;
 195
 196                 xform(xv, varr, mat[mtop]);
 197                 xform_norm(xv, varr, mat[mtop]);
 198
 199                 if(xv->nz > 0) {
 200                         /* backface */
 201                         varr += prim;
 202                         vcount -= prim;
 203                         continue;
 204                 }
 205
 206                 if(opt & XGL_LIGHTING) {
 207                         ndotl = (xv->nx >> 8) * ldir[0] + (xv->ny >> 8) * ldir[1] + (xv->nz >> 8) * ldir[2];
 208                         if(ndotl < 0) ndotl = 0;
 209                         cidx = 128 + (ndotl >> 9);
 210                         if(cidx > 255) cidx = 255;
 211                 }
 212
 213                 xv->x = (xv->x << 1) / (xv->z >> 8);    /* assume aspect: ~2 */
 214                 xv->y = (xv->y << 2) / (xv->z >> 8);    /* the shift is * PROJ_D */
 215                 /* projection result is 24.8 */
 216                 /* viewport */
 217                 pv->x = (((xv->x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 218                 pv->y = (((0x100 - xv->y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 219                 varr++;
 220
 221                 for(i=1; i<prim; i++) {
 222                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 223
 224                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 225                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 226                         /* projection result is 24.8 */
 227                         /* viewport */
 228                         pv[i].x = (((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 229                         pv[i].y = (((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 230                         varr++;
 231                 }
 232                 vcount -= prim;
 233
 234                 polyfill_flat(pv, prim, cidx);
 235         }
 236 }