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 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         memcpy(mat[mtop], id, sizeof mat[0]);
  87 }
  88
  89 void xgl_load_matrix(const int32_t *m)
  90 {
  91         memcpy(mat[mtop], m, sizeof mat[0]);
  92 }
  93
  94 void xgl_get_matrix(int32_t *m)
  95 {
  96         memcpy(m, mat[mtop], sizeof mat[0]);
  97 }
  98
  99 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
 100 #define XMUL(a, b)      (((a) >> 8) * ((b) >> 8))
 101 void xgl_mult_matrix(const int32_t *m2)
 102 {
 103         int i, j;
 104         int32_t m1[16];
 105         int32_t *dest = mat[mtop];
 106
 107         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 108
 109         for(i=0; i<4; i++) {
 110                 for(j=0; j<4; j++) {
 111                         *dest++ = XMUL(m1[M(0, j)], m2[M(i, 0)]) +
 112                                 XMUL(m1[M(1, j)], m2[M(i, 1)]) +
 113                                 XMUL(m1[M(2, j)], m2[M(i, 2)]) +
 114                                 XMUL(m1[M(3, j)], m2[M(i, 3)]);
 115                 }
 116         }
 117 }
 118
 119 #define XSIN(x)         (int32_t)(sin(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 120 #define XCOS(x)         (int32_t)(cos(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 121
 122 void xgl_translate(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 123 {
 124         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 125         m[12] = x;
 126         m[13] = y;
 127         m[14] = z;
 128         xgl_mult_matrix(m);
 129 }
 130
 131 void xgl_rotate_x(int32_t angle)
 132 {
 133         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 134         int32_t sa = XSIN(angle);
 135         int32_t ca = XCOS(angle);
 136         m[5] = ca;
 137         m[6] = sa;
 138         m[9] = -sa;
 139         m[10] = ca;
 140         xgl_mult_matrix(m);
 141 }
 142
 143 void xgl_rotate_y(int32_t angle)
 144 {
 145         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 146         int32_t sa = XSIN(angle);
 147         int32_t ca = XCOS(angle);
 148         m[0] = ca;
 149         m[2] = -sa;
 150         m[8] = sa;
 151         m[10] = ca;
 152         xgl_mult_matrix(m);
 153 }
 154
 155 void xgl_rotate_z(int32_t angle)
 156 {
 157         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 158         int32_t sa = XSIN(angle);
 159         int32_t ca = XCOS(angle);
 160         m[0] = ca;
 161         m[1] = sa;
 162         m[4] = -sa;
 163         m[5] = ca;
 164         xgl_mult_matrix(m);
 165 }
 166
 167 void xgl_scale(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 168 {
 169         int32_t m[16] = {0};
 170         m[0] = x;
 171         m[5] = y;
 172         m[10] = z;
 173         m[15] = 0x10000;
 174         xgl_mult_matrix(m);
 175 }
 176
 177 static void xform(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 178 {
 179         out->x = XMUL(m[0], in->x) + XMUL(m[4], in->y) + XMUL(m[8], in->z) + m[12];
 180         out->y = XMUL(m[1], in->x) + XMUL(m[5], in->y) + XMUL(m[9], in->z) + m[13];
 181         out->z = XMUL(m[2], in->x) + XMUL(m[6], in->y) + XMUL(m[10], in->z) + m[14];
 182 }
 183
 184 static void xform_norm(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 185 {
 186         out->nx = XMUL(m[0], in->nx) + XMUL(m[4], in->ny) + XMUL(m[8], in->nz);
 187         out->ny = XMUL(m[1], in->nx) + XMUL(m[5], in->ny) + XMUL(m[9], in->nz);
 188         out->nz = XMUL(m[2], in->nx) + XMUL(m[6], in->ny) + XMUL(m[10], in->nz);
 189 }
 190
 191 /* d = 1.0 / tan(fov/2) */
 192 #define PROJ_D  0x20000
 193
 194 void xgl_draw(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 195 {
 196         int i, cidx;
 197         struct xvertex xv[4];
 198         struct pvertex pv[4];
 199         int32_t ndotl;
 200
 201         if(prim < 3) {
 202                 draw_ptlines(prim, varr, vcount);
 203                 return;
 204         }
 205
 206         while(vcount >= prim) {
 207                 cidx = varr->cidx;
 208
 209                 xform(xv, varr, mat[mtop]);
 210                 xform_norm(xv, varr, mat[mtop]);
 211
 212                 if(xv->nz > 0) {
 213                         /* backface */
 214                         varr += prim;
 215                         vcount -= prim;
 216                         continue;
 217                 }
 218
 219                 if(opt & XGL_LIGHTING) {
 220                         ndotl = (xv->nx >> 8) * ldir[0] + (xv->ny >> 8) * ldir[1] + (xv->nz >> 8) * ldir[2];
 221                         if(ndotl < 0) ndotl = 0;
 222                         cidx = 128 + (ndotl >> 9);
 223                         if(cidx > 255) cidx = 255;
 224                 }
 225
 226                 xv->x = (xv->x << 1) / (xv->z >> 8);    /* assume aspect: ~2 */
 227                 xv->y = (xv->y << 2) / (xv->z >> 8);    /* the shift is * PROJ_D */
 228                 /* projection result is 24.8 */
 229                 /* viewport */
 230                 pv->x = (((xv->x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 231                 pv->y = (((0x100 - xv->y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 232                 varr++;
 233
 234                 for(i=1; i<prim; i++) {
 235                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 236
 237                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 238                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 239                         /* projection result is 24.8 */
 240                         /* viewport */
 241                         pv[i].x = (((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 242                         pv[i].y = (((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 243                         varr++;
 244                 }
 245                 vcount -= prim;
 246
 247                 polyfill_flat(pv, prim, cidx);
 248         }
 249 }
 250
 251 void xgl_transform(const struct xvertex *vin, int *x, int *y)
 252 {
 253         struct xvertex v;
 254         xform(&v, vin, mat[mtop]);
 255
 256         v.x = (v.x << 1) / (v.z >> 8);  /* assume aspect: ~2 */
 257         v.y = (v.y << 2) / (v.z >> 8);  /* the shift is * PROJ_D */
 258         /* projection result is 24.8 */
 259         /* viewport */
 260         *x = ((((v.x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 261         *y = ((((0x100 - v.y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 262 }
 263
 264 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 265 {
 266         int i;
 267         struct xvertex xv[2];
 268
 269         while(vcount >= prim) {
 270                 for(i=0; i<prim; i++) {
 271                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 272
 273                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 274                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 275                         /* projection result is 24.8 */
 276                         /* viewport */
 277                         xv[i].x = ((((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 278                         xv[i].y = ((((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 279                         varr++;
 280                 }
 281                 vcount -= prim;
 282
 283                 /* line clipping */
 284 #ifndef ALT_LCLIP
 285                 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);
 286 #endif
 287                 draw_line(xv[0].x, xv[0].y, xv[1].x, xv[1].y, varr[-2].cidx);
 288         }
 289 }
 290
 291 void xgl_xyzzy(void)
 292 {
 293         mat[mtop][12] = mat[mtop][13] = 0;
 294 }