git.mutantstargoat.com Git - gbajam22/blob - src/voxscape.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <stdint.h>
   5 #include <math.h>
   6 #include <assert.h>
   7 #include "voxscape.h"
   8 #include "debug.h"
   9
  10 /* hardcoded dimensions for the GBA */
  11 #define FBWIDTH         240
  12 #define FBHEIGHT        160
  13 #define FBPITCH         240
  14 /* map size */
  15 #define XSZ                     512
  16 #define YSZ                     512
  17 #define XSHIFT          9
  18 #define XMASK           0x1ff
  19 #define YMASK           0x1ff
  20 #define HSCALE          40
  21
  22
  23 #define NO_LERP
  24
  25 #define XLERP(a, b, t, fp) \
  26         ((((a) << (fp)) + ((b) - (a)) * (t)) >> fp)
  27
  28 enum {
  29         SLICELEN        = 1
  30 };
  31
  32 struct voxscape {
  33         int xsz, ysz;
  34         unsigned char *height;
  35         unsigned char *color;
  36         int xshift, xmask, ymask;
  37
  38         int hfilt, cfilt;
  39
  40         /* framebuffer */
  41         uint16_t *fb;
  42         int fbwidth, fbheight;
  43         int *coltop;
  44         int horizon;
  45
  46         /* view */
  47         int32_t x, y, angle;
  48         int vheight;
  49
  50         /* projection */
  51         int fov, znear, zfar;
  52         int nslices;
  53         int32_t *slicelen;
  54         int proj_dist;
  55
  56         int zfog;       /* fog start Z (0: no fog) */
  57         uint8_t fogcolor;
  58
  59         unsigned int valid;
  60 };
  61
  62 struct voxscape *vox_create(int xsz, int ysz, uint8_t *himg, uint8_t *cimg)
  63 {
  64         struct voxscape *vox;
  65
  66         assert(xsz == XSZ && ysz == YSZ);
  67
  68         if(!(vox = calloc(1, sizeof *vox))) {
  69                 return 0;
  70         }
  71         vox->height = himg;
  72         vox->color = cimg;
  73         vox->xsz = xsz;
  74         vox->ysz = ysz;
  75
  76         vox->xmask = vox->xsz - 1;
  77         vox->ymask = vox->ysz - 1;
  78
  79         vox->xshift = -1;
  80         while(xsz) {
  81                 xsz >>= 1;
  82                 vox->xshift++;
  83         }
  84
  85         vox->vheight = 80;
  86         vox->proj_dist = 4;     /* TODO */
  87
  88         return vox;
  89 }
  90
  91 void vox_free(struct voxscape *vox)
  92 {
  93         if(!vox) return;
  94
  95         free(vox->color);
  96         free(vox->height);
  97         free(vox->coltop);
  98         free(vox->slicelen);
  99         free(vox);
 100 }
 101
 102 uint8_t *vox_texture(struct voxscape *vox, uint8_t *data)
 103 {
 104         if(data) {
 105                 memcpy(vox->color, data, vox->xsz * vox->ysz);
 106         }
 107         return vox->color;
 108 }
 109
 110 uint8_t *vox_heightmap(struct voxscape *vox, uint8_t *data)
 111 {
 112         if(data) {
 113                 memcpy(vox->height, data, vox->xsz * vox->ysz);
 114         }
 115         return vox->height;
 116 }
 117
 118 void vox_fog(struct voxscape *vox, int zstart, uint8_t color)
 119 {
 120         vox->zfog = zstart;
 121         vox->fogcolor = color;
 122 }
 123
 124 #define H(x, y) \
 125         vox->height[((((y) >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + (((x) >> 16) & XMASK)]
 126 #define C(x, y) \
 127         vox->color[((((y) >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + (((x) >> 16) & XMASK)]
 128
 129 #ifdef NO_LERP
 130 #define vox_height(vox, x, y)   H(x, y)
 131 #define vox_color(vox, x, y)    C(x, y)
 132
 133 #else
 134
 135 int vox_height(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y)
 136 {
 137         int32_t u, v;
 138         int h00, h01, h10, h11, h0, h1;
 139
 140         if(!vox->hfilt) {
 141                 return H(x, y);
 142         }
 143
 144         h00 = H(x, y);
 145         h01 = H(x, y + 0x10000);
 146         h10 = H(x + 0x10000, y);
 147         h11 = H(x + 0x10000, y + 0x10000);
 148
 149         u = x & 0xffff;
 150         v = y & 0xffff;
 151
 152         h0 = XLERP(h00, h01, v, 16);
 153         h1 = XLERP(h10, h11, v, 16);
 154         return XLERP(h0, h1, u, 16);
 155 }
 156
 157 int vox_color(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y)
 158 {
 159         int32_t u, v;
 160         int c00, c01, c10, c11, c0, c1;
 161
 162         if(!vox->cfilt) {
 163                 return C(x, y);
 164         }
 165
 166         c00 = C(x, y);
 167         c01 = C(x, y + 0x10000);
 168         c10 = C(x + 0x10000, y);
 169         c11 = C(x + 0x10000, y + 0x10000);
 170
 171         u = x & 0xffff;
 172         v = y & 0xffff;
 173
 174         c0 = XLERP(c00, c01, v, 16);
 175         c1 = XLERP(c10, c11, v, 16);
 176         return XLERP(c0, c1, u, 16);
 177 }
 178 #endif  /* !NO_LERP */
 179
 180
 181 void vox_filter(struct voxscape *vox, int hfilt, int cfilt)
 182 {
 183         vox->hfilt = hfilt;
 184         vox->cfilt = cfilt;
 185 }
 186
 187 void vox_framebuf(struct voxscape *vox, int xres, int yres, void *fb, int horizon)
 188 {
 189         if(xres != vox->fbwidth) {
 190                 if(!(vox->coltop = iwram_sbrk(xres * sizeof *vox->coltop))) {
 191                         panic(get_pc(), "vox_framebuf: failed to allocate column table (%d)\n", xres);
 192                         return;
 193                 }
 194         }
 195         vox->fb = fb;
 196         vox->fbwidth = xres;
 197         vox->fbheight = yres;
 198         vox->horizon = horizon >= 0 ? horizon : (vox->fbheight >> 1);
 199 }
 200
 201 void vox_view(struct voxscape *vox, int32_t x, int32_t y, int h, int32_t angle)
 202 {
 203         if(h < 0) {
 204                 h = vox_height(vox, x, y) - h;
 205         }
 206
 207         vox->x = x;
 208         vox->y = y;
 209         vox->vheight = h;
 210         vox->angle = angle;
 211
 212         vox->valid &= ~SLICELEN;
 213 }
 214
 215 void vox_proj(struct voxscape *vox, int fov, int znear, int zfar)
 216 {
 217         vox->fov = fov;
 218         vox->znear = znear;
 219         vox->zfar = zfar;
 220
 221         vox->nslices = vox->zfar - vox->znear;
 222         free(vox->slicelen);
 223         if(!(vox->slicelen = iwram_sbrk(vox->nslices * sizeof *vox->slicelen))) {
 224                 panic(get_pc(), "vox_proj: failed to allocate slice length table (%d)\n", vox->nslices);
 225                 return;
 226         }
 227
 228         vox->valid &= ~SLICELEN;
 229 }
 230
 231 /* algorithm:
 232  * calculate extents of horizontal equidistant line from the viewer based on fov
 233  * for each column step along this line and compute height for each pixel
 234  * fill the visible (top) part of each column
 235  */
 236 ARM_IWRAM
 237 void vox_render(struct voxscape *vox)
 238 {
 239         int i;
 240
 241         vox_begin(vox);
 242         for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 243                 /*if(i >= 10 && (i & 1) == 0) {
 244                         continue;
 245                 }*/
 246                 vox_render_slice(vox, i);
 247         }
 248 }
 249
 250 ARM_IWRAM
 251 void vox_begin(struct voxscape *vox)
 252 {
 253         int i;
 254
 255         memset(vox->coltop, 0, FBWIDTH * sizeof *vox->coltop);
 256
 257         if(!(vox->valid & SLICELEN)) {
 258                 float theta = (float)vox->fov * M_PI / 360.0f;  /* half angle */
 259                 for(i=0; i<vox->nslices; i++) {
 260                         vox->slicelen[i] = (int32_t)((vox->znear + i) * tan(theta) * 4.0f * 65536.0f);
 261                 }
 262                 vox->valid |= SLICELEN;
 263         }
 264 }
 265
 266 ARM_IWRAM
 267 void vox_render_slice(struct voxscape *vox, int n)
 268 {
 269         int i, j, hval, last_hval, colstart, colheight, col, z, offs, last_offs = -1;
 270         int32_t x, y, len, xstep, ystep;
 271         uint8_t color, last_col;
 272         uint16_t *fbptr;
 273
 274         z = vox->znear + n;
 275
 276         len = vox->slicelen[n] >> 8;
 277         xstep = (((COS(vox->angle) >> 4) * len) >> 4) / (FBWIDTH / 2);
 278         ystep = (((SIN(vox->angle) >> 4) * len) >> 4) / (FBWIDTH / 2);
 279
 280         x = vox->x - SIN(vox->angle) * z - xstep * (FBWIDTH / 4);
 281         y = vox->y + COS(vox->angle) * z - ystep * (FBWIDTH / 4);
 282
 283         for(i=0; i<FBWIDTH/2; i++) {
 284                 col = i << 1;
 285                 offs = (((y >> 16) & YMASK) << XSHIFT) + ((x >> 16) & XMASK);
 286                 if(offs == last_offs) {
 287                         hval = last_hval;
 288                         color = last_col;
 289                 } else {
 290                         hval = vox->height[offs] - vox->vheight;
 291                         hval = hval * HSCALE / (vox->znear + n) + vox->horizon;
 292                         if(hval > FBHEIGHT) hval = FBHEIGHT;
 293                         color = vox->color[offs];
 294                         last_offs = offs;
 295                         last_hval = hval;
 296                         last_col = color;
 297                 }
 298                 if(hval > vox->coltop[col]) {
 299                         colstart = FBHEIGHT - hval;
 300                         colheight = hval - vox->coltop[col];
 301                         fbptr = vox->fb + colstart * (FBPITCH / 2) + i;
 302
 303                         for(j=0; j<colheight; j++) {
 304                                 *fbptr = color | ((uint16_t)color << 8);
 305                                 fbptr += FBPITCH / 2;
 306                         }
 307                         vox->coltop[col] = hval;
 308                 }
 309                 x += xstep;
 310                 y += ystep;
 311         }
 312 }
 313
 314 ARM_IWRAM
 315 void vox_sky_solid(struct voxscape *vox, uint8_t color)
 316 {
 317         int i, j, colheight;
 318         uint16_t *fbptr;
 319
 320         for(i=0; i<FBWIDTH / 2; i++) {
 321                 fbptr = vox->fb + i;
 322                 colheight = FBHEIGHT - vox->coltop[i << 1];
 323
 324                 for(j=0; j<colheight; j++) {
 325                         *fbptr = color | ((uint16_t)color << 8);
 326                         fbptr += FBPITCH / 2;
 327                 }
 328         }
 329 }
 330
 331 ARM_IWRAM
 332 void vox_sky_grad(struct voxscape *vox, uint8_t chor, uint8_t ctop)
 333 {
 334         int i, j, colheight, t;
 335         int d = FBHEIGHT - vox->horizon;
 336         uint8_t grad[FBHEIGHT];
 337         uint16_t *fbptr;
 338
 339         for(i=0; i<d; i++) {
 340                 t = (i << 16) / d;
 341                 grad[i] = XLERP(ctop, chor, t, 16);
 342         }
 343         for(i=d; i<FBHEIGHT; i++) {
 344                 grad[i] = chor;
 345         }
 346
 347         for(i=0; i<FBWIDTH / 2; i++) {
 348                 fbptr = vox->fb + i;
 349                 colheight = FBHEIGHT - vox->coltop[i << 1];
 350
 351                 for(j=0; j<colheight; j++) {
 352                         *fbptr = grad[j] | ((uint16_t)grad[j] << 8);
 353                         fbptr += FBPITCH / 2;
 354                 }
 355         }
 356 }