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

   1 /*
   2 gbajam22 entry for the Gameboy Advance
   3 Copyright (C) 2022  John Tsiombikas <nuclear@mutantstargoat.com>
   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 int cur_cidx;
  33
  34 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount);
  35
  36
  37 void xgl_init(void)
  38 {
  39         xgl_viewport(0, 0, 240, 160);
  40         xgl_load_identity();
  41
  42         ldir[0] = ldir[1] = 0;
  43         ldir[2] = -0x100;
  44 }
  45
  46 void xgl_enable(unsigned int o)
  47 {
  48         opt |= o;
  49 }
  50
  51 void xgl_disable(unsigned int o)
  52 {
  53         opt &= ~o;
  54 }
  55
  56 void xgl_viewport(int x, int y, int w, int h)
  57 {
  58         vp[0] = x;
  59         vp[1] = y;
  60         vp[2] = w;
  61         vp[3] = h;
  62 }
  63
  64 void xgl_push_matrix(void)
  65 {
  66         int prev;
  67
  68         if(mtop >= MAT_STACK_SIZE - 1) return;
  69
  70         prev = mtop++;
  71         memcpy(mat[mtop], mat[prev], sizeof mat[0]);
  72 }
  73
  74 void xgl_pop_matrix(void)
  75 {
  76         if(mtop > 0) mtop--;
  77 }
  78
  79 static int32_t id[] = {
  80         0x10000, 0, 0, 0,
  81         0, 0x10000, 0, 0,
  82         0, 0, 0x10000, 0,
  83         0, 0, 0, 0x10000
  84 };
  85
  86 void xgl_load_identity(void)
  87 {
  88         memcpy(mat[mtop], id, sizeof mat[0]);
  89 }
  90
  91 void xgl_load_matrix(const int32_t *m)
  92 {
  93         memcpy(mat[mtop], m, sizeof mat[0]);
  94 }
  95
  96 void xgl_get_matrix(int32_t *m)
  97 {
  98         memcpy(m, mat[mtop], sizeof mat[0]);
  99 }
 100
 101 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
 102 #define XMUL(a, b)      (((a) >> 8) * ((b) >> 8))
 103 void xgl_mult_matrix(const int32_t *m2)
 104 {
 105         int i, j;
 106         int32_t m1[16];
 107         int32_t *dest = mat[mtop];
 108
 109         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 110
 111         for(i=0; i<4; i++) {
 112                 for(j=0; j<4; j++) {
 113                         *dest++ = XMUL(m1[M(0, j)], m2[M(i, 0)]) +
 114                                 XMUL(m1[M(1, j)], m2[M(i, 1)]) +
 115                                 XMUL(m1[M(2, j)], m2[M(i, 2)]) +
 116                                 XMUL(m1[M(3, j)], m2[M(i, 3)]);
 117                 }
 118         }
 119 }
 120
 121 /* XXX TODO XXX */
 122 #define XSIN(x)         (int32_t)(sin(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 123 #define XCOS(x)         (int32_t)(cos(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 124
 125 void xgl_translate(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 126 {
 127         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 128         m[12] = x;
 129         m[13] = y;
 130         m[14] = z;
 131         xgl_mult_matrix(m);
 132 }
 133
 134 void xgl_rotate_x(int32_t angle)
 135 {
 136         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 137         int32_t sa = XSIN(angle);
 138         int32_t ca = XCOS(angle);
 139         m[5] = ca;
 140         m[6] = sa;
 141         m[9] = -sa;
 142         m[10] = ca;
 143         xgl_mult_matrix(m);
 144 }
 145
 146 void xgl_rotate_y(int32_t angle)
 147 {
 148         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 149         int32_t sa = XSIN(angle);
 150         int32_t ca = XCOS(angle);
 151         m[0] = ca;
 152         m[2] = -sa;
 153         m[8] = sa;
 154         m[10] = ca;
 155         xgl_mult_matrix(m);
 156 }
 157
 158 void xgl_rotate_z(int32_t angle)
 159 {
 160         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 161         int32_t sa = XSIN(angle);
 162         int32_t ca = XCOS(angle);
 163         m[0] = ca;
 164         m[1] = sa;
 165         m[4] = -sa;
 166         m[5] = ca;
 167         xgl_mult_matrix(m);
 168 }
 169
 170 void xgl_scale(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 171 {
 172         int32_t m[16] = {0};
 173         m[0] = x;
 174         m[5] = y;
 175         m[10] = z;
 176         m[15] = 0x10000;
 177         xgl_mult_matrix(m);
 178 }
 179
 180 void xgl_index(int cidx)
 181 {
 182         cur_cidx = cidx;
 183 }
 184
 185 static void xform(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 186 {
 187         out->x = XMUL(m[0], in->x) + XMUL(m[4], in->y) + XMUL(m[8], in->z) + m[12];
 188         out->y = XMUL(m[1], in->x) + XMUL(m[5], in->y) + XMUL(m[9], in->z) + m[13];
 189         out->z = XMUL(m[2], in->x) + XMUL(m[6], in->y) + XMUL(m[10], in->z) + m[14];
 190 }
 191
 192 static void xform_norm(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 193 {
 194         out->nx = XMUL(m[0], in->nx) + XMUL(m[4], in->ny) + XMUL(m[8], in->nz);
 195         out->ny = XMUL(m[1], in->nx) + XMUL(m[5], in->ny) + XMUL(m[9], in->nz);
 196         out->nz = XMUL(m[2], in->nx) + XMUL(m[6], in->ny) + XMUL(m[10], in->nz);
 197 }
 198
 199 /* d = 1.0 / tan(fov/2) */
 200 #define PROJ_D  0x20000
 201 /* near Z = 0.5 */
 202 #define NEAR_Z  0x18000
 203
 204 void xgl_draw(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 205 {
 206         int i, cidx, clipnum;
 207         struct xvertex xv[4], xvclip[8];
 208         struct pvertex pv[4];
 209         int32_t ndotl;
 210
 211         if(prim < 3) {
 212                 draw_ptlines(prim, varr, vcount);
 213                 return;
 214         }
 215
 216         while(vcount >= prim) {
 217                 cidx = cur_cidx;//varr->cidx;
 218
 219                 xform(xv, varr, mat[mtop]);
 220                 xform_norm(xv, varr, mat[mtop]);
 221
 222                 /*
 223                 if(opt & XGL_LIGHTING) {
 224                         ndotl = (xv->nx >> 8) * ldir[0] + (xv->ny >> 8) * ldir[1] + (xv->nz >> 8) * ldir[2];
 225                         if(ndotl < 0) ndotl = 0;
 226                         cidx = 128 + (ndotl >> 9);
 227                         if(cidx > 255) cidx = 255;
 228                 }
 229                 */
 230
 231                 /* transform the rest of the vertices to view space */
 232                 for(i=1; i<prim; i++) {
 233                         xform(xv + i, varr + i, mat[mtop]);
 234                 }
 235
 236                 /* clip against near plane */
 237                 xgl_clip_near(xvclip, &clipnum, xv, prim);
 238
 239                 for(i=0; i<clipnum; i++) {
 240                         xvclip[i].x = (xvclip[i].x << 1) / (xvclip[i].z >> 8);  /* assume aspect: ~2 */
 241                         xvclip[i].y = (xvclip[i].y << 2) / (xvclip[i].z >> 8);  /* the shift is * PROJ_D */
 242                         /* transform result is 24.8 */
 243                         /* viewport */
 244                         pv[i].x = (((xvclip[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 245                         pv[i].y = (((0x100 - xvclip[i].y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 246                 }
 247
 248                 polyfill_flat(pv, clipnum, cidx);
 249 skip_poly:
 250                 varr += prim;
 251                 vcount -= prim;
 252         }
 253 }
 254
 255 void xgl_transform(const struct xvertex *vin, int *x, int *y)
 256 {
 257         struct xvertex v;
 258         xform(&v, vin, mat[mtop]);
 259
 260         v.x = (v.x << 1) / (v.z >> 8);  /* assume aspect: ~2 */
 261         v.y = (v.y << 2) / (v.z >> 8);  /* the shift is * PROJ_D */
 262         /* projection result is 24.8 */
 263         /* viewport */
 264         *x = ((((v.x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 265         *y = ((((0x100 - v.y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 266 }
 267
 268 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 269 {
 270         int i;
 271         struct xvertex xv[2];
 272
 273         while(vcount >= prim) {
 274                 for(i=0; i<prim; i++) {
 275                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 276
 277                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 278                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 279                         /* projection result is 24.8 */
 280                         /* viewport */
 281                         xv[i].x = ((((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 282                         xv[i].y = ((((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 283                         varr++;
 284                 }
 285                 vcount -= prim;
 286
 287                 /* line clipping */
 288 #ifndef ALT_LCLIP
 289                 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);
 290 #endif
 291                 draw_line(xv[0].x, xv[0].y, xv[1].x, xv[1].y, 0xff);
 292         }
 293 }
 294
 295 void xgl_xyzzy(void)
 296 {
 297         mat[mtop][12] = mat[mtop][13] = 0;
 298 }
 299
 300 #define ISECT_NEAR(v0, v1)      ((((v0)->z - NEAR_Z) << 8) / ((v0)->z - (v1)->z))
 301
 302 #define LERP_VATTR(res, v0, v1, t) \
 303         do { \
 304                 (res)->x = (v0)->x + (((v1)->x - (v0)->x) >> 8) * (t);  \
 305                 (res)->y = (v0)->y + (((v1)->y - (v0)->y) >> 8) * (t);  \
 306                 (res)->z = (v0)->z + (((v1)->z - (v0)->z) >> 8) * (t);  \
 307                 (res)->nx = (v0)->nx + (((v1)->nx - (v0)->nx) >> 8) * (t);      \
 308                 (res)->ny = (v0)->ny + (((v1)->ny - (v0)->ny) >> 8) * (t);      \
 309                 (res)->nz = (v0)->nz + (((v1)->nz - (v0)->nz) >> 8) * (t);      \
 310                 (res)->tx = (v0)->tx + (((v1)->tx - (v0)->tx) >> 8) * (t);      \
 311                 (res)->ty = (v0)->ty + (((v1)->ty - (v0)->ty) >> 8) * (t);      \
 312                 (res)->lit = (v0)->lit + (((v1)->lit - (v0)->lit) >> 8) * (t); \
 313         } while(0)
 314
 315 static int clip_edge_near(struct xvertex *poly, int *vnumptr, struct xvertex *v0, struct xvertex *v1)
 316 {
 317         int vnum = *vnumptr;
 318         int in0, in1;
 319         int32_t t;
 320         struct xvertex *vptr;
 321
 322         in0 = v0->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 323         in1 = v1->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 324
 325         if(in0) {
 326                 /* start inside */
 327                 if(in1) {
 328                         /* all inside */
 329                         poly[vnum++] = *v1;     /* append v1 */
 330                         *vnumptr = vnum;
 331                         return 1;
 332                 } else {
 333                         /* going out */
 334                         vptr = poly + vnum;
 335                         t = ISECT_NEAR(v0, v1); /* 24:8 */
 336                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 337                         ++vnum;         /* append new vertex on the intersection point */
 338                 }
 339         } else {
 340                 /* start outside */
 341                 if(in1) {
 342                         /* going in */
 343                         vptr = poly + vnum;
 344                         t = ISECT_NEAR(v0, v1);
 345                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 346                         ++vnum;         /* append new vertex ... */
 347                         /* then append v1 */
 348                         poly[vnum++] = *v1;
 349                 } else {
 350                         /* all outside */
 351                         return -1;
 352                 }
 353         }
 354
 355         *vnumptr = vnum;
 356         return 0;
 357 }
 358
 359 /* special case near-plane clipper */
 360 int xgl_clip_near(struct xvertex *vout, int *voutnum, struct xvertex *vin, int vnum)
 361 {
 362         int i, nextidx, res;
 363         int edges_clipped = 0;
 364
 365         *voutnum = 0;
 366
 367         for(i=0; i<vnum; i++) {
 368                 nextidx = i + 1;
 369                 if(nextidx >= vnum) nextidx = 0;
 370                 res = clip_edge_near(vout, voutnum, vin + i, vin + nextidx);
 371                 if(res == 0) {
 372                         ++edges_clipped;
 373                 }
 374         }
 375
 376         if(*voutnum <= 0) return -1;
 377         return edges_clipped > 0 ? 0 : 1;
 378 }