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 #include "util.h"
  24
  25 #define MAT_STACK_SIZE  4
  26
  27 static int vp[4];
  28 static int32_t mat[MAT_STACK_SIZE][16];
  29 static int mtop;
  30 static unsigned int opt;
  31 static int32_t ldir[3];
  32
  33 static int cur_cidx;
  34
  35 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount);
  36
  37
  38 void xgl_init(void)
  39 {
  40         xgl_viewport(0, 0, 240, 160);
  41         xgl_load_identity();
  42
  43         ldir[0] = ldir[1] = 0;
  44         ldir[2] = -0x100;
  45 }
  46
  47 void xgl_enable(unsigned int o)
  48 {
  49         opt |= o;
  50 }
  51
  52 void xgl_disable(unsigned int o)
  53 {
  54         opt &= ~o;
  55 }
  56
  57 void xgl_viewport(int x, int y, int w, int h)
  58 {
  59         vp[0] = x;
  60         vp[1] = y;
  61         vp[2] = w;
  62         vp[3] = h;
  63 }
  64
  65 void xgl_push_matrix(void)
  66 {
  67         int prev;
  68
  69         if(mtop >= MAT_STACK_SIZE - 1) return;
  70
  71         prev = mtop++;
  72         memcpy(mat[mtop], mat[prev], sizeof mat[0]);
  73 }
  74
  75 void xgl_pop_matrix(void)
  76 {
  77         if(mtop > 0) mtop--;
  78 }
  79
  80 static int32_t id[] = {
  81         0x10000, 0, 0, 0,
  82         0, 0x10000, 0, 0,
  83         0, 0, 0x10000, 0,
  84         0, 0, 0, 0x10000
  85 };
  86
  87 void xgl_load_identity(void)
  88 {
  89         memcpy(mat[mtop], id, sizeof mat[0]);
  90 }
  91
  92 void xgl_load_matrix(const int32_t *m)
  93 {
  94         memcpy(mat[mtop], m, sizeof mat[0]);
  95 }
  96
  97 void xgl_get_matrix(int32_t *m)
  98 {
  99         memcpy(m, mat[mtop], sizeof mat[0]);
 100 }
 101
 102 #define M(i,j)  (((i) << 2) + (j))
 103 #define XMUL(a, b)      (((a) >> 8) * ((b) >> 8))
 104 void xgl_mult_matrix(const int32_t *m2)
 105 {
 106         int i, j;
 107         int32_t m1[16];
 108         int32_t *dest = mat[mtop];
 109
 110         memcpy(m1, dest, sizeof m1);
 111
 112         for(i=0; i<4; i++) {
 113                 for(j=0; j<4; j++) {
 114                         *dest++ = XMUL(m1[M(0, j)], m2[M(i, 0)]) +
 115                                 XMUL(m1[M(1, j)], m2[M(i, 1)]) +
 116                                 XMUL(m1[M(2, j)], m2[M(i, 2)]) +
 117                                 XMUL(m1[M(3, j)], m2[M(i, 3)]);
 118                 }
 119         }
 120 }
 121
 122 #if 0
 123 #define XSIN(x)         (int32_t)(sin(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 124 #define XCOS(x)         (int32_t)(cos(x / 65536.0f) * 65536.0f)
 125 #else
 126 #define XSIN(x)         SIN(((x) << 8) / (X_2PI >> 8))
 127 #define XCOS(x)         COS(((x) << 8) / (X_2PI >> 8))
 128 #endif
 129
 130 void xgl_translate(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 131 {
 132         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 133         m[12] = x;
 134         m[13] = y;
 135         m[14] = z;
 136         xgl_mult_matrix(m);
 137 }
 138
 139 void xgl_rotate_x(int32_t angle)
 140 {
 141         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 142         int32_t sa = XSIN(angle);
 143         int32_t ca = XCOS(angle);
 144         m[5] = ca;
 145         m[6] = sa;
 146         m[9] = -sa;
 147         m[10] = ca;
 148         xgl_mult_matrix(m);
 149 }
 150
 151 void xgl_rotate_y(int32_t angle)
 152 {
 153         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 154         int32_t sa = XSIN(angle);
 155         int32_t ca = XCOS(angle);
 156         m[0] = ca;
 157         m[2] = -sa;
 158         m[8] = sa;
 159         m[10] = ca;
 160         xgl_mult_matrix(m);
 161 }
 162
 163 void xgl_rotate_z(int32_t angle)
 164 {
 165         int32_t m[16] = {0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000, 0, 0, 0, 0, 0x10000};
 166         int32_t sa = XSIN(angle);
 167         int32_t ca = XCOS(angle);
 168         m[0] = ca;
 169         m[1] = sa;
 170         m[4] = -sa;
 171         m[5] = ca;
 172         xgl_mult_matrix(m);
 173 }
 174
 175 void xgl_scale(int32_t x, int32_t y, int32_t z)
 176 {
 177         int32_t m[16] = {0};
 178         m[0] = x;
 179         m[5] = y;
 180         m[10] = z;
 181         m[15] = 0x10000;
 182         xgl_mult_matrix(m);
 183 }
 184
 185 void xgl_index(int cidx)
 186 {
 187         cur_cidx = cidx;
 188 }
 189
 190 static inline void xform(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 191 {
 192         out->x = XMUL(m[0], in->x) + XMUL(m[4], in->y) + XMUL(m[8], in->z) + m[12];
 193         out->y = XMUL(m[1], in->x) + XMUL(m[5], in->y) + XMUL(m[9], in->z) + m[13];
 194         out->z = XMUL(m[2], in->x) + XMUL(m[6], in->y) + XMUL(m[10], in->z) + m[14];
 195 }
 196
 197 static inline void xform_norm(struct xvertex *out, const struct xvertex *in, const int32_t *m)
 198 {
 199         out->nx = XMUL(m[0], in->nx) + XMUL(m[4], in->ny) + XMUL(m[8], in->nz);
 200         out->ny = XMUL(m[1], in->nx) + XMUL(m[5], in->ny) + XMUL(m[9], in->nz);
 201         out->nz = XMUL(m[2], in->nx) + XMUL(m[6], in->ny) + XMUL(m[10], in->nz);
 202 }
 203
 204 /* d = 1.0 / tan(fov/2) */
 205 #define PROJ_D  0x20000
 206 /* near Z = 0.5 */
 207 #define NEAR_Z  0x18000
 208
 209 ARM_IWRAM
 210 void xgl_draw(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 211 {
 212         int i, cidx, clipnum;
 213         struct xvertex xv[4], xvclip[8];
 214         struct pvertex pv[4];
 215         int32_t ndotl;
 216
 217         if(prim < 3) {
 218                 draw_ptlines(prim, varr, vcount);
 219                 return;
 220         }
 221
 222         while(vcount >= prim) {
 223                 cidx = cur_cidx;//varr->cidx;
 224
 225                 xform(xv, varr, mat[mtop]);
 226                 xform_norm(xv, varr, mat[mtop]);
 227
 228                 /*
 229                 if(opt & XGL_LIGHTING) {
 230                         ndotl = (xv->nx >> 8) * ldir[0] + (xv->ny >> 8) * ldir[1] + (xv->nz >> 8) * ldir[2];
 231                         if(ndotl < 0) ndotl = 0;
 232                         cidx = 128 + (ndotl >> 9);
 233                         if(cidx > 255) cidx = 255;
 234                 }
 235                 */
 236
 237                 /* transform the rest of the vertices to view space */
 238                 for(i=1; i<prim; i++) {
 239                         xform(xv + i, varr + i, mat[mtop]);
 240                 }
 241
 242                 /* clip against near plane */
 243                 xgl_clip_near(xvclip, &clipnum, xv, prim);
 244
 245                 for(i=0; i<clipnum; i++) {
 246                         xvclip[i].x = (xvclip[i].x << 1) / (xvclip[i].z >> 8);  /* assume aspect: ~2 */
 247                         xvclip[i].y = (xvclip[i].y << 2) / (xvclip[i].z >> 8);  /* the shift is * PROJ_D */
 248                         /* transform result is 24.8 */
 249                         /* viewport */
 250                         pv[i].x = (((xvclip[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 251                         pv[i].y = (((0x100 - xvclip[i].y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 252                 }
 253
 254                 polyfill_flat(pv, clipnum, cidx);
 255 skip_poly:
 256                 varr += prim;
 257                 vcount -= prim;
 258         }
 259 }
 260
 261 void xgl_transform(const struct xvertex *vin, int *x, int *y)
 262 {
 263         struct xvertex v;
 264         xform(&v, vin, mat[mtop]);
 265
 266         v.x = (v.x << 1) / (v.z >> 8);  /* assume aspect: ~2 */
 267         v.y = (v.y << 2) / (v.z >> 8);  /* the shift is * PROJ_D */
 268         /* projection result is 24.8 */
 269         /* viewport */
 270         *x = ((((v.x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 271         *y = ((((0x100 - v.y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 272 }
 273
 274 static void draw_ptlines(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 275 {
 276         int i;
 277         struct xvertex xv[2];
 278
 279         while(vcount >= prim) {
 280                 for(i=0; i<prim; i++) {
 281                         xform(xv + i, varr, mat[mtop]);
 282
 283                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 284                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 285                         /* projection result is 24.8 */
 286                         /* viewport */
 287                         xv[i].x = ((((xv[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) >> 8) + vp[0];
 288                         xv[i].y = ((((0x100 - xv[i].y) >> 1) * vp[3]) >> 8) + vp[1];
 289                         varr++;
 290                 }
 291                 vcount -= prim;
 292
 293                 /* line clipping */
 294 #ifndef ALT_LCLIP
 295                 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);
 296 #endif
 297                 draw_line(xv[0].x, xv[0].y, xv[1].x, xv[1].y, 0xff);
 298         }
 299 }
 300
 301 void xgl_xyzzy(void)
 302 {
 303         mat[mtop][12] = mat[mtop][13] = 0;
 304 }
 305
 306 #define ISECT_NEAR(v0, v1)      ((((v0)->z - NEAR_Z) << 8) / ((v0)->z - (v1)->z))
 307
 308 #define LERP_VATTR(res, v0, v1, t) \
 309         do { \
 310                 (res)->x = (v0)->x + (((v1)->x - (v0)->x) >> 8) * (t);  \
 311                 (res)->y = (v0)->y + (((v1)->y - (v0)->y) >> 8) * (t);  \
 312                 (res)->z = (v0)->z + (((v1)->z - (v0)->z) >> 8) * (t);  \
 313                 (res)->nx = (v0)->nx + (((v1)->nx - (v0)->nx) >> 8) * (t);      \
 314                 (res)->ny = (v0)->ny + (((v1)->ny - (v0)->ny) >> 8) * (t);      \
 315                 (res)->nz = (v0)->nz + (((v1)->nz - (v0)->nz) >> 8) * (t);      \
 316                 (res)->tx = (v0)->tx + (((v1)->tx - (v0)->tx) >> 8) * (t);      \
 317                 (res)->ty = (v0)->ty + (((v1)->ty - (v0)->ty) >> 8) * (t);      \
 318                 (res)->lit = (v0)->lit + (((v1)->lit - (v0)->lit) >> 8) * (t); \
 319         } while(0)
 320
 321 ARM_IWRAM
 322 static int clip_edge_near(struct xvertex *poly, int *vnumptr, struct xvertex *v0, struct xvertex *v1)
 323 {
 324         int vnum = *vnumptr;
 325         int in0, in1;
 326         int32_t t;
 327         struct xvertex *vptr;
 328
 329         in0 = v0->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 330         in1 = v1->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 331
 332         if(in0) {
 333                 /* start inside */
 334                 if(in1) {
 335                         /* all inside */
 336                         poly[vnum++] = *v1;     /* append v1 */
 337                         *vnumptr = vnum;
 338                         return 1;
 339                 } else {
 340                         /* going out */
 341                         vptr = poly + vnum;
 342                         t = ISECT_NEAR(v0, v1); /* 24:8 */
 343                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 344                         ++vnum;         /* append new vertex on the intersection point */
 345                 }
 346         } else {
 347                 /* start outside */
 348                 if(in1) {
 349                         /* going in */
 350                         vptr = poly + vnum;
 351                         t = ISECT_NEAR(v0, v1);
 352                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 353                         ++vnum;         /* append new vertex ... */
 354                         /* then append v1 */
 355                         poly[vnum++] = *v1;
 356                 } else {
 357                         /* all outside */
 358                         return -1;
 359                 }
 360         }
 361
 362         *vnumptr = vnum;
 363         return 0;
 364 }
 365
 366 /* special case near-plane clipper */
 367 ARM_IWRAM
 368 int xgl_clip_near(struct xvertex *vout, int *voutnum, struct xvertex *vin, int vnum)
 369 {
 370         int i, nextidx, res;
 371         int edges_clipped = 0;
 372
 373         *voutnum = 0;
 374
 375         for(i=0; i<vnum; i++) {
 376                 nextidx = i + 1;
 377                 if(nextidx >= vnum) nextidx = 0;
 378                 res = clip_edge_near(vout, voutnum, vin + i, vin + nextidx);
 379                 if(res == 0) {
 380                         ++edges_clipped;
 381                 }
 382         }
 383
 384         if(*voutnum <= 0) return -1;
 385         return edges_clipped > 0 ? 0 : 1;
 386 }