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 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 /* near Z = 0.5 */
 194 #define NEAR_Z  0x40000
 195
 196 void xgl_draw(int prim, const struct xvertex *varr, int vcount)
 197 {
 198         int i, cidx, clipnum;
 199         struct xvertex xv[4], xvclip[8];
 200         struct pvertex pv[4];
 201         int32_t ndotl;
 202
 203         if(prim < 3) {
 204                 draw_ptlines(prim, varr, vcount);
 205                 return;
 206         }
 207
 208         while(vcount >= prim) {
 209                 cidx = 0xff;//varr->cidx;
 210
 211                 xform(xv, varr, mat[mtop]);
 212                 xform_norm(xv, varr, mat[mtop]);
 213
 214                 /* backfacing check */
 215                 if(xv->nz > 0) goto skip_poly;
 216
 217                 /*
 218                 if(opt & XGL_LIGHTING) {
 219                         ndotl = (xv->nx >> 8) * ldir[0] + (xv->ny >> 8) * ldir[1] + (xv->nz >> 8) * ldir[2];
 220                         if(ndotl < 0) ndotl = 0;
 221                         cidx = 128 + (ndotl >> 9);
 222                         if(cidx > 255) cidx = 255;
 223                 }
 224                 */
 225
 226                 for(i=0; i<prim; i++) {
 227                         if(i > 0) {
 228                                 xform(xv + i, varr + i, mat[mtop]);
 229                         }
 230                         xv[i].x = (xv[i].x << 1) / (xv[i].z >> 8);      /* assume aspect: ~2 */
 231                         xv[i].y = (xv[i].y << 2) / (xv[i].z >> 8);      /* the shift is * PROJ_D */
 232                         /* transform result is 24.8 */
 233                 }
 234
 235                 /* clip against near plane */
 236                 xgl_clip_near(xvclip, &clipnum, xv, prim);
 237
 238                 for(i=0; i<clipnum; i++) {
 239                         /* viewport */
 240                         pv[i].x = (((xvclip[i].x + 0x100) >> 1) * vp[2]) + (vp[0] << 8);
 241                         pv[i].y = (((0x100 - xvclip[i].y) >> 1) * vp[3]) + (vp[1] << 8);
 242                 }
 243
 244                 polyfill_flat(pv, clipnum, cidx);
 245 skip_poly:
 246                 varr += prim;
 247                 vcount -= prim;
 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, 0xff);
 288         }
 289 }
 290
 291 void xgl_xyzzy(void)
 292 {
 293         mat[mtop][12] = mat[mtop][13] = 0;
 294 }
 295
 296 /* 24.8 */
 297 #define ISECT_NEAR(v0, v1)      ((((v0)->z - NEAR_Z) << 8) / ((v0)->z - (v1)->z))
 298
 299 #define LERP_VATTR(res, v0, v1, t) \
 300         do { \
 301                 (res)->x = (v0)->x + (((v1)->x - (v0)->x) * (t) >> 8);  \
 302                 (res)->y = (v0)->y + (((v1)->y - (v0)->y) * (t) >> 8);  \
 303                 (res)->z = (v0)->z + (((v1)->z - (v0)->nx) >> 8) * (t); \
 304                 (res)->nx = (v0)->nx + (((v1)->nx - (v0)->nx) >> 8) * (t);      \
 305                 (res)->ny = (v0)->ny + (((v1)->ny - (v0)->ny) >> 8) * (t);      \
 306                 (res)->nz = (v0)->nz + (((v1)->nz - (v0)->nz) >> 8) * (t);      \
 307                 (res)->tx = (v0)->tx + (((v1)->tx - (v0)->tx) >> 8) * (t);      \
 308                 (res)->ty = (v0)->ty + (((v1)->ty - (v0)->ty) >> 8) * (t);      \
 309                 (res)->lit = (v0)->lit + (((v1)->lit - (v0)->lit) >> 8) * (t); \
 310         } while(0)
 311
 312 static int clip_edge_near(struct xvertex *poly, int *vnumptr, struct xvertex *v0, struct xvertex *v1)
 313 {
 314         int vnum = *vnumptr;
 315         int in0, in1;
 316         int32_t t;
 317         struct xvertex *vptr;
 318
 319         in0 = v0->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 320         in1 = v1->z >= NEAR_Z ? 1 : 0;
 321
 322         if(in0) {
 323                 /* start inside */
 324                 if(in1) {
 325                         /* all inside */
 326                         poly[vnum++] = *v1;     /* append v1 */
 327                         *vnumptr = vnum;
 328                         return 1;
 329                 } else {
 330                         /* going out */
 331                         vptr = poly + vnum;
 332                         t = ISECT_NEAR(v0, v1); /* 24:8 */
 333                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 334                         ++vnum;         /* append new vertex on the intersection point */
 335                 }
 336         } else {
 337                 /* start outside */
 338                 if(in1) {
 339                         /* going in */
 340                         vptr = poly + vnum;
 341                         t = ISECT_NEAR(v0, v1);
 342                         LERP_VATTR(vptr, v0, v1, t);
 343                         ++vnum;         /* append new vertex ... */
 344                         /* then append v1 */
 345                         poly[vnum++] = *v1;
 346                 } else {
 347                         /* all outside */
 348                         return -1;
 349                 }
 350         }
 351
 352         *vnumptr = vnum;
 353         return 0;
 354 }
 355
 356 /* special case near-plane clipper */
 357 int xgl_clip_near(struct xvertex *vout, int *voutnum, struct xvertex *vin, int vnum)
 358 {
 359         int i, nextidx, res;
 360         int edges_clipped = 0;
 361
 362         *voutnum = 0;
 363
 364         for(i=0; i<vnum; i++) {
 365                 nextidx = i + 1;
 366                 if(nextidx >= vnum) nextidx = 0;
 367                 res = clip_edge_near(vout, voutnum, vin + i, vin + nextidx);
 368                 if(res == 0) {
 369                         ++edges_clipped;
 370                 }
 371         }
 372
 373         if(*voutnum <= 0) return -1;
 374         return edges_clipped > 0 ? 0 : 1;
 375 }