git.mutantstargoat.com Git - laserbrain_demo/blob - src/blobs/metasurf.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <math.h>
   4 #include "metasurf.h"
   5 #include "mcubes.h"
   6 #include "logger.h"
   7
   8 typedef float vec3[3];
   9
  10 struct metasurface {
  11         vec3 min, max;
  12         int res[3], newres[3];
  13         float thres;
  14
  15         float dx, dy, dz;
  16         unsigned int flags;
  17
  18         float *voxels;
  19
  20         int varr_size, varr_alloc_size;
  21         float *varr, *narr;
  22 };
  23
  24 static int msurf_init(struct metasurface *ms);
  25 static void process_cell(struct metasurface *ms, int xcell, int ycell, int zcell, vec3 pos, vec3 sz);
  26
  27
  28 struct metasurface *msurf_create(void)
  29 {
  30         struct metasurface *ms;
  31
  32         if(!(ms = malloc(sizeof *ms))) {
  33                 return 0;
  34         }
  35         if(msurf_init(ms) == -1) {
  36                 free(ms);
  37         }
  38         return ms;
  39 }
  40
  41 void msurf_free(struct metasurface *ms)
  42 {
  43         if(ms) {
  44                 free(ms->voxels);
  45                 free(ms->varr);
  46                 free(ms->narr);
  47                 free(ms);
  48         }
  49 }
  50
  51 static int msurf_init(struct metasurface *ms)
  52 {
  53         ms->voxels = 0;
  54         ms->thres = 0.0;
  55         ms->min[0] = ms->min[1] = ms->min[2] = -1.0;
  56         ms->max[0] = ms->max[1] = ms->max[2] = 1.0;
  57         ms->res[0] = ms->res[1] = ms->res[2] = 0;
  58         ms->newres[0] = ms->newres[1] = ms->newres[2] = 40;
  59
  60         ms->varr_alloc_size = ms->varr_size = 0;
  61         ms->varr = ms->narr = 0;
  62
  63         ms->dx = ms->dy = ms->dz = 0.001;
  64         ms->flags = 0;
  65
  66         return 0;
  67 }
  68
  69 void msurf_enable(struct metasurface *ms, unsigned int opt)
  70 {
  71         ms->flags |= opt;
  72 }
  73
  74 void msurf_disable(struct metasurface *ms, unsigned int opt)
  75 {
  76         ms->flags &= ~opt;
  77 }
  78
  79 int msurf_is_enabled(struct metasurface *ms, unsigned int opt)
  80 {
  81         return ms->flags & opt;
  82 }
  83
  84 void msurf_set_inside(struct metasurface *ms, int inside)
  85 {
  86         switch(inside) {
  87         case MSURF_GREATER:
  88                 msurf_disable(ms, MSURF_FLIP);
  89                 break;
  90
  91         case MSURF_LESS:
  92                 msurf_enable(ms, MSURF_FLIP);
  93                 break;
  94
  95         default:
  96                 fprintf(stderr, "msurf_inside expects MSURF_GREATER or MSURF_LESS\n");
  97         }
  98 }
  99
 100 int msurf_get_inside(struct metasurface *ms)
 101 {
 102         return msurf_is_enabled(ms, MSURF_FLIP) ? MSURF_LESS : MSURF_GREATER;
 103 }
 104
 105 void msurf_set_bounds(struct metasurface *ms, float xmin, float ymin, float zmin, float xmax, float ymax, float zmax)
 106 {
 107         ms->min[0] = xmin;
 108         ms->min[1] = ymin;
 109         ms->min[2] = zmin;
 110         ms->max[0] = xmax;
 111         ms->max[1] = ymax;
 112         ms->max[2] = zmax;
 113 }
 114
 115 void msurf_get_bounds(struct metasurface *ms, float *xmin, float *ymin, float *zmin, float *xmax, float *ymax, float *zmax)
 116 {
 117         *xmin = ms->min[0];
 118         *ymin = ms->min[1];
 119         *zmin = ms->min[2];
 120         *xmax = ms->max[0];
 121         *ymax = ms->max[1];
 122         *zmax = ms->max[2];
 123 }
 124
 125 void msurf_set_resolution(struct metasurface *ms, int xres, int yres, int zres)
 126 {
 127         ms->newres[0] = xres;
 128         ms->newres[1] = yres;
 129         ms->newres[2] = zres;
 130 }
 131
 132 void msurf_get_resolution(struct metasurface *ms, int *xres, int *yres, int *zres)
 133 {
 134         *xres = ms->res[0];
 135         *yres = ms->res[1];
 136         *zres = ms->res[2];
 137 }
 138
 139 void msurf_set_threshold(struct metasurface *ms, float thres)
 140 {
 141         ms->thres = thres;
 142 }
 143
 144 float msurf_get_threshold(struct metasurface *ms)
 145 {
 146         return ms->thres;
 147 }
 148
 149
 150 float *msurf_voxels(struct metasurface *ms)
 151 {
 152         if(ms->res[0] != ms->newres[0] || ms->res[1] != ms->newres[1] || ms->res[2] != ms->newres[2]) {
 153                 int count;
 154                 ms->res[0] = ms->newres[0];
 155                 ms->res[1] = ms->newres[1];
 156                 ms->res[2] = ms->newres[2];
 157                 count = ms->res[0] * ms->res[1] * ms->res[2];
 158                 free(ms->voxels);
 159                 if(!(ms->voxels = malloc(count * sizeof *ms->voxels))) {
 160                         return 0;
 161                 }
 162         }
 163         return ms->voxels;
 164 }
 165
 166 float *msurf_slice(struct metasurface *ms, int idx)
 167 {
 168         float *vox = msurf_voxels(ms);
 169         if(!vox) return 0;
 170
 171         return vox + ms->res[0] * ms->res[1] * idx;
 172 }
 173
 174 int msurf_polygonize(struct metasurface *ms)
 175 {
 176         int i, j, k;
 177         vec3 pos, delta;
 178
 179         if(!ms->voxels) return -1;
 180
 181         ms->varr_size = 0;
 182
 183         for(i=0; i<3; i++) {
 184                 delta[i] = (ms->max[i] - ms->min[i]) / (float)ms->res[i];
 185         }
 186
 187         for(i=0; i<ms->res[0] - 1; i++) {
 188                 for(j=0; j<ms->res[1] - 1; j++) {
 189                         for(k=0; k<ms->res[2] - 1; k++) {
 190
 191                                 pos[0] = ms->min[0] + i * delta[0];
 192                                 pos[1] = ms->min[1] + j * delta[1];
 193                                 pos[2] = ms->min[2] + k * delta[2];
 194
 195                                 process_cell(ms, i, j, k, pos, delta);
 196                         }
 197                 }
 198         }
 199         return 0;
 200 }
 201
 202 int msurf_vertex_count(struct metasurface *ms)
 203 {
 204         return ms->varr_size / 3;
 205 }
 206
 207 float *msurf_vertices(struct metasurface *ms)
 208 {
 209         return ms->varr;
 210 }
 211
 212 float *msurf_normals(struct metasurface *ms)
 213 {
 214         return ms->narr;
 215 }
 216
 217 static unsigned int mc_bitcode(float *val, float thres);
 218
 219 static void process_cell(struct metasurface *ms, int xcell, int ycell, int zcell, vec3 cellpos, vec3 cellsz)
 220 {
 221         int i, j, k, slice_size;
 222         vec3 pos[8];
 223         float dfdx[8], dfdy[8], dfdz[8];
 224         vec3 vert[12], norm[12];
 225         float val[8];
 226         float *cellptr;
 227         unsigned int code;
 228
 229         static const int offs[][3] = {
 230                 {0, 0, 0},
 231                 {1, 0, 0},
 232                 {1, 1, 0},
 233                 {0, 1, 0},
 234                 {0, 0, 1},
 235                 {1, 0, 1},
 236                 {1, 1, 1},
 237                 {0, 1, 1}
 238         };
 239
 240         static const int pidx[12][2] = {
 241                 {0, 1}, {1, 2}, {2, 3}, {3, 0}, {4, 5}, {5, 6},
 242                 {6, 7}, {7, 4}, {0, 4}, {1, 5}, {2, 6}, {3, 7}
 243         };
 244
 245         slice_size = ms->res[0] * ms->res[1];
 246         cellptr = ms->voxels + slice_size * zcell + ms->res[0] * ycell + xcell;
 247
 248         val[0] = *cellptr;
 249         val[1] = *(cellptr + 1);
 250         val[2] = *(cellptr + 1 + ms->res[0]);
 251         val[3] = *(cellptr + ms->res[0]);
 252         cellptr += slice_size;
 253         val[4] = *cellptr;
 254         val[5] = *(cellptr + 1);
 255         val[6] = *(cellptr + 1 + ms->res[0]);
 256         val[7] = *(cellptr + ms->res[0]);
 257         cellptr -= slice_size;
 258
 259         code = mc_bitcode(val, ms->thres);
 260         if(ms->flags & MSURF_FLIP) {
 261                 code = ~code & 0xff;
 262         }
 263         if(mc_edge_table[code] == 0) {
 264                 return;
 265         }
 266
 267         /* calculate normals at the 8 corners */
 268         for(i=0; i<8; i++) {
 269                 float *ptr = cellptr + offs[i][2] * slice_size + offs[i][1] * ms->res[0] + offs[i][0];
 270
 271                 if(xcell < ms->res[0] - 1) {
 272                         dfdx[i] = *(ptr + 1) - *ptr;
 273                 } else {
 274                         dfdx[i] = *ptr - *(ptr - 1);
 275                 }
 276                 if(ycell < ms->res[1] - 1) {
 277                         dfdy[i] = *(ptr + ms->res[0]) - *ptr;
 278                 } else {
 279                         dfdy[i] = *ptr - *(ptr - ms->res[0]);
 280                 }
 281                 if(zcell < ms->res[2] - 1) {
 282                         dfdz[i] = *(ptr + slice_size) - *ptr;
 283                 } else {
 284                         dfdz[i] = *ptr - *(ptr - slice_size);
 285                 }
 286         }
 287
 288         /* calculate the world-space position of each corner */
 289         for(i=0; i<8; i++) {
 290                 pos[i][0] = cellpos[0] + cellsz[0] * offs[i][0];
 291                 pos[i][1] = cellpos[1] + cellsz[1] * offs[i][1];
 292                 pos[i][2] = cellpos[2] + cellsz[2] * offs[i][2];
 293         }
 294
 295         /* generate up to a max of 12 vertices per cube. interpolate positions and normals for each one */
 296         for(i=0; i<12; i++) {
 297                 if(mc_edge_table[code] & (1 << i)) {
 298                         float nx, ny, nz;
 299                         int p0 = pidx[i][0];
 300                         int p1 = pidx[i][1];
 301
 302                         float t = (ms->thres - val[p0]) / (val[p1] - val[p0]);
 303                         vert[i][0] = pos[p0][0] + (pos[p1][0] - pos[p0][0]) * t;
 304                         vert[i][1] = pos[p0][1] + (pos[p1][1] - pos[p0][1]) * t;
 305                         vert[i][2] = pos[p0][2] + (pos[p1][2] - pos[p0][2]) * t;
 306
 307                         nx = dfdx[p0] + (dfdx[p1] - dfdx[p0]) * t;
 308                         ny = dfdy[p0] + (dfdy[p1] - dfdy[p0]) * t;
 309                         nz = dfdz[p0] + (dfdz[p1] - dfdz[p0]) * t;
 310
 311                         if(ms->flags & MSURF_FLIP) {
 312                                 nx = -nx;
 313                                 ny = -ny;
 314                                 nz = -nz;
 315                         }
 316
 317                         if(ms->flags & MSURF_NORMALIZE) {
 318                                 float len = sqrt(nx * nx + ny * ny + nz * nz);
 319                                 if(len != 0.0) {
 320                                         float s = 1.0f / len;
 321                                         nx *= s;
 322                                         ny *= s;
 323                                         nz *= s;
 324                                 }
 325                         }
 326
 327                         norm[i][0] = nx;
 328                         norm[i][1] = ny;
 329                         norm[i][2] = nz;
 330                 }
 331         }
 332
 333         /* for each triangle of the cube add the appropriate vertices to the vertex buffer */
 334         for(i=0; mc_tri_table[code][i] != -1; i+=3) {
 335                 for(j=0; j<3; j++) {
 336                         int idx = mc_tri_table[code][i + j];
 337                         float *v = vert[idx];
 338                         float *n = norm[idx];
 339
 340                         /* TODO multithreadied polygon emit */
 341                         if(ms->varr_size + 3 > ms->varr_alloc_size) {
 342                                 int newsz = ms->varr_alloc_size ? ms->varr_alloc_size * 2 : 1024;
 343                                 float *new_varr, *new_narr;
 344
 345                                 if(!(new_varr = realloc(ms->varr, newsz * sizeof *new_varr)) ||
 346                                                 !(new_narr = realloc(ms->narr, newsz * sizeof *new_narr))) {
 347                                         free(new_varr);
 348                                         error_log("msurf_polygonize: failed to grow vertex buffers to %d elements\n", newsz);
 349                                         return;
 350                                 }
 351                                 ms->varr = new_varr;
 352                                 ms->narr = new_narr;
 353                                 ms->varr_alloc_size = newsz;
 354                         }
 355
 356                         for(k=0; k<3; k++) {
 357                                 ms->varr[ms->varr_size] = v[k];
 358                                 ms->narr[ms->varr_size] = n[k];
 359                                 ++ms->varr_size;
 360                         }
 361                 }
 362         }
 363 }
 364
 365 static unsigned int mc_bitcode(float *val, float thres)
 366 {
 367         unsigned int i, res = 0;
 368
 369         for(i=0; i<8; i++) {
 370                 if(val[i] > thres) {
 371                         res |= 1 << i;
 372                 }
 373         }
 374         return res;
 375 }