~ubuntu-branches/ubuntu/wily/nexuiz/wily

« back to all changes in this revision

Viewing changes to curves.c

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Bruno "Fuddl" Kleinert
  • Date: 2009-10-16 12:52:25 UTC
  • mto: (1.1.7 upstream) (2.2.1 experimental)
  • mto: This revision was merged to the branch mainline in revision 18.
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20091016125225-4mccppxccoa1w39o
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 2.5.2

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
 
 
2
/*
 
3
this code written by Forest Hale, on 2004-10-17, and placed into public domain
 
4
this implements Quadratic BSpline surfaces as seen in Quake3 by id Software
 
5
 
 
6
a small rant on misuse of the name 'bezier': many people seem to think that
 
7
bezier is a generic term for splines, but it is not, it is a term for a
 
8
specific type of bspline (4 control points, cubic bspline), bsplines are the
 
9
generalization of the bezier spline to support dimensions other than cubic.
 
10
 
 
11
example equations for 1-5 control point bsplines being sampled as t=0...1
 
12
1: flat (0th dimension)
 
13
o = a
 
14
2: linear (1st dimension)
 
15
o = a * (1 - t) + b * t
 
16
3: quadratic bspline (2nd dimension)
 
17
o = a * (1 - t) * (1 - t) + 2 * b * (1 - t) * t + c * t * t
 
18
4: cubic (bezier) bspline (3rd dimension)
 
19
o = a * (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) + 3 * b * (1 - t) * (1 - t) * t + 3 * c * (1 - t) * t * t + d * t * t * t
 
20
5: quartic bspline (4th dimension)
 
21
o = a * (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) + 4 * b * (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) * t + 6 * c * (1 - t) * (1 - t) * t * t + 4 * d * (1 - t) * t * t * t + e * t * t * t * t
 
22
 
 
23
arbitrary dimension bspline
 
24
double factorial(int n)
 
25
{
 
26
        int i;
 
27
        double f;
 
28
        f = 1;
 
29
        for (i = 1;i < n;i++)
 
30
                f = f * i;
 
31
        return f;
 
32
}
 
33
double bsplinesample(int dimensions, double t, double *param)
 
34
{
 
35
        double o = 0;
 
36
        for (i = 0;i < dimensions + 1;i++)
 
37
                o += param[i] * factorial(dimensions)/(factorial(i)*factorial(dimensions-i)) * pow(t, i) * pow(1 - t, dimensions - i);
 
38
        return o;
 
39
}
 
40
*/
 
41
 
 
42
#include "quakedef.h"
 
43
#include "mathlib.h"
 
44
 
 
45
#include <math.h>
 
46
#include "curves.h"
 
47
 
 
48
// Calculate number of resulting vertex rows/columns by given patch size and tesselation factor
 
49
// tess=0 means that we reduce detalization of base 3x3 patches by removing middle row and column of vertices
 
50
// "DimForTess" is "DIMension FOR TESSelation factor"
 
51
// NB: tess=0 actually means that tess must be 0.5, but obviously it can't because it is of int type. (so "a*tess"-like code is replaced by "a/2" if tess=0)
 
52
int Q3PatchDimForTess(int size, int tess)
 
53
{
 
54
        if (tess > 0)
 
55
                return (size - 1) * tess + 1;
 
56
        else if (tess == 0)
 
57
                return (size - 1) / 2 + 1;
 
58
        else
 
59
                return 0; // Maybe warn about wrong tess here?
 
60
}
 
61
 
 
62
// usage:
 
63
// to expand a 5x5 patch to 21x21 vertices (4x4 tesselation), one might use this call:
 
64
// Q3PatchSubdivideFloat(3, sizeof(float[3]), outvertices, 5, 5, sizeof(float[3]), patchvertices, 4, 4);
 
65
void Q3PatchTesselateFloat(int numcomponents, int outputstride, float *outputvertices, int patchwidth, int patchheight, int inputstride, float *patchvertices, int tesselationwidth, int tesselationheight)
 
66
{
 
67
        int k, l, x, y, component, outputwidth = Q3PatchDimForTess(patchwidth, tesselationwidth);
 
68
        float px, py, *v, a, b, c, *cp[3][3], temp[3][64];
 
69
        int xmax = max(1, 2*tesselationwidth);
 
70
        int ymax = max(1, 2*tesselationheight);
 
71
        
 
72
        // iterate over the individual 3x3 quadratic spline surfaces one at a time
 
73
        // expanding them to fill the output array (with some overlap to ensure
 
74
        // the edges are filled)
 
75
        for (k = 0;k < patchheight-1;k += 2)
 
76
        {
 
77
                for (l = 0;l < patchwidth-1;l += 2)
 
78
                {
 
79
                        // set up control point pointers for quicker lookup later
 
80
                        for (y = 0;y < 3;y++)
 
81
                                for (x = 0;x < 3;x++)
 
82
                                        cp[y][x] = (float *)((unsigned char *)patchvertices + ((k+y)*patchwidth+(l+x)) * inputstride);
 
83
                        // for each row...
 
84
                        for (y = 0;y <= ymax;y++)
 
85
                        {
 
86
                                // calculate control points for this row by collapsing the 3
 
87
                                // rows of control points to one row using py
 
88
                                py = (float)y / (float)ymax;
 
89
                                // calculate quadratic spline weights for py
 
90
                                a = ((1.0f - py) * (1.0f - py));
 
91
                                b = ((1.0f - py) * (2.0f * py));
 
92
                                c = ((       py) * (       py));
 
93
                                for (component = 0;component < numcomponents;component++)
 
94
                                {
 
95
                                        temp[0][component] = cp[0][0][component] * a + cp[1][0][component] * b + cp[2][0][component] * c;
 
96
                                        temp[1][component] = cp[0][1][component] * a + cp[1][1][component] * b + cp[2][1][component] * c;
 
97
                                        temp[2][component] = cp[0][2][component] * a + cp[1][2][component] * b + cp[2][2][component] * c;
 
98
                                }
 
99
                                // fetch a pointer to the beginning of the output vertex row
 
100
                                v = (float *)((unsigned char *)outputvertices + ((k * ymax / 2 + y) * outputwidth + l * xmax / 2) * outputstride);
 
101
                                // for each column of the row...
 
102
                                for (x = 0;x <= xmax;x++)
 
103
                                {
 
104
                                        // calculate point based on the row control points
 
105
                                        px = (float)x / (float)xmax;
 
106
                                        // calculate quadratic spline weights for px
 
107
                                        // (could be precalculated)
 
108
                                        a = ((1.0f - px) * (1.0f - px));
 
109
                                        b = ((1.0f - px) * (2.0f * px));
 
110
                                        c = ((       px) * (       px));
 
111
                                        for (component = 0;component < numcomponents;component++)
 
112
                                                v[component] = temp[0][component] * a + temp[1][component] * b + temp[2][component] * c;
 
113
                                        // advance to next output vertex using outputstride
 
114
                                        // (the next vertex may not be directly following this
 
115
                                        // one, as this may be part of a larger structure)
 
116
                                        v = (float *)((unsigned char *)v + outputstride);
 
117
                                }
 
118
                        }
 
119
                }
 
120
        }
 
121
#if 0
 
122
        // enable this if you want results printed out
 
123
        printf("vertices[%i][%i] =\n{\n", (patchheight-1)*tesselationheight+1, (patchwidth-1)*tesselationwidth+1);
 
124
        for (y = 0;y < (patchheight-1)*tesselationheight+1;y++)
 
125
        {
 
126
                for (x = 0;x < (patchwidth-1)*tesselationwidth+1;x++)
 
127
                {
 
128
                        printf("(");
 
129
                        for (component = 0;component < numcomponents;component++)
 
130
                                printf("%f ", outputvertices[(y*((patchwidth-1)*tesselationwidth+1)+x)*numcomponents+component]);
 
131
                        printf(") ");
 
132
                }
 
133
                printf("\n");
 
134
        }
 
135
        printf("}\n");
 
136
#endif
 
137
}
 
138
 
 
139
static int Q3PatchTesselation(float largestsquared3xcurvearea, float tolerance)
 
140
{
 
141
        float f;
 
142
        // f is actually a squared 2x curve area... so the formula had to be adjusted to give roughly the same subdivisions
 
143
        f = pow(largestsquared3xcurvearea / 64.0f, 0.25f) / tolerance;
 
144
        //if(f < 0.25) // VERY flat patches
 
145
        if(f < 0.0001) // TOTALLY flat patches
 
146
                return 0;
 
147
        else if(f < 2)
 
148
                return 1;
 
149
        else
 
150
                return (int) floor(log(f) / log(2.0f)) + 1;
 
151
                // this is always at least 2
 
152
                // maps [0.25..0.5[ to -1 (actually, 1 is returned)
 
153
                // maps [0.5..1[ to 0 (actually, 1 is returned)
 
154
                // maps [1..2[ to 1
 
155
                // maps [2..4[ to 2
 
156
                // maps [4..8[ to 4
 
157
}
 
158
 
 
159
float Squared3xCurveArea(const float *a, const float *control, const float *b, int components)
 
160
{
 
161
#if 0
 
162
        // mimicing the old behaviour with the new code...
 
163
 
 
164
        float deviation;
 
165
        float quartercurvearea = 0;
 
166
        int c;
 
167
        for (c = 0;c < components;c++)
 
168
        {
 
169
                deviation = control[c] * 0.5f - a[c] * 0.25f - b[c] * 0.25f;
 
170
                quartercurvearea += deviation*deviation;
 
171
        }
 
172
 
 
173
        // But as the new code now works on the squared 2x curve area, let's scale the value
 
174
        return quartercurvearea * quartercurvearea * 64.0;
 
175
 
 
176
#else
 
177
        // ideally, we'd like the area between the spline a->control->b and the line a->b.
 
178
        // but as this is hard to calculate, let's calculate an upper bound of it:
 
179
        // the area of the triangle a->control->b->a.
 
180
        //
 
181
        // one can prove that the area of a quadratic spline = 2/3 * the area of
 
182
        // the triangle of its control points!
 
183
        // to do it, first prove it for the spline through (0,0), (1,1), (2,0)
 
184
        // (which is a parabola) and then note that moving the control point
 
185
        // left/right is just shearing and keeps the area of both the spline and
 
186
        // the triangle invariant.
 
187
        //
 
188
        // why are we going for the spline area anyway?
 
189
        // we know that:
 
190
        //
 
191
        //   the area between the spline and the line a->b is a measure of the
 
192
        //   error of approximation of the spline by the line.
 
193
        //
 
194
        //   also, on circle-like or parabola-like curves, you easily get that the
 
195
        //   double amount of line approximation segments reduces the error to its quarter
 
196
        //   (also, easy to prove for splines by doing it for one specific one, and using
 
197
        //   affine transforms to get all other splines)
 
198
        //
 
199
        // so...
 
200
        //
 
201
        // let's calculate the area! but we have to avoid the cross product, as
 
202
        // components is not necessarily 3
 
203
        //
 
204
        // the area of a triangle spanned by vectors a and b is
 
205
        //
 
206
        // 0.5 * |a| |b| sin gamma
 
207
        //
 
208
        // now, cos gamma is
 
209
        //
 
210
        // a.b / (|a| |b|)
 
211
        //
 
212
        // so the area is
 
213
        // 
 
214
        // 0.5 * sqrt(|a|^2 |b|^2 - (a.b)^2)
 
215
        int c;
 
216
        float aa = 0, bb = 0, ab = 0;
 
217
        for (c = 0;c < components;c++)
 
218
        {
 
219
                float xa = a[c] - control[c];
 
220
                float xb = b[c] - control[c];
 
221
                aa += xa * xa;
 
222
                ab += xa * xb;
 
223
                bb += xb * xb;
 
224
        }
 
225
        // area is 0.5 * sqrt(aa*bb - ab*ab)
 
226
        // 2x TRIANGLE area is sqrt(aa*bb - ab*ab)
 
227
        // 3x CURVE area is sqrt(aa*bb - ab*ab)
 
228
        return aa * bb - ab * ab;
 
229
#endif
 
230
}
 
231
 
 
232
// returns how much tesselation of each segment is needed to remain under tolerance
 
233
int Q3PatchTesselationOnX(int patchwidth, int patchheight, int components, const float *in, float tolerance)
 
234
{
 
235
        int x, y;
 
236
        const float *patch;
 
237
        float squared3xcurvearea, largestsquared3xcurvearea;
 
238
        largestsquared3xcurvearea = 0;
 
239
        for (y = 0;y < patchheight;y++)
 
240
        {
 
241
                for (x = 0;x < patchwidth-1;x += 2)
 
242
                {
 
243
                        patch = in + ((y * patchwidth) + x) * components;
 
244
                        squared3xcurvearea = Squared3xCurveArea(&patch[0], &patch[components], &patch[2*components], components);
 
245
                        if (largestsquared3xcurvearea < squared3xcurvearea)
 
246
                                largestsquared3xcurvearea = squared3xcurvearea;
 
247
                }
 
248
        }
 
249
        return Q3PatchTesselation(largestsquared3xcurvearea, tolerance);
 
250
}
 
251
 
 
252
// returns how much tesselation of each segment is needed to remain under tolerance
 
253
int Q3PatchTesselationOnY(int patchwidth, int patchheight, int components, const float *in, float tolerance)
 
254
{
 
255
        int x, y;
 
256
        const float *patch;
 
257
        float squared3xcurvearea, largestsquared3xcurvearea;
 
258
        largestsquared3xcurvearea = 0;
 
259
        for (y = 0;y < patchheight-1;y += 2)
 
260
        {
 
261
                for (x = 0;x < patchwidth;x++)
 
262
                {
 
263
                        patch = in + ((y * patchwidth) + x) * components;
 
264
                        squared3xcurvearea = Squared3xCurveArea(&patch[0], &patch[patchwidth*components], &patch[2*patchwidth*components], components);
 
265
                        if (largestsquared3xcurvearea < squared3xcurvearea)
 
266
                                largestsquared3xcurvearea = squared3xcurvearea;
 
267
                }
 
268
        }
 
269
        return Q3PatchTesselation(largestsquared3xcurvearea, tolerance);
 
270
}
 
271
 
 
272
// Find an equal vertex in array. Check only vertices with odd X and Y
 
273
static int FindEqualOddVertexInArray(int numcomponents, float *vertex, float *vertices, int width, int height)
 
274
{
 
275
        int x, y, j;
 
276
        for (y=0; y<height; y+=2)
 
277
        {
 
278
                for (x=0; x<width; x+=2)
 
279
                {
 
280
                        qboolean found = true;
 
281
                        for (j=0; j<numcomponents; j++)
 
282
                                if (fabs(*(vertex+j) - *(vertices+j)) > 0.05)
 
283
                                // div0: this is notably smaller than the smallest radiant grid
 
284
                                // but large enough so we don't need to get scared of roundoff
 
285
                                // errors
 
286
                                {
 
287
                                        found = false;
 
288
                                        break;
 
289
                                }
 
290
                        if(found)
 
291
                                return y*width+x;
 
292
                        vertices += numcomponents*2;
 
293
                }
 
294
                vertices += numcomponents*(width-1);
 
295
        }
 
296
        return -1;
 
297
}
 
298
 
 
299
#define SIDE_INVALID -1
 
300
#define SIDE_X 0
 
301
#define SIDE_Y 1
 
302
 
 
303
static int GetSide(int p1, int p2, int width, int height, int *pointdist)
 
304
{
 
305
        int x1 = p1 % width, y1 = p1 / width;
 
306
        int x2 = p2 % width, y2 = p2 / width;
 
307
        if (p1 < 0 || p2 < 0)
 
308
                return SIDE_INVALID;
 
309
        if (x1 == x2)
 
310
        {
 
311
                if (y1 != y2)
 
312
                {
 
313
                        *pointdist = abs(y2 - y1);
 
314
                        return SIDE_Y;
 
315
                }
 
316
                else
 
317
                        return SIDE_INVALID;
 
318
        }
 
319
        else if (y1 == y2)
 
320
        {
 
321
                *pointdist = abs(x2 - x1);
 
322
                return SIDE_X;
 
323
        }
 
324
        else
 
325
                return SIDE_INVALID;
 
326
}
 
327
 
 
328
// Increase tesselation of one of two touching patches to make a seamless connection between them
 
329
// Returns 0 in case if patches were not modified, otherwise 1
 
330
int Q3PatchAdjustTesselation(int numcomponents, patchinfo_t *patch1, float *patchvertices1, patchinfo_t *patch2, float *patchvertices2)
 
331
{
 
332
        // what we are doing here is:
 
333
        //   we take for each corner of one patch
 
334
        //   and check if the other patch contains that corner
 
335
        //   once we have a pair of such matches
 
336
 
 
337
        struct {int id1,id2;} commonverts[8];
 
338
        int i, j, k, side1, side2, *tess1, *tess2;
 
339
        int dist1, dist2;
 
340
        qboolean modified = false;
 
341
 
 
342
        // Potential paired vertices (corners of the first patch)
 
343
        commonverts[0].id1 = 0;
 
344
        commonverts[1].id1 = patch1->xsize-1;
 
345
        commonverts[2].id1 = patch1->xsize*(patch1->ysize-1);
 
346
        commonverts[3].id1 = patch1->xsize*patch1->ysize-1;
 
347
        for (i=0;i<4;++i)
 
348
                commonverts[i].id2 = FindEqualOddVertexInArray(numcomponents, patchvertices1+numcomponents*commonverts[i].id1, patchvertices2, patch2->xsize, patch2->ysize);
 
349
 
 
350
        // Corners of the second patch
 
351
        commonverts[4].id2 = 0;
 
352
        commonverts[5].id2 = patch2->xsize-1;
 
353
        commonverts[6].id2 = patch2->xsize*(patch2->ysize-1);
 
354
        commonverts[7].id2 = patch2->xsize*patch2->ysize-1;
 
355
        for (i=4;i<8;++i)
 
356
                commonverts[i].id1 = FindEqualOddVertexInArray(numcomponents, patchvertices2+numcomponents*commonverts[i].id2, patchvertices1, patch1->xsize, patch1->ysize);
 
357
 
 
358
        for (i=0;i<8;++i)
 
359
                for (j=i+1;j<8;++j)
 
360
                {
 
361
                        side1 = GetSide(commonverts[i].id1,commonverts[j].id1,patch1->xsize,patch1->ysize,&dist1);
 
362
                        side2 = GetSide(commonverts[i].id2,commonverts[j].id2,patch2->xsize,patch2->ysize,&dist2);
 
363
 
 
364
                        if (side1 == SIDE_INVALID || side2 == SIDE_INVALID)
 
365
                                continue;
 
366
 
 
367
                        if(dist1 != dist2)
 
368
                        {
 
369
                                // no patch welding if the resolutions mismatch
 
370
                                continue;
 
371
                        }
 
372
 
 
373
                        // Update every lod level
 
374
                        for (k=0;k<PATCH_LODS_NUM;++k)
 
375
                        {
 
376
                                tess1 = side1 == SIDE_X ? &patch1->lods[k].xtess : &patch1->lods[k].ytess;
 
377
                                tess2 = side2 == SIDE_X ? &patch2->lods[k].xtess : &patch2->lods[k].ytess;
 
378
                                if (*tess1 != *tess2)
 
379
                                {
 
380
                                        if (*tess1 < *tess2)
 
381
                                                *tess1 = *tess2;
 
382
                                        else
 
383
                                                *tess2 = *tess1;
 
384
                                        modified = true;
 
385
                                }
 
386
                        }
 
387
                }
 
388
 
 
389
        return modified;
 
390
}
 
391
 
 
392
#undef SIDE_INVALID 
 
393
#undef SIDE_X
 
394
#undef SIDE_Y
 
395
 
 
396
// calculates elements for a grid of vertices
 
397
// (such as those produced by Q3PatchTesselate)
 
398
// (note: width and height are the actual vertex size, this produces
 
399
// (width-1)*(height-1)*2 triangles, 3 elements each)
 
400
void Q3PatchTriangleElements(int *elements, int width, int height, int firstvertex)
 
401
{
 
402
        int x, y, row0, row1;
 
403
        for (y = 0;y < height - 1;y++)
 
404
        {
 
405
                if(y % 2)
 
406
                {
 
407
                        // swap the triangle order in odd rows as optimization for collision stride
 
408
                        row0 = firstvertex + (y + 0) * width + width - 2;
 
409
                        row1 = firstvertex + (y + 1) * width + width - 2;
 
410
                        for (x = 0;x < width - 1;x++)
 
411
                        {
 
412
                                *elements++ = row1;
 
413
                                *elements++ = row1 + 1;
 
414
                                *elements++ = row0 + 1;
 
415
                                *elements++ = row0;
 
416
                                *elements++ = row1;
 
417
                                *elements++ = row0 + 1;
 
418
                                row0--;
 
419
                                row1--;
 
420
                        }
 
421
                }
 
422
                else
 
423
                {
 
424
                        row0 = firstvertex + (y + 0) * width;
 
425
                        row1 = firstvertex + (y + 1) * width;
 
426
                        for (x = 0;x < width - 1;x++)
 
427
                        {
 
428
                                *elements++ = row0;
 
429
                                *elements++ = row1;
 
430
                                *elements++ = row0 + 1;
 
431
                                *elements++ = row1;
 
432
                                *elements++ = row1 + 1;
 
433
                                *elements++ = row0 + 1;
 
434
                                row0++;
 
435
                                row1++;
 
436
                        }
 
437
                }
 
438
        }
 
439
}
 
440