git.hungrycats.org Git - xscreensaver/blob - hacks/drift.c

   1 /* -*- Mode: C; tab-width: 4 -*-
   2  * drift --- drifting recursive fractal cosmic flames.
   3  */
   4 #if !defined( lint ) && !defined( SABER )
   5 static const char sccsid[] = "@(#)drift.c       4.02 97/04/01 xlockmore";
   6 #endif
   7
   8 /* Copyright (c) 1991 by Patrick J. Naughton.
   9  *
  10  * Permission to use, copy, modify, and distribute this software and its
  11  * documentation for any purpose and without fee is hereby granted,
  12  * provided that the above copyright notice appear in all copies and that
  13  * both that copyright notice and this permission notice appear in
  14  * supporting documentation.
  15  *
  16  * This file is provided AS IS with no warranties of any kind.  The author
  17  * shall have no liability with respect to the infringement of copyrights,
  18  * trade secrets or any patents by this file or any part thereof.  In no
  19  * event will the author be liable for any lost revenue or profits or
  20  * other special, indirect and consequential damages.
  21  *
  22  * Revision History:
  23  * 10-May-97: jwz@jwz.org: turned into a standalone program.
  24  * 01-Jan-97: Moved new flame to drift.  Compile time options now run time.
  25  * 01-Jun-95: Updated by Scott Draves.
  26  * 27-Jun-91: vary number of functions used.
  27  * 24-Jun-91: fixed portability problem with integer mod (%).
  28  * 06-Jun-91: Written. (received from Scott Draves, spot@cs.cmu.edu).
  29  */
  30
  31 #ifdef STANDALONE
  32 # define PROGCLASS                                      "Drift"
  33 # define HACK_INIT                                      init_drift
  34 # define HACK_DRAW                                      draw_drift
  35 # define drift_opts                                     xlockmore_opts
  36 # define DEFAULTS       "*count:                30    \n"                       \
  37                                         "*delay:                10000 \n"                       \
  38                                         "*ncolors:              200   \n"
  39 # define SMOOTH_COLORS
  40 # include "xlockmore.h"                         /* from the xscreensaver distribution */
  41 # include "erase.h"
  42 #else  /* !STANDALONE */
  43 # include "xlock.h"                                     /* from the xlockmore distribution */
  44 #endif /* !STANDALONE */
  45
  46
  47 #define MAXBATCH1       200     /* mono */
  48 #define MAXBATCH2       20      /* color */
  49 #define FUSE            10      /* discard this many initial iterations */
  50 #define NMAJORVARS      7
  51 #define MAXLEV 10
  52
  53 #define DEF_GROW "False"        /* Grow fractals instead of animating one at a time,
  54                                    would then be like flame */
  55 #define DEF_LISS "False"        /* if this is defined then instead of a point
  56                                    bouncing around in a high dimensional sphere, we
  57                                    use lissojous figures.  Only makes sense if
  58                                    grow is false. */
  59
  60 static Bool grow;
  61 static Bool liss;
  62
  63 static XrmOptionDescRec opts[] =
  64 {
  65         {"-grow", ".drift.grow", XrmoptionNoArg, (caddr_t) "on"},
  66         {"+grow", ".drift.grow", XrmoptionNoArg, (caddr_t) "off"},
  67         {"-liss", ".drift.trail", XrmoptionNoArg, (caddr_t) "on"},
  68         {"+liss", ".drift.trail", XrmoptionNoArg, (caddr_t) "off"}
  69 };
  70 static argtype vars[] =
  71 {
  72         {(caddr_t *) & grow, "grow", "Grow", DEF_GROW, t_Bool},
  73         {(caddr_t *) & liss, "liss", "Liss", DEF_LISS, t_Bool}
  74 };
  75 static OptionStruct desc[] =
  76 {
  77         {"-/+grow", "turn on/off growing fractals, else they are animated"},
  78         {"-/+liss", "turn on/off using lissojous figures to get points"}
  79 };
  80
  81 ModeSpecOpt drift_opts = { 4, opts, 2, vars, desc };
  82
  83
  84 typedef struct {
  85         /* shape of current flame */
  86         int         nxforms;
  87         double      f[2][3][MAXLEV];    /* a bunch of non-homogeneous xforms */
  88         int         variation[10];      /* for each xform */
  89
  90         /* Animation */
  91         double      df[2][3][MAXLEV];
  92
  93         /* high-level control */
  94         int         mode;       /* 0->slow/single 1->fast/many */
  95         int         nfractals;  /* draw this many fractals */
  96         int         major_variation;
  97         int         fractal_len;        /* pts/fractal */
  98         int         color;
  99         int         rainbow;    /* more than one color per fractal
 100                                    1-> computed by adding dimension to fractal */
 101
 102         int         width, height;      /* of window */
 103         int         timer;
 104
 105         /* draw info about current flame */
 106         int         fuse;       /* iterate this many before drawing */
 107         int         total_points;       /* draw this many pts before fractal ends */
 108         int         npoints;    /* how many we've computed but not drawn */
 109         XPoint      pts[MAXBATCH1];     /* here they are */
 110         unsigned long pixcol;
 111         /* when drawing in color, we have a buffer per color */
 112         int         ncpoints[NUMCOLORS];
 113         XPoint      cpts[NUMCOLORS][MAXBATCH2];
 114
 115         double      x, y, c;
 116         int         liss_time;
 117         Bool        grow, liss;
 118 } driftstruct;
 119
 120 static driftstruct *drifts = NULL;
 121
 122 static short
 123 halfrandom(int mv)
 124 {
 125         static short lasthalf = 0;
 126         unsigned long r;
 127
 128         if (lasthalf) {
 129                 r = lasthalf;
 130                 lasthalf = 0;
 131         } else {
 132                 r = LRAND();
 133                 lasthalf = r >> 16;
 134         }
 135         r = r % mv;
 136         return r;
 137 }
 138
 139 static int
 140 frandom(int n)
 141 {
 142         static long saved_random_bits = 0;
 143         static int  nbits = 0;
 144         int         result;
 145
 146         if (3 > nbits) {
 147                 saved_random_bits = LRAND();
 148                 nbits = 31;
 149         }
 150         switch (n) {
 151                 case 2:
 152                         result = saved_random_bits & 1;
 153                         saved_random_bits >>= 1;
 154                         nbits -= 1;
 155                         return result;
 156
 157                 case 3:
 158                         result = saved_random_bits & 3;
 159                         saved_random_bits >>= 2;
 160                         nbits -= 2;
 161                         if (3 == result)
 162                                 return frandom(3);
 163                         return result;
 164
 165                 case 4:
 166                         result = saved_random_bits & 3;
 167                         saved_random_bits >>= 2;
 168                         nbits -= 2;
 169                         return result;
 170
 171                 case 5:
 172                         result = saved_random_bits & 7;
 173                         saved_random_bits >>= 3;
 174                         nbits -= 3;
 175                         if (4 < result)
 176                                 return frandom(5);
 177                         return result;
 178                 default:
 179                         (void) fprintf(stderr, "bad arg to frandom\n");
 180                         exit(1);
 181         }
 182         return 0;
 183 }
 184
 185 #define DISTRIB_A (halfrandom(7000) + 9000)
 186 #define DISTRIB_B ((frandom(3) + 1) * (frandom(3) + 1) * 120000)
 187 #define LEN(x) (sizeof(x)/sizeof((x)[0]))
 188
 189 static void
 190 initmode(ModeInfo * mi, int mode)
 191 {
 192         driftstruct *dp = &drifts[MI_SCREEN(mi)];
 193
 194 #define VARIATION_LEN 14
 195
 196         dp->mode = mode;
 197
 198         dp->major_variation = halfrandom(VARIATION_LEN);
 199         /*  0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 6 */
 200         dp->major_variation = ((dp->major_variation >= VARIATION_LEN >> 1) &&
 201                                (dp->major_variation < VARIATION_LEN - 1)) ?
 202                 (dp->major_variation + 1) >> 1 : dp->major_variation >> 1;
 203
 204         if (dp->grow) {
 205                 dp->rainbow = 0;
 206                 if (mode) {
 207                         if (!dp->color || halfrandom(8)) {
 208                                 dp->nfractals = halfrandom(30) + 5;
 209                                 dp->fractal_len = DISTRIB_A;
 210                         } else {
 211                                 dp->nfractals = halfrandom(5) + 5;
 212                                 dp->fractal_len = DISTRIB_B;
 213                         }
 214                 } else {
 215                         dp->rainbow = dp->color;
 216                         dp->nfractals = 1;
 217                         dp->fractal_len = DISTRIB_B;
 218                 }
 219         } else {
 220                 dp->nfractals = 1;
 221                 dp->rainbow = dp->color;
 222                 dp->fractal_len = 2000000;
 223         }
 224         dp->fractal_len = (dp->fractal_len * MI_BATCHCOUNT(mi)) / 20;
 225         XClearWindow(MI_DISPLAY(mi), MI_WINDOW(mi));
 226 }
 227
 228 static void
 229 pick_df_coefs(ModeInfo * mi)
 230 {
 231         driftstruct *dp = &drifts[MI_SCREEN(mi)];
 232         int         i, j, k;
 233         double      r;
 234
 235         for (i = 0; i < dp->nxforms; i++) {
 236
 237                 r = 1e-6;
 238                 for (j = 0; j < 2; j++)
 239                         for (k = 0; k < 3; k++) {
 240                                 dp->df[j][k][i] = ((double) halfrandom(1000) / 500.0 - 1.0);
 241                                 r += dp->df[j][k][i] * dp->df[j][k][i];
 242                         }
 243                 r = (3 + halfrandom(5)) * 0.01 / sqrt(r);
 244                 for (j = 0; j < 2; j++)
 245                         for (k = 0; k < 3; k++)
 246                                 dp->df[j][k][i] *= r;
 247         }
 248 }
 249
 250 static void
 251 initfractal(ModeInfo * mi)
 252 {
 253         driftstruct *dp = &drifts[MI_SCREEN(mi)];
 254         int         i, j, k;
 255
 256 #define XFORM_LEN 9
 257
 258         dp->fuse = FUSE;
 259         dp->total_points = 0;
 260         if (dp->rainbow)
 261                 for (i = 0; i < MI_NPIXELS(mi); i++)
 262                         dp->ncpoints[i] = 0;
 263         else
 264                 dp->npoints = 0;
 265         dp->nxforms = halfrandom(XFORM_LEN);
 266         /* 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 5 */
 267         dp->nxforms = (dp->nxforms >= XFORM_LEN - 1) + dp->nxforms / 3 + 2;
 268
 269         dp->c = dp->x = dp->y = 0.0;
 270         if (dp->liss && !halfrandom(10)) {
 271                 dp->liss_time = 0;
 272         }
 273         if (!dp->grow)
 274                 pick_df_coefs(mi);
 275         for (i = 0; i < dp->nxforms; i++) {
 276                 if (NMAJORVARS == dp->major_variation)
 277                         dp->variation[i] = halfrandom(NMAJORVARS);
 278                 else
 279                         dp->variation[i] = dp->major_variation;
 280                 for (j = 0; j < 2; j++)
 281                         for (k = 0; k < 3; k++) {
 282                                 if (dp->liss)
 283                                         dp->f[j][k][i] = sin(dp->liss_time * dp->df[j][k][i]);
 284                                 else
 285                                         dp->f[j][k][i] = ((double) halfrandom(1000) / 500.0 - 1.0);
 286                         }
 287         }
 288         if (dp->color)
 289                 dp->pixcol = MI_PIXEL(mi, halfrandom(MI_NPIXELS(mi)));
 290         else
 291                 dp->pixcol = MI_WIN_WHITE_PIXEL(mi);
 292
 293 }
 294
 295
 296 void
 297 init_drift(ModeInfo * mi)
 298 {
 299         driftstruct *dp;
 300
 301         if (drifts == NULL) {
 302                 if ((drifts = (driftstruct *) calloc(MI_NUM_SCREENS(mi),
 303                                               sizeof (driftstruct))) == NULL)
 304                         return;
 305         }
 306         dp = &drifts[MI_SCREEN(mi)];
 307
 308         dp->width = MI_WIN_WIDTH(mi);
 309         dp->height = MI_WIN_HEIGHT(mi);
 310         dp->color = MI_NPIXELS(mi) > 2;
 311
 312         if (MI_WIN_IS_FULLRANDOM(mi)) {
 313 #if 1 /* jwz: even up the odds */
 314           switch ((int) (LRAND() % 3)) {
 315           case 0:   dp->grow = True;  dp->liss = False; break;
 316           case 1:   dp->grow = False; dp->liss = True;  break;
 317           default:  dp->grow = False; dp->liss = False; break;
 318                 /* liss and grow don't work together. */
 319           }
 320 #else /* 0 */
 321                 if (LRAND() & 1)
 322                         dp->grow = True;
 323                 else {
 324                         dp->grow = False;
 325                         dp->liss = (Bool) (LRAND() & 1);
 326                 }
 327 #endif
 328         } else {
 329                 dp->grow = grow;
 330                 if (dp->grow)
 331                         dp->liss = False;
 332                 else
 333                         dp->liss = liss;
 334         }
 335         initmode(mi, 1);
 336         initfractal(mi);
 337 }
 338
 339 static void
 340 iter(driftstruct * dp)
 341 {
 342         int         i = frandom(dp->nxforms);
 343         double      nx, ny, nc;
 344
 345
 346         if (i)
 347                 nc = (dp->c + 1.0) / 2.0;
 348         else
 349                 nc = dp->c / 2.0;
 350
 351         nx = dp->f[0][0][i] * dp->x + dp->f[0][1][i] * dp->y + dp->f[0][2][i];
 352         ny = dp->f[1][0][i] * dp->x + dp->f[1][1][i] * dp->y + dp->f[1][2][i];
 353
 354
 355         switch (dp->variation[i]) {
 356                 case 1:
 357                         /* sinusoidal */
 358                         nx = sin(nx);
 359                         ny = sin(ny);
 360                         break;
 361                 case 2:
 362                         {
 363                                 /* complex */
 364                                 double      r2 = nx * nx + ny * ny + 1e-6;
 365
 366                                 nx = nx / r2;
 367                                 ny = ny / r2;
 368                                 break;
 369                         }
 370                 case 3:
 371                         /* bent */
 372                         if (nx < 0.0)
 373                                 nx = nx * 2.0;
 374                         if (ny < 0.0)
 375                                 ny = ny / 2.0;
 376                         break;
 377                 case 4:
 378                         {
 379                                 /* swirl */
 380
 381                                 double      r = (nx * nx + ny * ny);    /* times k here is fun */
 382                                 double      c1 = sin(r);
 383                                 double      c2 = cos(r);
 384                                 double      t = nx;
 385
 386                                 if (nx > 1e4 || nx < -1e4 || ny > 1e4 || ny < -1e4)
 387                                         ny = 1e4;
 388                                 else
 389                                         ny = c2 * t + c1 * ny;
 390                                 nx = c1 * nx - c2 * ny;
 391                                 break;
 392                         }
 393                 case 5:
 394                         {
 395                                 /* horseshoe */
 396                                 double      r, c1, c2, t;
 397
 398                                 /* Avoid atan2: DOMAIN error message */
 399                                 if (nx == 0.0 && ny == 0.0)
 400                                         r = 0.0;
 401                                 else
 402                                         r = atan2(nx, ny);      /* times k here is fun */
 403                                 c1 = sin(r);
 404                                 c2 = cos(r);
 405                                 t = nx;
 406
 407                                 nx = c1 * nx - c2 * ny;
 408                                 ny = c2 * t + c1 * ny;
 409                                 break;
 410                         }
 411                 case 6:
 412                         {
 413                                 /* drape */
 414                                 double      t;
 415
 416                                 /* Avoid atan2: DOMAIN error message */
 417                                 if (nx == 0.0 && ny == 0.0)
 418                                         t = 0.0;
 419                                 else
 420                                         t = atan2(nx, ny) / M_PI;
 421
 422                                 if (nx > 1e4 || nx < -1e4 || ny > 1e4 || ny < -1e4)
 423                                         ny = 1e4;
 424                                 else
 425                                         ny = sqrt(nx * nx + ny * ny) - 1.0;
 426                                 nx = t;
 427                                 break;
 428                         }
 429         }
 430
 431 #if 0
 432         /* here are some others */
 433         {
 434                 /* broken */
 435                 if (nx > 1.0)
 436                         nx = nx - 1.0;
 437                 if (nx < -1.0)
 438                         nx = nx + 1.0;
 439                 if (ny > 1.0)
 440                         ny = ny - 1.0;
 441                 if (ny < -1.0)
 442                         ny = ny + 1.0;
 443                 break;
 444         }
 445         {
 446                 /* complex sine */
 447                 double      u = nx, v = ny;
 448                 double      ev = exp(v);
 449                 double      emv = exp(-v);
 450
 451                 nx = (ev + emv) * sin(u) / 2.0;
 452                 ny = (ev - emv) * cos(u) / 2.0;
 453         }
 454         {
 455
 456                 /* polynomial */
 457                 if (nx < 0)
 458                         nx = -nx * nx;
 459                 else
 460                         nx = nx * nx;
 461
 462                 if (ny < 0)
 463                         ny = -ny * ny;
 464                 else
 465                         ny = ny * ny;
 466         }
 467         {
 468                 /* spherical */
 469                 double      r = 0.5 + sqrt(nx * nx + ny * ny + 1e-6);
 470
 471                 nx = nx / r;
 472                 ny = ny / r;
 473         }
 474         {
 475                 nx = atan(nx) / M_PI_2
 476                         ny = atan(ny) / M_PI_2
 477         }
 478 #endif
 479
 480         /* how to check nan too?  some machines don't have finite().
 481            don't need to check ny, it'll propogate */
 482         if (nx > 1e4 || nx < -1e4) {
 483                 nx = halfrandom(1000) / 500.0 - 1.0;
 484                 ny = halfrandom(1000) / 500.0 - 1.0;
 485                 dp->fuse = FUSE;
 486         }
 487         dp->x = nx;
 488         dp->y = ny;
 489         dp->c = nc;
 490
 491 }
 492
 493 static void
 494 draw(ModeInfo * mi, driftstruct * dp, Drawable d)
 495 {
 496         Display    *display = MI_DISPLAY(mi);
 497         GC          gc = MI_GC(mi);
 498         double      x = dp->x;
 499         double      y = dp->y;
 500         int         fixed_x, fixed_y, npix, c, n;
 501
 502         if (dp->fuse) {
 503                 dp->fuse--;
 504                 return;
 505         }
 506         if (!(x > -1.0 && x < 1.0 && y > -1.0 && y < 1.0))
 507                 return;
 508
 509         fixed_x = (int) ((dp->width / 2) * (x + 1.0));
 510         fixed_y = (int) ((dp->height / 2) * (y + 1.0));
 511
 512         if (!dp->rainbow) {
 513
 514                 dp->pts[dp->npoints].x = fixed_x;
 515                 dp->pts[dp->npoints].y = fixed_y;
 516                 dp->npoints++;
 517                 if (dp->npoints == MAXBATCH1) {
 518                         XSetForeground(display, gc, dp->pixcol);
 519                         XDrawPoints(display, d, gc, dp->pts, dp->npoints, CoordModeOrigin);
 520                         dp->npoints = 0;
 521                 }
 522         } else {
 523
 524                 npix = MI_NPIXELS(mi);
 525                 c = (int) (dp->c * npix);
 526
 527                 if (c < 0)
 528                         c = 0;
 529                 if (c >= npix)
 530                         c = npix - 1;
 531                 n = dp->ncpoints[c];
 532                 dp->cpts[c][n].x = fixed_x;
 533                 dp->cpts[c][n].y = fixed_y;
 534                 if (++dp->ncpoints[c] == MAXBATCH2) {
 535                         XSetForeground(display, gc, MI_PIXEL(mi, c));
 536                         XDrawPoints(display, d, gc, dp->cpts[c],
 537                                     dp->ncpoints[c], CoordModeOrigin);
 538                         dp->ncpoints[c] = 0;
 539                 }
 540         }
 541 }
 542
 543 static void
 544 draw_flush(ModeInfo * mi, driftstruct * dp, Drawable d)
 545 {
 546         Display    *display = MI_DISPLAY(mi);
 547         GC          gc = MI_GC(mi);
 548
 549         if (dp->rainbow) {
 550                 int         npix = MI_NPIXELS(mi);
 551                 int         i;
 552
 553                 for (i = 0; i < npix; i++) {
 554                         if (dp->ncpoints[i]) {
 555                                 XSetForeground(display, gc, MI_PIXEL(mi, i));
 556                                 XDrawPoints(display, d, gc, dp->cpts[i],
 557                                             dp->ncpoints[i], CoordModeOrigin);
 558                                 dp->ncpoints[i] = 0;
 559                         }
 560                 }
 561         } else {
 562                 if (dp->npoints)
 563                         XSetForeground(display, gc, dp->pixcol);
 564                 XDrawPoints(display, d, gc, dp->pts,
 565                             dp->npoints, CoordModeOrigin);
 566                 dp->npoints = 0;
 567         }
 568 }
 569
 570
 571 void
 572 draw_drift(ModeInfo * mi)
 573 {
 574         Window      window = MI_WINDOW(mi);
 575         driftstruct *dp = &drifts[MI_SCREEN(mi)];
 576
 577         dp->timer = 3000;
 578
 579         while (dp->timer) {
 580                 iter(dp);
 581                 draw(mi, dp, window);
 582                 if (dp->total_points++ > dp->fractal_len) {
 583                         draw_flush(mi, dp, window);
 584                         if (0 == --dp->nfractals) {
 585 #ifdef STANDALONE
 586                           XSync(MI_DISPLAY(mi), False);
 587                           sleep(4); /* #### make settable */
 588                           erase_full_window(MI_DISPLAY(mi), MI_WINDOW(mi));
 589 #endif /* STANDALONE */
 590                           initmode(mi, frandom(2));
 591                         }
 592                         initfractal(mi);
 593                 }
 594                 dp->timer--;
 595         }
 596         if (!dp->grow) {
 597                 int         i, j, k;
 598
 599                 draw_flush(mi, dp, window);
 600                 if (dp->liss)
 601                         dp->liss_time++;
 602                 for (i = 0; i < dp->nxforms; i++)
 603                         for (j = 0; j < 2; j++)
 604                                 for (k = 0; k < 3; k++) {
 605                                         if (dp->liss)
 606                                                 dp->f[j][k][i] = sin(dp->liss_time * dp->df[j][k][i]);
 607                                         else {
 608                                                 double      t = dp->f[j][k][i] += dp->df[j][k][i];
 609
 610                                                 if (t < -1.0 || 1.0 < t)
 611                                                         dp->df[j][k][i] *= -1.0;
 612                                         }
 613                                 }
 614         }
 615 }
 616
 617 void
 618 release_drift(ModeInfo * mi)
 619 {
 620         if (drifts != NULL) {
 621                 (void) free((void *) drifts);
 622                 drifts = NULL;
 623         }
 624 }
 625
 626 void
 627 refresh_drift(ModeInfo * mi)
 628 {
 629         XClearWindow(MI_DISPLAY(mi), MI_WINDOW(mi));
 630 }