git.hungrycats.org Git - xscreensaver/blob - hacks/glx/menger.c

   1 /* menger, Copyright (c) 2001, 2002, 2004 Jamie Zawinski <jwz@jwz.org>
   2  *         Copyright (c) 2002 Aurelien Jacobs <aurel@gnuage.org>
   3  *
   4  * Permission to use, copy, modify, distribute, and sell this software and its
   5  * documentation for any purpose is hereby granted without fee, provided that
   6  * the above copyright notice appear in all copies and that both that
   7  * copyright notice and this permission notice appear in supporting
   8  * documentation.  No representations are made about the suitability of this
   9  * software for any purpose.  It is provided "as is" without express or
  10  * implied warranty.
  11  *
  12  * Generates a 3D Menger Sponge gasket:
  13  *
  14  *                                ___+._______
  15  *                           __-""   --     __"""----._____
  16  *                    __.--"" -- ___--+---_____.     __  .+'|
  17  *              _.-'""  __    +:"__   | ._..+"" __    .+'   F
  18  *            J"--.____         __ """""+"         .+'  .J  F
  19  *            J        """""---.___       --   .+'"     F'  F
  20  *             L                   """""--...+'    .J       F
  21  *             L   F"9      --.            |   .   F'      J
  22  *             L   -_J      L_J      F"9   | ;'J    .+J .J J
  23  *             |                     L_J   | F.'  .'| J F' J
  24  *             |        |"""--.__          | '   |""  J    J
  25  *             J   ._   J ;;; |  "L        |   . |-___J    |
  26  *             J   L J  J ;-' |   L        | .'J |_  .'  . |
  27  *             J    ""  J    .---_L  F"9   | F.' | .'   FJ |
  28  *              L       J .-'  __ |  L_J   | '   :'     ' .+
  29  *              L       '--.___   |        |       .J   .'
  30  *              |  F"9         """'        |   .   F' .'
  31  *              |  -_J      F"9            | .'J    .'
  32  *              +__         -_J      F"9   | F.'  .'
  33  *                 """--___          L_J   | '  .'
  34  *                         """---___       |  .'
  35  *                                  ""---._|.'
  36  *
  37  *  The straightforward way to generate this object creates way more polygons
  38  *  than are needed, since there end up being many buried, interior faces.
  39  *  So during the recursive building of the object we store which face of
  40  *  each unitary cube we need to draw. Doing this reduces the polygon count
  41  *  by 40% - 60%.
  42  *
  43  *  Another optimization we could do to reduce the polygon count would be to
  44  *  merge adjascent coplanar squares together into rectangles.  This would
  45  *  result in the outer faces being composed of 1xN strips.  It's tricky to
  46  *  to find these adjascent faces in non-exponential time, though.
  47  *
  48  *  We could actually simulate large depths with a texture map -- if the
  49  *  depth is such that the smallest holes are only a few pixels across,
  50  *  just draw them as spots on the surface!  It would look the same.
  51  */
  52
  53 #include <X11/Intrinsic.h>
  54
  55 extern XtAppContext app;
  56
  57 #define PROGCLASS       "Menger"
  58 #define HACK_INIT       init_sponge
  59 #define HACK_DRAW       draw_sponge
  60 #define HACK_RESHAPE    reshape_sponge
  61 #define HACK_HANDLE_EVENT sponge_handle_event
  62 #define EVENT_MASK      PointerMotionMask
  63 #define sws_opts        xlockmore_opts
  64
  65 #define DEF_SPIN        "True"
  66 #define DEF_WANDER      "True"
  67 #define DEF_SPEED       "150"
  68 #define DEF_MAX_DEPTH   "3"
  69
  70 #define DEFAULTS        "*delay:         30000          \n" \
  71                         "*showFPS:       False          \n" \
  72                         "*wireframe:     False          \n" \
  73
  74
  75 #undef countof
  76 #define countof(x) (sizeof((x))/sizeof((*x)))
  77
  78 #include "xlockmore.h"
  79 #include "colors.h"
  80 #include "rotator.h"
  81 #include "gltrackball.h"
  82 #include <ctype.h>
  83
  84 #ifdef USE_GL /* whole file */
  85
  86 #include <GL/glu.h>
  87
  88
  89 typedef struct {
  90   GLXContext *glx_context;
  91   rotator *rot;
  92   trackball_state *trackball;
  93   Bool button_down_p;
  94   GLuint sponge_list0;            /* we store X, Y, and Z-facing surfaces */
  95   GLuint sponge_list1;            /* in their own lists, to make it easy  */
  96   GLuint sponge_list2;            /* to color them differently.           */
  97
  98   unsigned long squares_fp;
  99
 100   int current_depth;
 101
 102   int ncolors;
 103   XColor *colors;
 104   int ccolor0;
 105   int ccolor1;
 106   int ccolor2;
 107
 108 } sponge_configuration;
 109
 110 static sponge_configuration *sps = NULL;
 111
 112 static Bool do_spin;
 113 static Bool do_wander;
 114 static int speed;
 115 static int max_depth;
 116
 117 static XrmOptionDescRec opts[] = {
 118   { "-spin",   ".spin",   XrmoptionNoArg, "True" },
 119   { "+spin",   ".spin",   XrmoptionNoArg, "False" },
 120   { "-wander", ".wander", XrmoptionNoArg, "True" },
 121   { "+wander", ".wander", XrmoptionNoArg, "False" },
 122   { "-speed",  ".speed",  XrmoptionSepArg, 0 },
 123   {"-depth",   ".maxDepth", XrmoptionSepArg, 0 },
 124 };
 125
 126 static argtype vars[] = {
 127   {&do_spin,     "spin",     "Spin",     DEF_SPIN,      t_Bool},
 128   {&do_wander,   "wander",   "Wander",   DEF_WANDER,    t_Bool},
 129   {&speed,       "speed",    "Speed",    DEF_SPEED,     t_Int},
 130   {&max_depth,   "maxDepth", "MaxDepth", DEF_MAX_DEPTH, t_Int},
 131 };
 132
 133 ModeSpecOpt sws_opts = {countof(opts), opts, countof(vars), vars, NULL};
 134
 135
 136 /* Window management, etc
 137  */
 138 void
 139 reshape_sponge (ModeInfo *mi, int width, int height)
 140 {
 141   GLfloat h = (GLfloat) height / (GLfloat) width;
 142
 143   glViewport (0, 0, (GLint) width, (GLint) height);
 144
 145   glMatrixMode(GL_PROJECTION);
 146   glLoadIdentity();
 147   gluPerspective (30.0, 1/h, 1.0, 100.0);
 148
 149   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
 150   glLoadIdentity();
 151   gluLookAt( 0.0, 0.0, 30.0,
 152              0.0, 0.0, 0.0,
 153              0.0, 1.0, 0.0);
 154
 155   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 156 }
 157
 158
 159 #define X0 0x01
 160 #define X1 0x02
 161 #define Y0 0x04
 162 #define Y1 0x08
 163 #define Z0 0x10
 164 #define Z1 0x20
 165
 166 static int
 167 cube (float x0, float x1, float y0, float y1, float z0, float z1,
 168       int faces, int wireframe)
 169 {
 170   int n = 0;
 171
 172   if (faces & X0)
 173     {
 174       glBegin (wireframe ? GL_LINE_LOOP : GL_POLYGON);
 175       glNormal3f (-1.0, 0.0, 0.0);
 176       glVertex3f (x0, y1, z0);
 177       glVertex3f (x0, y0, z0);
 178       glVertex3f (x0, y0, z1);
 179       glVertex3f (x0, y1, z1);
 180       glEnd ();
 181       n++;
 182     }
 183   if (faces & X1)
 184     {
 185       glBegin (wireframe ? GL_LINE_LOOP : GL_POLYGON);
 186       glNormal3f (1.0, 0.0, 0.0);
 187       glVertex3f (x1, y1, z1);
 188       glVertex3f (x1, y0, z1);
 189       glVertex3f (x1, y0, z0);
 190       glVertex3f (x1, y1, z0);
 191       glEnd ();
 192       n++;
 193     }
 194   if (faces & Y0)
 195     {
 196       glBegin (wireframe ? GL_LINE_LOOP : GL_POLYGON);
 197       glNormal3f (0.0, -1.0, 0.0);
 198       glVertex3f (x0, y0, z0);
 199       glVertex3f (x0, y0, z1);
 200       glVertex3f (x1, y0, z1);
 201       glVertex3f (x1, y0, z0);
 202       glEnd ();
 203       n++;
 204     }
 205   if (faces & Y1)
 206     {
 207       glBegin (wireframe ? GL_LINE_LOOP : GL_POLYGON);
 208       glNormal3f (0.0, 1.0, 0.0);
 209       glVertex3f (x0, y1, z0);
 210       glVertex3f (x0, y1, z1);
 211       glVertex3f (x1, y1, z1);
 212       glVertex3f (x1, y1, z0);
 213       glEnd ();
 214       n++;
 215     }
 216   if (faces & Z0)
 217     {
 218       glBegin (wireframe ? GL_LINE_LOOP : GL_POLYGON);
 219       glNormal3f (0.0, 0.0, -1.0);
 220       glVertex3f (x1, y1, z0);
 221       glVertex3f (x1, y0, z0);
 222       glVertex3f (x0, y0, z0);
 223       glVertex3f (x0, y1, z0);
 224       glEnd ();
 225       n++;
 226     }
 227   if (faces & Z1)
 228     {
 229       glBegin (wireframe ? GL_LINE_LOOP : GL_POLYGON);
 230       glNormal3f (0.0, 0.0, 1.0);
 231       glVertex3f (x0, y1, z1);
 232       glVertex3f (x0, y0, z1);
 233       glVertex3f (x1, y0, z1);
 234       glVertex3f (x1, y1, z1);
 235       glEnd ();
 236       n++;
 237     }
 238
 239   return n;
 240 }
 241
 242 static int
 243 menger_recurs (int level, float x0, float x1, float y0, float y1,
 244                float z0, float z1, int faces, Bool wireframe, int orig)
 245 {
 246   float xi, yi, zi;
 247   int f, x, y, z;
 248   static int forig;
 249   int n = 0;
 250
 251   if (orig)
 252     {
 253       forig = faces;
 254       if (wireframe)
 255         n += cube (x0, x1, y0, y1, z0, z1,
 256                    faces & (X0 | X1 | Y0 | Y1), wireframe);
 257     }
 258
 259   if (level == 0)
 260     {
 261       if (!wireframe)
 262         n += cube (x0, x1, y0, y1, z0, z1, faces, wireframe);
 263     }
 264   else
 265     {
 266       xi = (x1 - x0) / 3;
 267       yi = (y1 - y0) / 3;
 268       zi = (z1 - z0) / 3;
 269
 270       for (x = 0; x < 3; x++)
 271         for (y = 0; y < 3; y++)
 272           for (z = 0; z < 3; z++)
 273             {
 274               if ((x != 1 && y != 1)
 275                   || (y != 1 && z != 1)
 276                   || (x != 1 && z != 1))
 277                 {
 278                   f = faces;
 279
 280                   if (x == 1 || (x == 2 && (y != 1 && z != 1)))
 281                     f &= ~X0;
 282                   if (x == 1 || (x == 0 && (y != 1 && z != 1)))
 283                     f &= ~X1;
 284                   if (forig & X0 && x == 2 && (y == 1 || z == 1))
 285                     f |= X0;
 286                   if (forig & X1 && x == 0 && (y == 1 || z == 1))
 287                     f |= X1;
 288
 289                   if (y == 1 || (y == 2 && (x != 1 && z != 1)))
 290                     f &= ~Y0;
 291                   if (y == 1 || (y == 0 && (x != 1 && z != 1)))
 292                     f &= ~Y1;
 293                   if (forig & Y0 && y == 2 && (x == 1 || z == 1))
 294                     f |= Y0;
 295                   if (forig & Y1 && y == 0 && (x == 1 || z == 1))
 296                     f |= Y1;
 297
 298                   if (z == 1 || (z == 2 && (x != 1 && y != 1)))
 299                     f &= ~Z0;
 300                   if (z == 1 || (z == 0 && (x != 1 && y != 1)))
 301                     f &= ~Z1;
 302                   if (forig & Z0 && z == 2 && (x == 1 || y == 1))
 303                     f |= Z0;
 304                   if (forig & Z1 && z == 0 && (x == 1 || y == 1))
 305                     f |= Z1;
 306
 307                   n += menger_recurs (level-1,
 308                                       x0+x*xi, x0+(x+1)*xi,
 309                                       y0+y*yi, y0+(y+1)*yi,
 310                                       z0+z*zi, z0+(z+1)*zi, f, wireframe, 0);
 311                 }
 312               else if (wireframe && (x != 1 || y != 1 || z != 1))
 313                 n += cube (x0+x*xi, x0+(x+1)*xi,
 314                            y0+y*yi, y0+(y+1)*yi,
 315                            z0+z*zi, z0+(z+1)*zi,
 316                            forig & (X0 | X1 | Y0 | Y1), wireframe);
 317             }
 318     }
 319
 320   return n;
 321 }
 322
 323 static void
 324 build_sponge (sponge_configuration *sp, Bool wireframe, int level)
 325 {
 326   glDeleteLists (sp->sponge_list0, 1);
 327   glNewList(sp->sponge_list0, GL_COMPILE);
 328   sp->squares_fp = menger_recurs (level, -1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -1.5, 1.5,
 329                                   X0 | X1, wireframe,1);
 330   glEndList();
 331
 332   glDeleteLists (sp->sponge_list1, 1);
 333   glNewList(sp->sponge_list1, GL_COMPILE);
 334   sp->squares_fp += menger_recurs (level, -1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -1.5, 1.5,
 335                                    Y0 | Y1, wireframe,1);
 336   glEndList();
 337
 338   glDeleteLists (sp->sponge_list2, 1);
 339   glNewList(sp->sponge_list2, GL_COMPILE);
 340   sp->squares_fp += menger_recurs (level, -1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -1.5, 1.5,
 341                                    Z0 | Z1, wireframe,1);
 342   glEndList();
 343 }
 344
 345
 346 Bool
 347 sponge_handle_event (ModeInfo *mi, XEvent *event)
 348 {
 349   sponge_configuration *sp = &sps[MI_SCREEN(mi)];
 350
 351   if (event->xany.type == ButtonPress &&
 352       event->xbutton.button == Button1)
 353     {
 354       sp->button_down_p = True;
 355       gltrackball_start (sp->trackball,
 356                          event->xbutton.x, event->xbutton.y,
 357                          MI_WIDTH (mi), MI_HEIGHT (mi));
 358       return True;
 359     }
 360   else if (event->xany.type == ButtonRelease &&
 361            event->xbutton.button == Button1)
 362     {
 363       sp->button_down_p = False;
 364       return True;
 365     }
 366   else if (event->xany.type == ButtonPress &&
 367            (event->xbutton.button == Button4 ||
 368             event->xbutton.button == Button5))
 369     {
 370       gltrackball_mousewheel (sp->trackball, event->xbutton.button, 5,
 371                               !!event->xbutton.state);
 372       return True;
 373     }
 374   else if (event->xany.type == MotionNotify &&
 375            sp->button_down_p)
 376     {
 377       gltrackball_track (sp->trackball,
 378                          event->xmotion.x, event->xmotion.y,
 379                          MI_WIDTH (mi), MI_HEIGHT (mi));
 380       return True;
 381     }
 382
 383   return False;
 384 }
 385
 386
 387
 388 void
 389 init_sponge (ModeInfo *mi)
 390 {
 391   sponge_configuration *sp;
 392   int wire = MI_IS_WIREFRAME(mi);
 393
 394   if (!sps) {
 395     sps = (sponge_configuration *)
 396       calloc (MI_NUM_SCREENS(mi), sizeof (sponge_configuration));
 397     if (!sps) {
 398       fprintf(stderr, "%s: out of memory\n", progname);
 399       exit(1);
 400     }
 401
 402     sp = &sps[MI_SCREEN(mi)];
 403   }
 404
 405   sp = &sps[MI_SCREEN(mi)];
 406
 407   if ((sp->glx_context = init_GL(mi)) != NULL) {
 408     reshape_sponge (mi, MI_WIDTH(mi), MI_HEIGHT(mi));
 409   }
 410
 411   if (!wire)
 412     {
 413       static GLfloat pos0[4] = {-1.0, -1.0, 1.0, 0.1};
 414       static GLfloat pos1[4] = { 1.0, -0.2, 0.2, 0.1};
 415       static GLfloat dif0[4] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
 416       static GLfloat dif1[4] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
 417
 418       glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos0);
 419       glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION, pos1);
 420       glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, dif0);
 421       glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, dif1);
 422
 423       glEnable(GL_LIGHTING);
 424       glEnable(GL_LIGHT0);
 425       glEnable(GL_LIGHT1);
 426
 427       glEnable(GL_DEPTH_TEST);
 428       glEnable(GL_NORMALIZE);
 429
 430       glShadeModel(GL_SMOOTH);
 431     }
 432
 433   {
 434     double spin_speed   = 1.0;
 435     double wander_speed = 0.03;
 436     sp->rot = make_rotator (do_spin ? spin_speed : 0,
 437                             do_spin ? spin_speed : 0,
 438                             do_spin ? spin_speed : 0,
 439                             1.0,
 440                             do_wander ? wander_speed : 0,
 441                             True);
 442     sp->trackball = gltrackball_init ();
 443   }
 444
 445   sp->ncolors = 128;
 446   sp->colors = (XColor *) calloc(sp->ncolors, sizeof(XColor));
 447   make_smooth_colormap (0, 0, 0,
 448                         sp->colors, &sp->ncolors,
 449                         False, 0, False);
 450   sp->ccolor0 = 0;
 451   sp->ccolor1 = sp->ncolors / 3;
 452   sp->ccolor2 = sp->ccolor1 * 2;
 453
 454   sp->sponge_list0 = glGenLists (1);
 455   sp->sponge_list1 = glGenLists (1);
 456   sp->sponge_list2 = glGenLists (1);
 457 }
 458
 459
 460 void
 461 draw_sponge (ModeInfo *mi)
 462 {
 463   sponge_configuration *sp = &sps[MI_SCREEN(mi)];
 464   Display *dpy = MI_DISPLAY(mi);
 465   Window window = MI_WINDOW(mi);
 466
 467   static GLfloat color0[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 1.0};
 468   static GLfloat color1[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 1.0};
 469   static GLfloat color2[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 1.0};
 470
 471   static int tick = 99999;
 472
 473   if (!sp->glx_context)
 474     return;
 475
 476   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 477
 478   glPushMatrix ();
 479
 480   glScalef(1.1, 1.1, 1.1);
 481
 482   {
 483     double x, y, z;
 484     get_position (sp->rot, &x, &y, &z, !sp->button_down_p);
 485     glTranslatef((x - 0.5) * 8,
 486                  (y - 0.5) * 6,
 487                  (z - 0.5) * 15);
 488
 489     gltrackball_rotate (sp->trackball);
 490
 491     get_rotation (sp->rot, &x, &y, &z, !sp->button_down_p);
 492     glRotatef (x * 360, 1.0, 0.0, 0.0);
 493     glRotatef (y * 360, 0.0, 1.0, 0.0);
 494     glRotatef (z * 360, 0.0, 0.0, 1.0);
 495   }
 496
 497   color0[0] = sp->colors[sp->ccolor0].red   / 65536.0;
 498   color0[1] = sp->colors[sp->ccolor0].green / 65536.0;
 499   color0[2] = sp->colors[sp->ccolor0].blue  / 65536.0;
 500
 501   color1[0] = sp->colors[sp->ccolor1].red   / 65536.0;
 502   color1[1] = sp->colors[sp->ccolor1].green / 65536.0;
 503   color1[2] = sp->colors[sp->ccolor1].blue  / 65536.0;
 504
 505   color2[0] = sp->colors[sp->ccolor2].red   / 65536.0;
 506   color2[1] = sp->colors[sp->ccolor2].green / 65536.0;
 507   color2[2] = sp->colors[sp->ccolor2].blue  / 65536.0;
 508
 509
 510   sp->ccolor0++;
 511   sp->ccolor1++;
 512   sp->ccolor2++;
 513   if (sp->ccolor0 >= sp->ncolors) sp->ccolor0 = 0;
 514   if (sp->ccolor1 >= sp->ncolors) sp->ccolor1 = 0;
 515   if (sp->ccolor2 >= sp->ncolors) sp->ccolor2 = 0;
 516
 517   if (tick++ >= speed)
 518     {
 519       tick = 0;
 520       if (sp->current_depth >= max_depth)
 521         sp->current_depth = -max_depth;
 522       sp->current_depth++;
 523       build_sponge (sp,
 524                     MI_IS_WIREFRAME(mi),
 525                     (sp->current_depth < 0
 526                      ? -sp->current_depth : sp->current_depth));
 527
 528       mi->polygon_count = sp->squares_fp;  /* for FPS display */
 529     }
 530
 531   glScalef (2.0, 2.0, 2.0);
 532
 533   glMaterialfv (GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color0);
 534   glCallList (sp->sponge_list0);
 535   glMaterialfv (GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color1);
 536   glCallList (sp->sponge_list1);
 537   glMaterialfv (GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color2);
 538   glCallList (sp->sponge_list2);
 539
 540   glPopMatrix ();
 541
 542   if (mi->fps_p) do_fps (mi);
 543   glFinish();
 544
 545   glXSwapBuffers(dpy, window);
 546 }
 547
 548 #endif /* USE_GL */