main.cpp

   1 #include <iostream>
   2 #include "common.h"
   3 #include "geometry.h"
   4 #include "constants.h"
   5 #include "sdl_funcs.h"
   6 #include "objects.h"
   7 #include "raytrace.h"
   8 #include "vector.h"
   9 #include "stl.h"
  10 SDL_Event event;
  11 struct rgb {
  12     char r;
  13     char g;
  14     char b;
  15 };
  16 rgb colorC(const color c) {
  17     rgb colors;
  18     char * arr = (char*)&colors;
  19     c.rgb(arr);
  20     return colors;
  21 }
  22 class frame{
  23     public:
  24     size_t height;
  25     size_t width;
  26     rgb *framebuffer;
  27     frame(size_t height_, size_t width_){
  28         framebuffer = (rgb*)sdl_pixels_lock();
  29         height = height_;
  30         width = width_;
  31     }
  32     ~frame(){
  33         sdl_pixels_unlock();
  34     }
  35     rgb* operator[](const size_t h) {return framebuffer+h*width; }
  36     const rgb* operator[](const size_t h) const {return framebuffer+h*width; }
  37 };
  38
  39 double alias[2] = {.25,.5};
  40 int threshold[2] = {30,10}; // corners sides
  41 inline bool checkT(rgb ca, rgb cb,int t){
  42     return ((abs(((int)ca.r)-((int)cb.r)) +abs(((int)ca.g)-((int)cb.g)) + abs(((int)ca.b)-((int)cb.b)) > t*3));
  43 }
  44 vec3 rotate(vec3 v, const vec3 k)
  45 {
  46     double cos_theta = cos(k.x);
  47     double sin_theta = sin(k.x);
  48     v = (v * cos_theta) + (vec3(1,0,0).cross(v) * sin_theta) + (vec3(1,0,0) * vec3(1,0,0).dot(v)) * (1 - cos_theta);
  49
  50
  51     cos_theta = cos(k.y);
  52     sin_theta = sin(k.y);
  53     v = (v * cos_theta) + (vec3(0,1,0).cross(v) * sin_theta) + (vec3(0,1,0) * vec3(0,1,0).dot(v)) * (1 - cos_theta);
  54
  55     cos_theta = cos(k.z);
  56     sin_theta = sin(k.z);
  57     v = (v * cos_theta) + (vec3(0,0,1).cross(v) * sin_theta) + (vec3(0,0,1) * vec3(0,0,1).dot(v)) * (1 - cos_theta);
  58
  59     return v;
  60 }
  61
  62 void render(const Objects &spheres, const Lights &lights,const Cam &cam) {
  63     const float fov  = cam.fov;
  64     #if ANTIALIAS
  65     rgb frame1[SCREEN_HEIGHT+2][SCREEN_WIDTH+2];
  66     #endif
  67     frame framebuffer(SCREEN_HEIGHT,SCREEN_WIDTH);
  68
  69     #pragma omp parallel for
  70     for (size_t j = 0; j<SCREEN_HEIGHT; j++) { // actual rendering loop
  71         for (size_t i = 0; i<SCREEN_WIDTH; i++) {
  72             double dir_x =  (i + 0.5) -  SCREEN_WIDTH/2.;
  73             double dir_y = -(j + 0.5) + SCREEN_HEIGHT/2.;    // this flips the image at the same time
  74             double dir_z = -SCREEN_HEIGHT/(2.*tan(fov/2.));
  75             framebuffer[j][i] = colorC(cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x, dir_y, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights));
  76
  77             #if ANTIALIAS
  78             frame1[j][i] = framebuffer[j][i];
  79             #endif
  80         }
  81     }
  82     #if ANTIALIAS
  83     #pragma omp parallel for
  84     for (size_t j = 0; j<SCREEN_HEIGHT; j++) { // actual rendering loop
  85         for (size_t i = 0; i<SCREEN_WIDTH; i++) {
  86             double dir_x =  (i + 0.5) -  SCREEN_WIDTH/2.;
  87             double dir_y = -(j + 0.5) + SCREEN_HEIGHT/2.;    // this flips the image at the same time
  88             double dir_z = -SCREEN_HEIGHT/(2.*tan(fov/2.));
  89             if(checkT(frame1[j][i],frame1[j+1][i+1],threshold[0])|| \
  90                 checkT(frame1[j][i],frame1[j-1][i+1],threshold[0])|| \
  91                 checkT(frame1[j][i],frame1[j-1][i-1],threshold[0])|| \
  92                 checkT(frame1[j][i],frame1[j+1][i-1],threshold[0])|| \
  93                 checkT(frame1[j][i],frame1[j][i+1],threshold[1])|| \
  94                 checkT(frame1[j][i],frame1[j][i-1],threshold[1])|| \
  95                 checkT(frame1[j][i],frame1[j-1][i],threshold[1])|| \
  96                 checkT(frame1[j][i],frame1[j+1][i],threshold[1])){
  97                 //color newC(framebuffer [j][i].r/512.0,framebuffer [j][i].g/512.0,framebuffer [j][i].b/512.0);
  98                 color newC(0,0,0);
  99                 // corners
 100                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x+0.25, dir_y+0.25, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[0];
 101                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x-0.25, dir_y+0.25, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[0];
 102                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x-0.25, dir_y-0.25, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[0];
 103                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x+0.25, dir_y-0.25, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[0];
 104                 // sides
 105                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x, dir_y+0.25, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[1];
 106                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x, dir_y-0.25, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[1];
 107                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x-0.25, dir_y, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[1];
 108                 newC += cast_ray(cam.pos, rotate(vec3{dir_x+0.25, dir_y, dir_z},cam.dir).normalize(), spheres, lights)*alias[1];
 109                 newC /= 3; // .25*4 + .5*4 + .5
 110                 framebuffer[j][i] = colorC(newC);
 111             }
 112         }
 113     }
 114     #endif
 115 }
 116
 117
 118 void signal_hand(int signum) {
 119    std::cout << "Caught signal " << signum << std::endl;
 120    #pragma omp flush // fix seg fault from open mp accesing sdl doesnt work though
 121    sdl_pixels_unlock();
 122    sdl_close(0);
 123 }
 124 void create_objects(Objects& objects ,Lights& lights){
 125     const Material      ivory = {1.0, {0.6,  0.3, 0.1, 0.0}, {0.4, 0.4, 0.3},   50.};
 126     const Material      glass = {1.5, {0.0,  0.5, 0.1, 0.8}, {0.6, 0.7, 0.8},  125.};
 127     const Material red_rubber = {1.0, {0.9,  0.1, 0.0, 0.0}, {0.3, 0.1, 0.1},   10.};
 128     const Material     mirror = {1.0, {0.0, 10.0, 0.8, 0.0}, {5.0, 1.0, 1.0}, 1425.};
 129     const Material       wood = {1.0, {1.2,  0.1, 0.0, 0.0}, {0.2, 0.1, 0.02},    1.};
 130
 131     objects ={{
 132         /*Sphere{vec3{-3,    0,   -16}, 2,      ivory},
 133         Sphere{vec3{-1.0, -1.5, -12}, 2,      glass},
 134         Sphere{vec3{ 1.5, -0.5, -18}, 3, red_rubber},
 135         Sphere{vec3{ 7,    5,   -18}, 4,     mirror},
 136         Sphere{vec3{-3,    10,   -17}, 2,      wood}*/
 137     },{
 138         //Triangle{vec3{-3,    0,   -16},vec3{-3,    10,   -17},vec3{ 7,    5,   -18},red_rubber}
 139     }
 140     };
 141
 142     lights = {{
 143         {{-20, 20,  20}, {1.5,1,1}},
 144         {{ 30, 50, -25}, {1,1.8,1}},
 145         {{ 30, 20,  30}, {1,1,1.7}}
 146     }
 147     };
 148
 149 }
 150
 151 int main(int argc, char*argv[]) {
 152     signal(SIGINT, signal_hand);
 153         if( !sdl_init() )
 154         {
 155                 printf( "Failed to initialize!\n" );
 156         exit(-1);
 157         }
 158
 159     Cam cam = {
 160         {-1.8,12.2,16.8},
 161         {-0.52,-0.30,0.},
 162         M_PI_2
 163     };
 164     std::vector<STL_Triangle> triangles;
 165     if(argc == 2)
 166         triangles = parsestl(std::string(argv[1]));
 167     int winsizeX, winsizeY;
 168     Objects objects;
 169     Lights lights;
 170     create_objects(objects,lights);
 171     int xM = 0,yM = 0;
 172
 173     const Material      default_mat = {1.0, {0.9,  0.1, 0.0, 0.0}, {0.3, 0.1, 0.1},   10.};
 174     for(STL_Triangle t: triangles){
 175         objects.triangle.push_back(Triangle{vec3{t.a[0],t.a[2],t.a[1]},vec3{t.c[0],t.c[2],t.c[1]},vec3{t.b[0],t.b[2],t.b[1]},default_mat});
 176     }
 177     while(1){
 178
 179         SDL_PumpEvents();
 180         const Uint8 *keystates = SDL_GetKeyboardState(NULL);
 181         while( SDL_PollEvent( &event ) )
 182         {
 183             if( event.type == SDL_QUIT )
 184                 sdl_close(0);
 185             if(event.type == SDL_MOUSEMOTION){
 186                 //SDL_GetMouseState(&,&yM);
 187                 xM += event.motion.xrel*MOUSE_SENSITIVITY;
 188                 yM += event.motion.yrel*MOUSE_SENSITIVITY;
 189                 SDL_GetWindowSize(sdl_getwindow(), &winsizeX,&winsizeY);
 190                 cam.dir = vec3{-(yM*M_PI/winsizeX)*1.,-(xM*M_PI/winsizeY)*1,0};
 191             }
 192         }
 193         if(keystates[SDL_SCANCODE_ESCAPE])
 194             signal_hand(0);
 195         if(keystates[SDL_SCANCODE_W])
 196             cam.pos -= rotate(vec3{0,0,MOVEMENT_SPEED},vec3{-(yM*M_PI/winsizeX)*1.,-(xM*M_PI/winsizeY)*1.,0});
 197         if(keystates[SDL_SCANCODE_S])
 198             cam.pos += rotate(vec3{0,0,MOVEMENT_SPEED},vec3{-(yM*M_PI/winsizeX)*1.,-(xM*M_PI/winsizeY)*1.,0});
 199         if(keystates[SDL_SCANCODE_A])
 200             cam.pos -= rotate(vec3{MOVEMENT_SPEED,0,0},vec3{-(yM*M_PI/winsizeX)*1.,-(xM*M_PI/winsizeY)*1.,0});
 201         if(keystates[SDL_SCANCODE_D])
 202             cam.pos += rotate(vec3{MOVEMENT_SPEED,0,0},vec3{-(yM*M_PI/winsizeX)*1.,-(xM*M_PI/winsizeY)*1.,0});
 203         if(keystates[SDL_SCANCODE_SPACE])
 204             cam.pos.y += MOVEMENT_SPEED;
 205         if(keystates[SDL_SCANCODE_LSHIFT])
 206             cam.pos.y -= MOVEMENT_SPEED;
 207         render(objects, lights,cam);
 208         //SDL_Log("{%lf,%lf,%lf},{%lf,%lf,%lf}",cam.pos.x,cam.pos.y,cam.pos.z,cam.dir.x,cam.dir.y,cam.dir.z);
 209         sdl_frame();
 210     }
 211     sdl_free();
 212     return -2; // We shouldn't get here
 213 }