fractalnoise.c

   1
   2 #include "quakedef.h"
   3
   4 void fractalnoise(unsigned char *noise, int size, int startgrid)
   5 {
   6         int x, y, g, g2, amplitude, min, max, size1 = size - 1, sizepower, gridpower;
   7         int *noisebuf;
   8 #define n(x,y) noisebuf[((y)&size1)*size+((x)&size1)]
   9
  10         for (sizepower = 0;(1 << sizepower) < size;sizepower++);
  11         if (size != (1 << sizepower))
  12         {
  13                 Con_Printf("fractalnoise: size must be power of 2\n");
  14                 return;
  15         }
  16
  17         for (gridpower = 0;(1 << gridpower) < startgrid;gridpower++);
  18         if (startgrid != (1 << gridpower))
  19         {
  20                 Con_Printf("fractalnoise: grid must be power of 2\n");
  21                 return;
  22         }
  23
  24         startgrid = bound(0, startgrid, size);
  25
  26         amplitude = 0xFFFF; // this gets halved before use
  27         noisebuf = (int *)Mem_Alloc(tempmempool, size*size*sizeof(int));
  28         memset(noisebuf, 0, size*size*sizeof(int));
  29
  30         for (g2 = startgrid;g2;g2 >>= 1)
  31         {
  32                 // brownian motion (at every smaller level there is random behavior)
  33                 amplitude >>= 1;
  34                 for (y = 0;y < size;y += g2)
  35                         for (x = 0;x < size;x += g2)
  36                                 n(x,y) += (rand()&amplitude);
  37
  38                 g = g2 >> 1;
  39                 if (g)
  40                 {
  41                         // subdivide, diamond-square algorithm (really this has little to do with squares)
  42                         // diamond
  43                         for (y = 0;y < size;y += g2)
  44                                 for (x = 0;x < size;x += g2)
  45                                         n(x+g,y+g) = (n(x,y) + n(x+g2,y) + n(x,y+g2) + n(x+g2,y+g2)) >> 2;
  46                         // square
  47                         for (y = 0;y < size;y += g2)
  48                                 for (x = 0;x < size;x += g2)
  49                                 {
  50                                         n(x+g,y) = (n(x,y) + n(x+g2,y) + n(x+g,y-g) + n(x+g,y+g)) >> 2;
  51                                         n(x,y+g) = (n(x,y) + n(x,y+g2) + n(x-g,y+g) + n(x+g,y+g)) >> 2;
  52                                 }
  53                 }
  54         }
  55         // find range of noise values
  56         min = max = 0;
  57         for (y = 0;y < size;y++)
  58                 for (x = 0;x < size;x++)
  59                 {
  60                         if (n(x,y) < min) min = n(x,y);
  61                         if (n(x,y) > max) max = n(x,y);
  62                 }
  63         max -= min;
  64         max++;
  65         // normalize noise and copy to output
  66         for (y = 0;y < size;y++)
  67                 for (x = 0;x < size;x++)
  68                         *noise++ = (unsigned char) (((n(x,y) - min) * 256) / max);
  69         Mem_Free(noisebuf);
  70 #undef n
  71 }
  72
  73 // unnormalized, used for explosions mainly, does not allocate/free memory (hence the name quick)
  74 void fractalnoisequick(unsigned char *noise, int size, int startgrid)
  75 {
  76         int x, y, g, g2, amplitude, size1 = size - 1, sizepower, gridpower;
  77 #define n(x,y) noise[((y)&size1)*size+((x)&size1)]
  78
  79         for (sizepower = 0;(1 << sizepower) < size;sizepower++);
  80         if (size != (1 << sizepower))
  81         {
  82                 Con_Printf("fractalnoise: size must be power of 2\n");
  83                 return;
  84         }
  85
  86         for (gridpower = 0;(1 << gridpower) < startgrid;gridpower++);
  87         if (startgrid != (1 << gridpower))
  88         {
  89                 Con_Printf("fractalnoise: grid must be power of 2\n");
  90                 return;
  91         }
  92
  93         startgrid = bound(0, startgrid, size);
  94
  95         amplitude = 255; // this gets halved before use
  96         memset(noise, 0, size*size);
  97
  98         for (g2 = startgrid;g2;g2 >>= 1)
  99         {
 100                 // brownian motion (at every smaller level there is random behavior)
 101                 amplitude >>= 1;
 102                 for (y = 0;y < size;y += g2)
 103                         for (x = 0;x < size;x += g2)
 104                                 n(x,y) += (rand()&amplitude);
 105
 106                 g = g2 >> 1;
 107                 if (g)
 108                 {
 109                         // subdivide, diamond-square algorithm (really this has little to do with squares)
 110                         // diamond
 111                         for (y = 0;y < size;y += g2)
 112                                 for (x = 0;x < size;x += g2)
 113                                         n(x+g,y+g) = (unsigned char) (((int) n(x,y) + (int) n(x+g2,y) + (int) n(x,y+g2) + (int) n(x+g2,y+g2)) >> 2);
 114                         // square
 115                         for (y = 0;y < size;y += g2)
 116                                 for (x = 0;x < size;x += g2)
 117                                 {
 118                                         n(x+g,y) = (unsigned char) (((int) n(x,y) + (int) n(x+g2,y) + (int) n(x+g,y-g) + (int) n(x+g,y+g)) >> 2);
 119                                         n(x,y+g) = (unsigned char) (((int) n(x,y) + (int) n(x,y+g2) + (int) n(x-g,y+g) + (int) n(x+g,y+g)) >> 2);
 120                                 }
 121                 }
 122         }
 123 #undef n
 124 }
 125
 126 #define NOISE_SIZE 256
 127 #define NOISE_MASK 255
 128 float noise4f(float x, float y, float z, float w)
 129 {
 130         int i;
 131         int index[4][2];
 132         float frac[4][2];
 133         float v[4];
 134         static float noisetable[NOISE_SIZE];
 135         static int r[NOISE_SIZE];
 136         // LordHavoc: this is inspired by code I saw in Quake3, however I think my
 137         // version is much cleaner and substantially faster as well
 138         //
 139         // the following changes were made:
 140         // 1. for the permutation indexing (r[] array in this code) I substituted
 141         //    the ^ operator (which never overflows) for the original addition and
 142         //    masking code, this should not have any effect on quality.
 143         // 2. removed the outermost randomization array lookup.
 144         //    (it really wasn't necessary, it's fine if X indexes the array
 145         //     directly without permutation indexing)
 146         // 3. reimplemented the blending using frac[] arrays rather than a macro.
 147         //    (the original macro read one parameter twice - not good)
 148         // 4. cleaned up the code by using 4 nested loops to make it read nicer
 149         //    (but then I unrolled it completely for speed, it still looks nicer).
 150         if (!noisetable[0])
 151         {
 152                 // noisetable is a random-ish series of float values in +/- 1 range
 153                 for (i = 0;i < NOISE_SIZE;i++)
 154                         noisetable[i] = (rand() / (double)RAND_MAX) * 2 - 1;
 155                 // r is a remapping table to make each dimension of the index have different indexing behavior
 156                 for (i = 0;i < NOISE_SIZE;i++)
 157                         r[i] = (int)(rand() * (double)NOISE_SIZE / ((double)RAND_MAX + 1)) & NOISE_MASK;
 158                         // that & is only needed if RAND_MAX is > the range of double, which isn't the case on most platforms
 159         }
 160         frac[1][0] = x - floor(x);index[0][0] = ((int)floor(x)) & NOISE_MASK;
 161         frac[1][1] = y - floor(y);index[1][0] = ((int)floor(y)) & NOISE_MASK;
 162         frac[1][2] = z - floor(z);index[2][0] = ((int)floor(z)) & NOISE_MASK;
 163         frac[1][3] = w - floor(w);index[3][0] = ((int)floor(w)) & NOISE_MASK;
 164         for (i = 0;i < 4;i++)
 165                 frac[i][0] = 1 - frac[i][1];
 166         for (i = 0;i < 4;i++)
 167                 index[i][1] = (index[i][0] < NOISE_SIZE - 1) ? (index[i][0] + 1) : 0;
 168 #if 1
 169         // short version
 170         v[0] = frac[1][0] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]]) + frac[1][1] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]]);
 171         v[1] = frac[1][0] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]]) + frac[1][1] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]]);
 172         v[2] = frac[1][0] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]]) + frac[1][1] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]]);
 173         v[3] = frac[1][0] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]]) + frac[1][1] * (frac[0][0] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]] + frac[0][1] * noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]]);
 174         return frac[3][0] * (frac[2][0] * v[0] + frac[2][1] * v[1]) + frac[3][1] * (frac[2][0] * v[2] + frac[2][1] * v[3]);
 175 #elif 1
 176         // longer version
 177         v[ 0] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]];
 178         v[ 1] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]];
 179         v[ 2] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]];
 180         v[ 3] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]];
 181         v[ 4] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]];
 182         v[ 5] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]];
 183         v[ 6] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]];
 184         v[ 7] = noisetable[r[r[r[index[3][0]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]];
 185         v[ 8] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]];
 186         v[ 9] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]];
 187         v[10] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]];
 188         v[11] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][0]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]];
 189         v[12] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][0]];
 190         v[13] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][0]] ^ index[0][1]];
 191         v[14] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][0]];
 192         v[15] = noisetable[r[r[r[index[3][1]] ^ index[2][1]] ^ index[1][1]] ^ index[0][1]];
 193         v[16] = frac[0][0] * v[ 0] + frac[0][1] * v[ 1];
 194         v[17] = frac[0][0] * v[ 2] + frac[0][1] * v[ 3];
 195         v[18] = frac[0][0] * v[ 4] + frac[0][1] * v[ 5];
 196         v[19] = frac[0][0] * v[ 6] + frac[0][1] * v[ 7];
 197         v[20] = frac[0][0] * v[ 8] + frac[0][1] * v[ 9];
 198         v[21] = frac[0][0] * v[10] + frac[0][1] * v[11];
 199         v[22] = frac[0][0] * v[12] + frac[0][1] * v[13];
 200         v[23] = frac[0][0] * v[14] + frac[0][1] * v[15];
 201         v[24] = frac[1][0] * v[16] + frac[1][1] * v[17];
 202         v[25] = frac[1][0] * v[18] + frac[1][1] * v[19];
 203         v[26] = frac[1][0] * v[20] + frac[1][1] * v[21];
 204         v[27] = frac[1][0] * v[22] + frac[1][1] * v[23];
 205         v[28] = frac[2][0] * v[24] + frac[2][1] * v[25];
 206         v[29] = frac[2][0] * v[26] + frac[2][1] * v[27];
 207         return frac[3][0] * v[28] + frac[3][1] * v[29];
 208 #else
 209         // the algorithm...
 210         for (l = 0;l < 2;l++)
 211         {
 212                 for (k = 0;k < 2;k++)
 213                 {
 214                         for (j = 0;j < 2;j++)
 215                         {
 216                                 for (i = 0;i < 2;i++)
 217                                         v[l][k][j][i] = noisetable[r[r[r[index[l][3]] ^ index[k][2]] ^ index[j][1]] ^ index[i][0]];
 218                                 v[l][k][j][2] = frac[0][0] * v[l][k][j][0] + frac[0][1] * v[l][k][j][1];
 219                         }
 220                         v[l][k][2][2] = frac[1][0] * v[l][k][0][2] + frac[1][1] * v[l][k][1][2];
 221                 }
 222                 v[l][2][2][2] = frac[2][0] * v[l][0][2][2] + frac[2][1] * v[l][1][2][2];
 223         }
 224         v[2][2][2][2] = frac[3][0] * v[0][2][2][2] + frac[3][1] * v[1][2][2][2];
 225 #endif
 226 }