misc/tools/spherefunc2skybox.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <err.h>
   3 #include <stdint.h>
   4 #include <math.h>
   5 #include <string.h>
   6 #include <stdlib.h>
   7
   8 double rnd()
   9 {
  10         return rand() / (RAND_MAX + 1.0);
  11 }
  12
  13 typedef void (*mapfunc_t) (double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out);
  14 typedef void (*colorfunc_t) (double x, double y, double z, double *r, double *g, double *b);
  15
  16 void color_test(double x, double y, double z, double *r, double *g, double *b)
  17 {
  18         // put in a nice function here
  19         *r = 0.5 + 0.5 * x;
  20         *g = 0.5 + 0.5 * y;
  21         *b = 0.5 + 0.5 * z;
  22 }
  23
  24 double mandelbrot_iter(double zx, double zy, double cx, double cy, int maxiter)
  25 {
  26         double tmp;
  27         int i;
  28
  29         double f, fprev;
  30
  31         f = 0;
  32
  33         for(i = 1; i < maxiter; ++i)
  34         {
  35                 tmp = zx;
  36                 zx = zx * zx - zy * zy + cx;
  37                 zy = 2 * tmp * zy + cy;
  38                 fprev = f;
  39                 f = zx * zx + zy * zy;
  40                 if(f > 4)
  41                         break;
  42         }
  43
  44         if(i >= maxiter)
  45                 return i;
  46         else
  47         {
  48                 // f: the greater, the more in 0 direction
  49                 //    the smaller, the more in 1 direction
  50                 // fprev:
  51                 //    the greater, the more in 0 direction
  52                 return i + 1 / (f - 4 + 1); // f = 16: + 0, f = 4: + 1
  53         }
  54         // i.e. 0 for i=1, 1 for i=maxiter
  55 }
  56
  57 double mandelbrot_range(double zx, double zy, double cx, double cy, int maxiter, double offset)
  58 {
  59         double i = mandelbrot_iter(zx, zy, cx, cy, maxiter);
  60         // map linearily 1/(offset + iter) so that:
  61         //   0       -> 0
  62         //   maxiter -> 1
  63         // i.e. solve:
  64         //   f(iter) = A/(offset + iter) + B
  65         // that is:
  66         //   f(0)       = A/offset + B = 0
  67         //   f(maxiter) = A/(offset + maxiter) + B = 1
  68         // -->
  69         //   1/(1/(offset + maxiter) - 1/offset) = A
  70         //   B =          1 + offset / maxiter
  71         //   A = -offset (1 + offset / maxiter)
  72         // -->
  73         //   f(iter) = -offset (1 + offset / maxiter) / (offset + iter) + 1 + offset / maxiter
  74         //           = -offset (1 + offset / maxiter) / (offset + iter) + 1 + offset / maxiter
  75         //           = iter (offset + maxiter)   /   maxiter (offset + iter)
  76         return (i * (offset + maxiter)) / ((i + offset) * maxiter);
  77 }
  78
  79 double color_mandelbrot_parms[13];
  80 double mandelbrot_miniter = -1;
  81 #define MAXITER 8192
  82
  83 double iter_mandelbrot_raw(double x, double y, double z)
  84 {
  85         z -= color_mandelbrot_parms[6];
  86         x /= fabs(z);
  87         y /= fabs(z);
  88
  89         if(z > 0)
  90                 return mandelbrot_range(color_mandelbrot_parms[4], color_mandelbrot_parms[5], color_mandelbrot_parms[0] + x * color_mandelbrot_parms[2], color_mandelbrot_parms[1] + y * color_mandelbrot_parms[3], MAXITER, color_mandelbrot_parms[9]);
  91         else
  92                 return 0;
  93 }
  94
  95 void iter_mandelbrot_raw_initialize_min()
  96 {
  97         if(mandelbrot_miniter >= 0)
  98                 return;
  99         // randomly sample 256 points
 100         // mandelbrot them
 101         // set that as miniter
 102         int i = 0;
 103         double x, y, z;
 104         mandelbrot_miniter = MAXITER;
 105         for(i = 0; i < 8192; ++i)
 106         {
 107                 x = rnd() * 2 - 1;
 108                 y = rnd() * 2 - 1;
 109                 z = rnd() * 2 - 1;
 110                 double f = sqrt(x*x + y*y + z*z);
 111                 x /= f;
 112                 y /= f;
 113                 z /= f;
 114                 double a = (z - color_mandelbrot_parms[6]) / (color_mandelbrot_parms[7] - color_mandelbrot_parms[6]);
 115                 a = (a - color_mandelbrot_parms[8]) / (1 - color_mandelbrot_parms[8]);
 116                 if(a < 1)
 117                         continue;
 118                 double iterations = iter_mandelbrot_raw(x, y, z);
 119                 if(iterations == 0)
 120                         continue;
 121                 if(iterations < mandelbrot_miniter)
 122                         mandelbrot_miniter = iterations;
 123         }
 124 }
 125
 126 void color_mandelbrot(double x, double y, double z, double *r, double *g, double *b)
 127 {
 128         iter_mandelbrot_raw_initialize_min();
 129
 130         double iterations = iter_mandelbrot_raw(x, y, z);
 131         //printf("iter = %f\n", iterations);
 132         double a = (z - color_mandelbrot_parms[6]) / (color_mandelbrot_parms[7] - color_mandelbrot_parms[6]);
 133         a = (a - color_mandelbrot_parms[8]) / (1 - color_mandelbrot_parms[8]);
 134         if(a < 0)
 135                 a = 0;
 136         if(a > 1)
 137                 a = 1;
 138         iterations = iterations * a + mandelbrot_miniter * (1-a);
 139         *r = pow(iterations, color_mandelbrot_parms[10]);
 140         *g = pow(iterations, color_mandelbrot_parms[11]);
 141         *b = pow(iterations, color_mandelbrot_parms[12]);
 142 }
 143
 144 struct
 145 {
 146         int n;
 147         double darkness;
 148         double power;
 149         double density;
 150 }
 151 color_starfield_parms;
 152 void color_starfield(double x, double y, double z, double *r, double *g, double *b)
 153 {
 154         static struct
 155         {
 156                 double x, y, z, e;
 157                 double R, G, B, A;
 158         } *starfield = NULL;
 159         int i;
 160         double f;
 161
 162         if(!starfield)
 163         {
 164                 fprintf(stderr, "Initializing starfield...\n");
 165                 starfield = malloc(sizeof(*starfield) * color_starfield_parms.n);
 166                 for(i = 0; i < color_starfield_parms.n; ++i)
 167                 {
 168                         double r;
 169                         do
 170                         {
 171                                 starfield[i].x = rnd() * 2 - 1;
 172                                 starfield[i].y = rnd() * 2 - 1;
 173                                 starfield[i].z = rnd() * 2 - 1;
 174                                 r = starfield[i].x * starfield[i].x
 175                                   + starfield[i].y * starfield[i].y
 176                                   + starfield[i].z * starfield[i].z;
 177                         }
 178                         while(r > 1);
 179                         r = sqrt(r);
 180                         starfield[i].x /= r;
 181                         starfield[i].y /= r;
 182                         starfield[i].z /= r;
 183
 184                         starfield[i].e = color_starfield_parms.density * pow(rnd(), -color_starfield_parms.power);
 185
 186                         starfield[i].R = rnd();
 187                         starfield[i].G = rnd();
 188                         starfield[i].B = rnd();
 189                         f = starfield[i].R * 0.299 + starfield[i].G * 0.587 + starfield[i].B * 0.114;
 190                         starfield[i].R /= f;
 191                         starfield[i].G /= f;
 192                         starfield[i].B /= f;
 193                         starfield[i].A = rnd();
 194                 }
 195                 fprintf(stderr, "Done.\n");
 196         }
 197
 198         *r = *g = *b = 0;
 199         for(i = 0; i < color_starfield_parms.n; ++i)
 200         {
 201                 double dot = x * starfield[i].x + y * starfield[i].y + z * starfield[i].z;
 202                 if(dot <= 0)
 203                         continue;
 204                 double f = pow(dot, starfield[i].e) * starfield[i].A;
 205                 *r += starfield[i].R * f;
 206                 *g += starfield[i].G * f;
 207                 *b += starfield[i].B * f;
 208         }
 209         // make fit in 0..1
 210         *r = *r / (color_starfield_parms.darkness + *r);
 211         *g = *g / (color_starfield_parms.darkness + *g);
 212         *b = *b / (color_starfield_parms.darkness + *b);
 213 }
 214
 215 void map_back(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 216 {
 217         *x_out = 2 * x_in - 1;
 218         *y_out = +1;
 219         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 220 }
 221
 222 void map_right(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 223 {
 224         *x_out = +1;
 225         *y_out = 1 - 2 * x_in;
 226         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 227 }
 228
 229 void map_front(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 230 {
 231         *x_out = 1 - 2 * x_in;
 232         *y_out = -1;
 233         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 234 }
 235
 236 void map_left(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 237 {
 238         *x_out = -1;
 239         *y_out = 2 * x_in - 1;
 240         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 241 }
 242
 243 void map_up(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 244 {
 245         *x_out = 2 * y_in - 1;
 246         *y_out = 1 - 2 * x_in;
 247         *z_out = +1;
 248 }
 249
 250 void map_down(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 251 {
 252         *x_out = 1 - 2 * y_in;
 253         *y_out = 1 - 2 * x_in;
 254         *z_out = -1;
 255 }
 256
 257 void writepic(colorfunc_t f, mapfunc_t m, const char *fn, int width, int height)
 258 {
 259         int x, y;
 260         uint8_t tga[18];
 261         int percent, p;
 262
 263         FILE *file = fopen(fn, "wb");
 264         if(!file)
 265                 err(1, "fopen %s", fn);
 266
 267         memset(tga, 0, sizeof(tga));
 268         tga[2] = 2;          // uncompressed type
 269         tga[12] = (width >> 0) & 0xFF;
 270         tga[13] = (width >> 8) & 0xFF;
 271         tga[14] = (height >> 0) & 0xFF;
 272         tga[15] = (height >> 8) & 0xFF;
 273         tga[16] = 24;        // pixel size
 274
 275         fwrite(&tga, sizeof(tga), 1, file);
 276         percent = 0;
 277         for(y = height-1; y >= 0; --y)
 278         {
 279                 for(x = 0; x < width; ++x)
 280                 {
 281                         uint8_t rgb[3];
 282                         double rr, gg, bb;
 283                         double xx, yy;
 284                         double xxx, yyy, zzz;
 285                         double r;
 286                         xx = (x + 0.5) / width;
 287                         yy = (y + 0.5) / height;
 288                         m(xx, yy, &xxx, &yyy, &zzz);
 289                         r = sqrt(xxx*xxx + yyy*yyy + zzz*zzz);
 290                         xxx /= r;
 291                         yyy /= r;
 292                         zzz /= r;
 293                         f(xxx, yyy, zzz, &rr, &gg, &bb);
 294                         rgb[2] = floor(rnd() + rr * 255);
 295                         rgb[1] = floor(rnd() + gg * 255);
 296                         rgb[0] = floor(rnd() + bb * 255);
 297                         fwrite(rgb, sizeof(rgb), 1, file);
 298                 }
 299                 p = (100 * (height - y)) / height;
 300                 if(p != percent)
 301                 {
 302                         percent = p;
 303                         fprintf(stderr, "%d%%\r", percent);
 304                 }
 305         }
 306         fprintf(stderr, "\n");
 307
 308         fclose(file);
 309 }
 310
 311 void map_all(const char *fn, colorfunc_t f, int width, int height)
 312 {
 313         char buf[1024];
 314         fprintf(stderr, "%s_bk.tga\n", fn);
 315         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_bk.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_back, buf, width, height);
 316         fprintf(stderr, "%s_ft.tga\n", fn);
 317         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_ft.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_front, buf, width, height);
 318         fprintf(stderr, "%s_rt.tga\n", fn);
 319         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_rt.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_right, buf, width, height);
 320         fprintf(stderr, "%s_lf.tga\n", fn);
 321         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_lf.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_left, buf, width, height);
 322         fprintf(stderr, "%s_up.tga\n", fn);
 323         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_up.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_up, buf, width, height);
 324         fprintf(stderr, "%s_dn.tga\n", fn);
 325         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_dn.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_down, buf, width, height);
 326 }
 327
 328 int main(int argc, char **argv)
 329 {
 330         colorfunc_t f;
 331         if(argc < 4)
 332                 errx(1, "usage: %s filename res func parms...", *argv);
 333         int res = atoi(argv[2]);
 334         if(!strcmp(argv[3], "mandel"))
 335         {
 336                 f = color_mandelbrot;
 337                 color_mandelbrot_parms[0]  = argc<= 4 ?  -0.740 :  atof(argv[4]); // shift xy
 338                 color_mandelbrot_parms[1]  = argc<= 5 ?  -0.314 :  atof(argv[5]);
 339                 color_mandelbrot_parms[2]  = argc<= 6 ?  -0.003 :  atof(argv[6]); // mul xy
 340                 color_mandelbrot_parms[3]  = argc<= 7 ?  -0.003 :  atof(argv[7]);
 341                 color_mandelbrot_parms[4]  = argc<= 8 ?   0.420 :  atof(argv[8]); // shift z
 342                 color_mandelbrot_parms[5]  = argc<= 9 ?   0.000 :  atof(argv[9]);
 343                 color_mandelbrot_parms[6]  = argc<=10 ?  -0.8   : atof(argv[10]); // horizon
 344                 color_mandelbrot_parms[7]  = argc<=11 ?  -0.7   : atof(argv[11]);
 345                 color_mandelbrot_parms[8]  = argc<=12 ?   0.5   : atof(argv[12]);
 346                 color_mandelbrot_parms[9]  = argc<=13 ? 400     : atof(argv[13]); // coloring
 347                 color_mandelbrot_parms[10] = argc<=14 ?   0.6   : atof(argv[14]);
 348                 color_mandelbrot_parms[11] = argc<=15 ?   0.5   : atof(argv[15]);
 349                 color_mandelbrot_parms[12] = argc<=16 ?   0.2   : atof(argv[16]);
 350         }
 351         else if(!strcmp(argv[3], "starfield"))
 352         {
 353                 f = color_starfield;
 354                 color_starfield_parms.n = argc<= 4 ? 8192 : atoi(argv[4]);
 355                 color_starfield_parms.darkness = argc<= 5 ? 0.4 : atof(argv[5]);
 356                 color_starfield_parms.power = argc<= 6 ? 2.5 : atof(argv[6]);
 357                 color_starfield_parms.density = argc<= 7 ? 60000 : atof(argv[7]);
 358         }
 359         else
 360         {
 361                 f = color_test;
 362         }
 363         map_all(argv[1], f, res, res);
 364         return 0;
 365 }