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         int g;
 151         double gpower;
 152         double gfactor;
 153         double gdpower;
 154 }
 155 color_starfield_parms;
 156 typedef struct
 157 {
 158         double x, y, z, e;
 159         double R, G, B, A;
 160 } starfield_t;
 161 starfield_t *starfield = NULL;
 162 int starfield_cmp(const void *a_, const void *b_)
 163 {
 164         const starfield_t *a = a_;
 165         const starfield_t *b = b_;
 166         if(a->z < b->z)
 167                 return -1;
 168         if(a->z > b->z)
 169                 return +1;
 170         return 0;
 171 }
 172 void color_starfield(double x, double y, double z, double *r, double *g, double *b)
 173 {
 174         int i, j, k;
 175         double f, mindot, d;
 176
 177         if(!starfield)
 178         {
 179                 fprintf(stderr, "Initializing starfield...\n");
 180                 starfield = malloc(sizeof(*starfield) * color_starfield_parms.n);
 181                 for(i = 0; i < color_starfield_parms.n; ++i)
 182                 {
 183                         double r;
 184                         do
 185                         {
 186                                 starfield[i].x = rnd() * 2 - 1;
 187                                 starfield[i].y = rnd() * 2 - 1;
 188                                 starfield[i].z = rnd() * 2 - 1;
 189                                 r = starfield[i].x * starfield[i].x
 190                                   + starfield[i].y * starfield[i].y
 191                                   + starfield[i].z * starfield[i].z;
 192                         }
 193                         while(r > 1);
 194
 195                         starfield[i].R = rnd();
 196                         starfield[i].G = rnd();
 197                         starfield[i].B = rnd();
 198                         f = starfield[i].R * 0.299 + starfield[i].G * 0.587 + starfield[i].B * 0.114;
 199                         starfield[i].R /= f;
 200                         starfield[i].G /= f;
 201                         starfield[i].B /= f;
 202                         starfield[i].A = rnd();
 203                         starfield[i].e = color_starfield_parms.density * pow(rnd(), -color_starfield_parms.power);
 204                 }
 205                 fprintf(stderr, "Gravitating starfield...\n");
 206                 for(k = 0; k < color_starfield_parms.g; ++k)
 207                 {
 208                         i = rand() % color_starfield_parms.n;
 209                         j = rand() % color_starfield_parms.n;
 210                         f = pow(rnd(), color_starfield_parms.gpower);
 211                         f = f * color_starfield_parms.gfactor;
 212                         d = pow(starfield[j].x - starfield[i].x, 2)
 213                           + pow(starfield[j].y - starfield[i].y, 2)
 214                           + pow(starfield[j].z - starfield[i].z, 2);
 215                         f *= pow(1 / (1 + d), color_starfield_parms.gdpower);
 216                         starfield[i].x += f * (starfield[j].x - starfield[i].x);
 217                         starfield[i].y += f * (starfield[j].y - starfield[i].y);
 218                         starfield[i].z += f * (starfield[j].z - starfield[i].z);
 219                         double r = starfield[i].x * starfield[i].x + starfield[i].y * starfield[i].y + starfield[i].z * starfield[i].z;
 220                         r = sqrt(r);
 221                         starfield[i].x /= r;
 222                         starfield[i].y /= r;
 223                         starfield[i].z /= r;
 224                 }
 225                 fprintf(stderr, "Sorting starfield...\n");
 226                 qsort(starfield, sizeof(*starfield), color_starfield_parms.n, starfield_cmp);
 227                 fprintf(stderr, "Done.\n");
 228         }
 229
 230         *r = *g = *b = 0;
 231         mindot = pow(1/256.0, 1.0/color_starfield_parms.density);
 232         for(i = 0; i < color_starfield_parms.n; ++i)
 233         {
 234                 double dot = x * starfield[i].x + y * starfield[i].y + z * starfield[i].z;
 235                 if(dot <= mindot)
 236                         continue;
 237                 double f = pow(dot, starfield[i].e) * starfield[i].A;
 238                 *r += starfield[i].R * f;
 239                 *g += starfield[i].G * f;
 240                 *b += starfield[i].B * f;
 241         }
 242         // make fit in 0..1
 243         *r = *r / (color_starfield_parms.darkness + *r);
 244         *g = *g / (color_starfield_parms.darkness + *g);
 245         *b = *b / (color_starfield_parms.darkness + *b);
 246 }
 247
 248 void map_back(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 249 {
 250         *x_out = 2 * x_in - 1;
 251         *y_out = +1;
 252         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 253 }
 254
 255 void map_right(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 256 {
 257         *x_out = +1;
 258         *y_out = 1 - 2 * x_in;
 259         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 260 }
 261
 262 void map_front(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 263 {
 264         *x_out = 1 - 2 * x_in;
 265         *y_out = -1;
 266         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 267 }
 268
 269 void map_left(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 270 {
 271         *x_out = -1;
 272         *y_out = 2 * x_in - 1;
 273         *z_out = 1 - 2 * y_in;
 274 }
 275
 276 void map_up(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 277 {
 278         *x_out = 2 * y_in - 1;
 279         *y_out = 1 - 2 * x_in;
 280         *z_out = +1;
 281 }
 282
 283 void map_down(double x_in, double y_in, double *x_out, double *y_out, double *z_out)
 284 {
 285         *x_out = 1 - 2 * y_in;
 286         *y_out = 1 - 2 * x_in;
 287         *z_out = -1;
 288 }
 289
 290 void writepic(colorfunc_t f, mapfunc_t m, const char *fn, int width, int height)
 291 {
 292         int x, y;
 293         uint8_t tga[18];
 294         int percent, p;
 295
 296         FILE *file = fopen(fn, "wb");
 297         if(!file)
 298                 err(1, "fopen %s", fn);
 299
 300         memset(tga, 0, sizeof(tga));
 301         tga[2] = 2;          // uncompressed type
 302         tga[12] = (width >> 0) & 0xFF;
 303         tga[13] = (width >> 8) & 0xFF;
 304         tga[14] = (height >> 0) & 0xFF;
 305         tga[15] = (height >> 8) & 0xFF;
 306         tga[16] = 24;        // pixel size
 307
 308         fwrite(&tga, sizeof(tga), 1, file);
 309         percent = 0;
 310         for(y = height-1; y >= 0; --y)
 311         {
 312                 for(x = 0; x < width; ++x)
 313                 {
 314                         uint8_t rgb[3];
 315                         double rr, gg, bb;
 316                         double xx, yy;
 317                         double xxx, yyy, zzz;
 318                         double r;
 319                         xx = (x + 0.5) / width;
 320                         yy = (y + 0.5) / height;
 321                         m(xx, yy, &xxx, &yyy, &zzz);
 322                         r = sqrt(xxx*xxx + yyy*yyy + zzz*zzz);
 323                         xxx /= r;
 324                         yyy /= r;
 325                         zzz /= r;
 326                         f(xxx, yyy, zzz, &rr, &gg, &bb);
 327                         rgb[2] = floor(rnd() + rr * 255);
 328                         rgb[1] = floor(rnd() + gg * 255);
 329                         rgb[0] = floor(rnd() + bb * 255);
 330                         fwrite(rgb, sizeof(rgb), 1, file);
 331                 }
 332                 p = (100 * (height - y)) / height;
 333                 if(p != percent)
 334                 {
 335                         percent = p;
 336                         fprintf(stderr, "%d%%\r", percent);
 337                 }
 338         }
 339         fprintf(stderr, "\n");
 340
 341         fclose(file);
 342 }
 343
 344 void map_all(const char *fn, colorfunc_t f, int width, int height)
 345 {
 346         char buf[1024];
 347         fprintf(stderr, "%s_bk.tga\n", fn);
 348         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_bk.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_back, buf, width, height);
 349         fprintf(stderr, "%s_ft.tga\n", fn);
 350         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_ft.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_front, buf, width, height);
 351         fprintf(stderr, "%s_rt.tga\n", fn);
 352         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_rt.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_right, buf, width, height);
 353         fprintf(stderr, "%s_lf.tga\n", fn);
 354         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_lf.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_left, buf, width, height);
 355         fprintf(stderr, "%s_up.tga\n", fn);
 356         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_up.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_up, buf, width, height);
 357         fprintf(stderr, "%s_dn.tga\n", fn);
 358         snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_dn.tga", fn); buf[sizeof(buf) - 1] = 0; writepic(f, map_down, buf, width, height);
 359 }
 360
 361 int main(int argc, char **argv)
 362 {
 363         colorfunc_t f;
 364         if(argc < 4)
 365                 errx(1, "usage: %s filename res func parms...", *argv);
 366         int res = atoi(argv[2]);
 367         if(!strcmp(argv[3], "mandel"))
 368         {
 369                 f = color_mandelbrot;
 370                 color_mandelbrot_parms[0]  = argc<= 4 ?  -0.740 :  atof(argv[4]); // shift xy
 371                 color_mandelbrot_parms[1]  = argc<= 5 ?  -0.314 :  atof(argv[5]);
 372                 color_mandelbrot_parms[2]  = argc<= 6 ?  -0.003 :  atof(argv[6]); // mul xy
 373                 color_mandelbrot_parms[3]  = argc<= 7 ?  -0.003 :  atof(argv[7]);
 374                 color_mandelbrot_parms[4]  = argc<= 8 ?   0.420 :  atof(argv[8]); // shift z
 375                 color_mandelbrot_parms[5]  = argc<= 9 ?   0.000 :  atof(argv[9]);
 376                 color_mandelbrot_parms[6]  = argc<=10 ?  -0.8   : atof(argv[10]); // horizon
 377                 color_mandelbrot_parms[7]  = argc<=11 ?  -0.7   : atof(argv[11]);
 378                 color_mandelbrot_parms[8]  = argc<=12 ?   0.5   : atof(argv[12]);
 379                 color_mandelbrot_parms[9]  = argc<=13 ? 400     : atof(argv[13]); // coloring
 380                 color_mandelbrot_parms[10] = argc<=14 ?   0.6   : atof(argv[14]);
 381                 color_mandelbrot_parms[11] = argc<=15 ?   0.5   : atof(argv[15]);
 382                 color_mandelbrot_parms[12] = argc<=16 ?   0.2   : atof(argv[16]);
 383         }
 384         else if(!strcmp(argv[3], "starfield"))
 385         {
 386                 f = color_starfield;
 387                 color_starfield_parms.n = argc<= 4 ? 8192 : atoi(argv[4]);
 388                 color_starfield_parms.darkness = argc<= 5 ? 0.4 : atof(argv[5]);
 389                 color_starfield_parms.power = argc<= 6 ? 2.5 : atof(argv[6]);
 390                 color_starfield_parms.density = argc<= 7 ? 60000 : atof(argv[7]);
 391                 color_starfield_parms.g = argc<= 8 ? 10000000 : atoi(argv[8]);
 392                 color_starfield_parms.gpower = argc<= 9 ? 3 : atoi(argv[9]);
 393                 color_starfield_parms.gfactor = argc<= 10 ? 0.9 : atof(argv[10]);
 394                 color_starfield_parms.gdpower = argc<= 11 ? 15 : atof(argv[11]);
 395         }
 396         else
 397         {
 398                 f = color_test;
 399         }
 400         map_all(argv[1], f, res, res);
 401         return 0;
 402 }