sprite.c

   1 #include <math.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include "config.h"
   5 #include "common.h"
   6 #include "globals.h"
   7 #include "sprite.h"
   8 #include "rocks.h"
   9
  10 SDL_Surface *load_image(char *filename);
  11 void load_ship(void);
  12
  13 // 2 sets of sprites, sorted by position
  14 static Sprite **sprites[2] = { NULL, NULL };
  15
  16 // which set are we using?
  17 static int set = 0;
  18
  19 // size of squares into which sprites are sorted.
  20 static int grid_size = 0;
  21
  22 // screen size in grid squares.
  23 static int gw = 0, gh = 0;
  24
  25 // lists of free sprites, by type.
  26 Sprite *free_sprites[N_TYPES];
  27
  28
  29 static void
  30 get_shape(Sprite *s)
  31 {
  32         int x, y;
  33         uint16_t *px, transp;
  34         uint32_t bits = 0, bit, *p;
  35
  36         s->area = 0;
  37         if(s->image->format->BytesPerPixel != 2) {
  38                 fprintf(stderr, "get_shape(): not a 16-bit image!\n");
  39                 exit(1);
  40         }
  41
  42         s->w = s->image->w; s->h = s->image->h;
  43         grid_size = max(grid_size, max(s->w, s->h));
  44         s->mask_w = ((s->w+31)>>5);
  45         s->mask = malloc(s->mask_w*s->h*sizeof(uint32_t));
  46         if(!s->mask) {
  47                 fprintf(stderr, "get_shape(): can't allocate bitmask.\n");
  48                 exit(1);
  49         }
  50
  51         SDL_LockSurface(s->image);
  52         px = s->image->pixels;
  53         transp = s->image->format->colorkey;
  54         p = s->mask;
  55         for(y=0; y<s->image->h; y++) {
  56                 bit = 0;
  57                 for(x=0; x<s->image->w; x++) {
  58                         if(!bit) { bits = 0; bit = 0x80000000; }
  59                         if(*px++ != transp) { bits |= bit; s->area++; }
  60                         bit >>= 1;
  61                         if(!bit || x == s->image->w - 1) { *(p++) = bits; }
  62                 }
  63                 px = (uint16_t *) ((uint8_t *) px + s->image->pitch - 2*s->image->w);
  64         }
  65         SDL_UnlockSurface(s->image);
  66 }
  67
  68
  69 void
  70 load_sprite(Sprite *s, char *filename)
  71 {
  72         s->image = load_image(filename);
  73         if(s->image) get_shape(s);
  74 }
  75
  76
  77 static void
  78 load_sprites(void)
  79 {
  80         load_ship();
  81         load_rocks();
  82 }
  83
  84
  85 void
  86 init_sprites(void)
  87 {
  88         load_sprites();
  89
  90         grid_size = grid_size * 3 / 2;
  91         gw = (XSIZE-1 + 2*grid_size) / grid_size;
  92         gh = (YSIZE-1 + 2*grid_size) / grid_size;
  93
  94         sprites[0] = malloc(2 * gw * gh * sizeof(Sprite *));
  95         sprites[1] = (void *)sprites[0] + gw * gh * sizeof(Sprite *);
  96         if(!sprites[0]) {
  97                 fprintf(stderr, "init_sprites(): can't allocate grid squares.\n");
  98                 exit(1);
  99         }
 100         memset(sprites[0], 0, 2 * gw * gh * sizeof(Sprite *));
 101         set = 0;
 102 }
 103
 104 static inline Sprite **
 105 square(int x, int y, int set)
 106 {
 107         int b = (x+grid_size)/grid_size + gw*((y+grid_size)/grid_size);
 108         return &sprites[set][b];
 109 }
 110
 111 void
 112 add_sprite(Sprite *s)
 113 {
 114         insert_sprite(square(s->x, s->y, set), s);
 115 }
 116
 117 void
 118 reset_sprites(void)
 119 {
 120         int i;
 121
 122         for(i=0; i<gw*gh; i++)
 123                 while(sprites[set][i]) {
 124                         Sprite *s = remove_sprite(&sprites[set][i]);
 125                         insert_sprite(&free_sprites[s->type], s);
 126                         s->flags = 0;
 127                 }
 128 }
 129
 130 void
 131 move_sprite(Sprite *s)
 132 {
 133         if(s->flags & MOVE) {
 134                 s->x += (s->dx - screendx)*t_frame;
 135                 s->y += (s->dy - screendy)*t_frame;
 136         }
 137 }
 138
 139 void
 140 sort_sprite(Sprite *s)
 141 {
 142         // clip it, or sort it into the other set of sprites.
 143         if(s->x + s->w < 0 || s->x >= XSIZE
 144            || s->y + s->h < 0 || s->y >= YSIZE) {
 145                 insert_sprite(&free_sprites[s->type], s);
 146                 s->flags = 0;
 147         } else insert_sprite(square(s->x, s->y, 1-set), s);
 148 }
 149
 150 void
 151 move_sprites(void)
 152 {
 153         int sq;
 154         Sprite **head;
 155
 156         // Move all the sprites
 157         for(sq=0; sq<gw*gh; sq++) {
 158                 head=&sprites[set][sq];
 159                 while(*head) {
 160                         Sprite *s = remove_sprite(head);
 161                         move_sprite(s); sort_sprite(s);
 162                 }
 163         }
 164         set = 1-set;  // switch to other set of sprites.
 165 }
 166
 167
 168 static int
 169 line_collide(int xov, unsigned bit, uint32_t *amask, uint32_t *bmask)
 170 {
 171         int i, words = (xov-1) >> 5;
 172         uint32_t abits;
 173
 174         for(i=0; i<words; i++) {
 175                 abits = *amask++ << bit;
 176                 abits |= *amask >> (32-bit);
 177                 if(abits & *bmask++) return true;
 178         }
 179         abits = *amask << bit;
 180         if(abits & *bmask) return true;
 181
 182         return false;
 183 }
 184
 185 static int
 186 mask_collide(int xov, int yov, Sprite *a, Sprite *b)
 187 {
 188         int y;
 189         int xoffset = a->w - xov;
 190         int word = xoffset >> 5, bit = xoffset & 31;
 191         uint32_t *amask = a->mask, *bmask = b->mask;
 192
 193         if(yov > 0) {
 194                 amask = a->mask + ((a->h - yov) * a->mask_w) + word;
 195                 bmask = b->mask;
 196         } else {
 197                 yov = -yov;
 198                 amask = a->mask;
 199                 bmask = b->mask + ((b->h - yov) * b->mask_w) + word;
 200         }
 201
 202         for(y=0; y<yov; y++) {
 203                 if(line_collide(xov, bit, amask, bmask)) return 1;
 204                 amask += a->mask_w; bmask += b->mask_w;
 205         }
 206
 207         return 0;
 208 }
 209
 210 int
 211 collide(Sprite *a, Sprite *b)
 212 {
 213         int dx, dy, xov, yov;
 214
 215         if(!COLLIDES(a) || !COLLIDES(b)) return false;
 216
 217         if(b->x < a->x) { Sprite *tmp = a; a = b; b = tmp; }
 218
 219         dx = b->x - a->x;
 220         dy = b->y - a->y;
 221
 222         xov = max(min(a->w - dx, b->w), 0);
 223
 224         if(dy >= 0) yov = max(min(a->h - dy, b->h), 0);
 225         else yov = -max(min(b->h - -dy, a->h), 0);
 226
 227         if(xov == 0 || yov == 0) return false;
 228         else return mask_collide(xov, yov, a, b);
 229 }
 230
 231 void
 232 collide_with_list(Sprite *s, Sprite *list)
 233 {
 234         for(; list; list=list->next)
 235                 if(collide(s, list)) do_collision(s, list);
 236 }
 237
 238 void
 239 collisions(void)
 240 {
 241         int i, end = gw*gh;
 242         Sprite *s;
 243         for(i=0; i<end; i++) {
 244                 for(s=sprites[set][i]; s; s=s->next) {
 245                         collide_with_list(s, s->next);
 246                         if(i+1 < end) collide_with_list(s, sprites[set][i+1]);
 247                         if(i+gw < end) collide_with_list(s, sprites[set][i+gw]);
 248                         if(i+gw+1 < end) collide_with_list(s, sprites[set][i+gw+1]);
 249                 }
 250         }
 251 }
 252
 253 Sprite *
 254 hit_in_square(Sprite *r, Sprite *s)
 255 {
 256         for(; r; r=r->next)
 257                 if(collide(r, s)) break;
 258         return r;
 259 }
 260
 261 Sprite *
 262 collides(Sprite *s)
 263 {
 264         int l, r, t, b;
 265         Sprite **sq;
 266         Sprite *c;
 267
 268         l = (s->x + grid_size) / grid_size;
 269         r = (s->x + s->w + grid_size) / grid_size;
 270         t = (s->y + grid_size) / grid_size;
 271         b = (s->y + s->h + grid_size) / grid_size;
 272         sq = &sprites[set][l + t*gw];
 273
 274         if((c = hit_in_square(*sq, s))) return c;
 275         if(l > 0 && (c = hit_in_square(*(sq-1), s))) return c;
 276         if(t > 0 && (c = hit_in_square(*(sq-gw), s))) return c;
 277         if(l > 0 && t > 0 && (c = hit_in_square(*(sq-1-gw), s))) return c;
 278
 279         if(r > l) {
 280                 if((c = hit_in_square(*(sq+1), s))) return c;
 281                 if(t > 0 && hit_in_square(*(sq+1-gw), s)) return c;
 282         }
 283         if(b > t) {
 284                 if((c = hit_in_square(*(sq+gw), s))) return c;
 285                 if(l > 0 && (c = hit_in_square(*(sq-1+gw), s))) return c;
 286         }
 287         if(r > l && b > t && (c = hit_in_square(*(sq+1+gw), s))) return c;
 288         return NULL;
 289 }
 290
 291 int
 292 pixel_collide(Sprite *s, int x, int y)
 293 {
 294         uint32_t pmask;
 295
 296         if(!COLLIDES(s)) return false;
 297
 298         if(x < s->x || y < s->y || x >= s->x + s->w || y >= s->y + s->h) return 0;
 299
 300         x -= s->x; y -= s->y;
 301         pmask = 0x80000000 >> (x&0x1f);
 302         return s->mask[(y*s->mask_w) + (x>>5)] & pmask;
 303 }
 304
 305 Sprite *
 306 pixel_hit_in_square(Sprite *r, float x, float y)
 307 {
 308         for(; r; r=r->next) {
 309                 if(COLLIDES(r) && pixel_collide(r, x, y)) return r;
 310         }
 311         return 0;
 312 }
 313
 314 Sprite *
 315 pixel_collides(float x, float y)
 316 {
 317         int l, t;
 318         Sprite **sq;
 319         Sprite *ret;
 320
 321         l = (x + grid_size) / grid_size; t = (y + grid_size) / grid_size;
 322         sq = &sprites[set][l + t*gw];
 323         if((ret = pixel_hit_in_square(*sq, x, y))) return ret;
 324         if(l > 0 && (ret = pixel_hit_in_square(*(sq-1), x, y))) return ret;
 325         if(t > 0 && (ret = pixel_hit_in_square(*(sq-gw), x, y))) return ret;
 326         if(l > 0 && t > 0 && (ret = pixel_hit_in_square(*(sq-1-gw), x, y))) return ret;
 327         return 0;
 328 }
 329
 330
 331 float
 332 sprite_mass(Sprite *s)
 333 {
 334         if(s->type == SHIP) return s->area;
 335         else if(s->type == ROCK) return 3 * s->area;
 336         else return 0;
 337 }
 338
 339 /*
 340  * BOUNCE THEORY
 341  *
 342  * ******************  In 1 Dimension  *****************
 343  *
 344  * For now we will imagine bouncing A and B off each other in 1 dimension (along
 345  * a line). We can safely save the other dimension for later.
 346  *
 347  * A and B are the same weight, and are both traveling 1m/sec, to collide right
 348  * at the origin. With perfect bounciness, their full momentum is reversed.
 349  *
 350  * If we cut the weight of A down by half, then the center of our colision will
 351  * drift towards A (the speeds of A and B are not simply reversed as in our last
 352  * example.) However, there is always a place between A and B on the line (I'll
 353  * call it x) such that the speeds of A and B relative to x, are simply
 354  * reversed. Thus we can find the new speed for A like so:
 355  *
 356  *     new A = x -(A - x)
 357  *
 358  *     new B = x -(B - x)
 359  *
 360  * or, simply:
 361  *
 362  *     new A = 2x - A
 363  *
 364  *     new B = 2x - B
 365  *
 366  *
 367  * this point x is the sort of center of momentum. If, instead of bouncing, A
 368  * and B just globbed together, x would be center of the new glob.
 369  *
 370  * x is the point where there's an equal amount of force coming in from both
 371  * sides. ie the weighted average of the speeds of A and B.
 372  *
 373  * average force = (A force + B force) / total mass
 374  *
 375  * x.speed = (a.speed * a.mass + b.speed * b.mass) / (a.mass + b.mas)
 376  *
 377  * then we apply the formula above for calculating the new A and B.
 378  *
 379  *
 380  *
 381  *
 382  * ******************  In 2 Dimensions  *****************
 383  *
 384  * OK, that's how we do it in 1D. Now we need to deal with 2D.
 385  *
 386  * Imagine (or draw) the two balls just as they are bouncing off each other.
 387  * Imagine drawing a line through the centers of the balls. The balls are
 388  * exerting force on each other only along this axis. So if we rotate
 389  * everything, we can do our earlier 1D math along this line.
 390  *
 391  * It doesn't matter what direction the balls are going in, they only exert
 392  * force on each other along this line. What we will do is to compute the part
 393  * of the balls' momentum that is going along this line, and bounce it according
 394  * to our math above. The other part is unaffected by the bounce, and we can
 395  * just leave it alone.
 396  *
 397  * To get this component of the balls' momentum, we can use the dot product.
 398  *
 399  *     dot(U, V) = length(U) * length(V) * cos(angle between U and V)
 400  *
 401  * If U is a length 1 vector, then dot(U, V) is the length of the component of V
 402  * in the direction of U.  So the components of V are:
 403  *
 404  *     U * dot(U, V)      parallel to U
 405  *
 406  *     V - U * dot(U, V)  perpendicular to U
 407  *
 408  * To do the actual bounce, we compute the unit vector between the center of the
 409  * two balls, compute the components of the balls' speeds along this vector (A
 410  * and B), and then bounce them according to the math above:
 411  *
 412  *     new A = 2x - A
 413  *
 414  *     new B = 2x - B
 415  *
 416  * But we rewrite it in relative terms:
 417  *
 418  *     new A = A + 2(x-A)
 419  *
 420  *     new B = B + 2(x-B)
 421  */
 422
 423 void
 424 bounce(Sprite *a, Sprite *b)
 425 {
 426         float x, y, n;  // (x, y) is unit vector from a to b.
 427         float va, vb;   // va, vb are balls' speeds along (x, y)
 428         float ma, mb;   // ma, mb are the balls' masses.
 429         float vc;       // vc is the "center of momentum"
 430
 431         // (x, y) is unit vector pointing from A's center to B's center.
 432         x = (b->x + b->w / 2) - (a->x + a->w / 2);
 433         y = (b->y + b->h / 2) - (a->y + a->h / 2);
 434         n = sqrt(x*x + y*y); x /= n; y /= n;
 435
 436         // velocities along (x, y)
 437         va = x*a->dx + y*a->dy;
 438         vb = x*b->dx + y*b->dy;
 439         if(vb-va > 0) return;  // don't bounce if we're already moving away.
 440
 441         // get masses and compute "center" speed
 442         ma = sprite_mass(a); mb = sprite_mass(b);
 443         vc = (va*ma + vb*mb) / (ma+mb);
 444
 445         // bounce off the center speed.
 446         a->dx += 2*x*(vc-va); a->dy += 2*y*(vc-va);
 447         b->dx += 2*x*(vc-vb); b->dy += 2*y*(vc-vb);
 448 }