sprite.c

   1 #include <math.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include "vorconfig.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         if(SDL_MUSTLOCK(s->image)) { 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         if(SDL_MUSTLOCK(s->image)) { 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 + 2*grid_size) / grid_size; // -grid-size to XSIZE inclusive (so sprites can be just off either edge)
  92         gh = (YSIZE + 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         if(b >= gw*gh || b < 0) {
 109                 fprintf(stderr, "square(%i, %i, %i) = %i\n", x, y, set, b);
 110                 ((int*)0)[0] = 0;
 111         }
 112         return &sprites[set][b];
 113 }
 114
 115 void
 116 add_sprite(Sprite *s)
 117 {
 118         insert_sprite(square(s->x, s->y, set), s);
 119 }
 120
 121 void
 122 reset_sprites(void)
 123 {
 124         int i;
 125
 126         for(i=0; i<gw*gh; i++)
 127                 while(sprites[set][i]) {
 128                         Sprite *s = remove_sprite(&sprites[set][i]);
 129                         insert_sprite(&free_sprites[s->type], s);
 130                         s->flags = 0;
 131                 }
 132 }
 133
 134 void
 135 move_sprite(Sprite *s)
 136 {
 137         if(s->flags & MOVE) {
 138                 s->x += (s->dx - screendx)*t_frame;
 139                 s->y += (s->dy - screendy)*t_frame;
 140         }
 141 }
 142
 143 void
 144 sort_sprite(Sprite *s)
 145 {
 146         // clip it, or sort it into the other set of sprites.
 147         if(s->x + s->w < 0 || s->x >= XSIZE
 148            || s->y + s->h < 0 || s->y >= YSIZE) {
 149                 insert_sprite(&free_sprites[s->type], s);
 150                 s->flags = 0;
 151         } else insert_sprite(square(s->x, s->y, 1-set), s);
 152 }
 153
 154 void
 155 move_sprites(void)
 156 {
 157         int sq;
 158         Sprite **head;
 159
 160         // Move all the sprites
 161         for(sq=0; sq<gw*gh; sq++) {
 162                 head=&sprites[set][sq];
 163                 while(*head) {
 164                         Sprite *s = remove_sprite(head);
 165                         move_sprite(s); sort_sprite(s);
 166                 }
 167         }
 168         set = 1-set;  // switch to other set of sprites.
 169 }
 170
 171
 172 // xov: number of bits of overlap
 173 // bit: number of bits in from the left edge of amask where bmask is
 174 static int
 175 line_collide(int xov, unsigned bit, uint32_t *amask, uint32_t *bmask)
 176 {
 177         int i, words = (xov-1) >> 5;
 178         uint32_t abits;
 179
 180         for(i=0; i<words; i++) {
 181                 abits = *amask++ << bit;
 182                 abits |= *amask >> (32-bit);
 183                 if(abits & *bmask++) return true;
 184         }
 185         abits = *amask << bit;
 186         if(abits & *bmask) return true;
 187
 188         return false;
 189 }
 190
 191 // xov: number of bits/pixels of horizontal overlap
 192 // yov: number of bits/pixels of vertical overlap
 193 static int
 194 mask_collide(int xov, int yov, Sprite *a, Sprite *b)
 195 {
 196         int y;
 197         int xoffset = a->w - xov;
 198         int word = xoffset >> 5, bit = xoffset & 31;
 199         uint32_t *amask = a->mask, *bmask = b->mask;
 200
 201         if(yov > 0) {
 202                 amask = a->mask + ((a->h - yov) * a->mask_w) + word;
 203                 bmask = b->mask;
 204         } else {
 205                 yov = -yov;
 206                 amask = a->mask + word;
 207                 bmask = b->mask + ((b->h - yov) * b->mask_w);
 208         }
 209
 210         for(y=0; y<yov; y++) {
 211                 if(line_collide(xov, bit, amask, bmask)) return 1;
 212                 amask += a->mask_w; bmask += b->mask_w;
 213         }
 214
 215         return 0;
 216 }
 217
 218 int
 219 collide(Sprite *a, Sprite *b)
 220 {
 221         int dx, dy, xov, yov;
 222
 223         if(!COLLIDES(a) || !COLLIDES(b)) return false;
 224
 225         if(b->x < a->x) { Sprite *tmp = a; a = b; b = tmp; }
 226
 227         dx = b->x - a->x;
 228         dy = b->y - a->y;
 229
 230         xov = max(min(a->w - dx, b->w), 0);
 231
 232         if(dy >= 0) yov = max(min(a->h - dy, b->h), 0);
 233         else yov = -max(min(b->h - -dy, a->h), 0);
 234
 235         if(xov == 0 || yov == 0) return false;
 236         else return mask_collide(xov, yov, a, b);
 237 }
 238
 239 void
 240 collide_with_list(Sprite *s, Sprite *list)
 241 {
 242         for(; list; list=list->next)
 243                 if(collide(s, list)) do_collision(s, list);
 244 }
 245
 246 void
 247 collisions(void)
 248 {
 249         int i, end = gw*gh;
 250         Sprite *s;
 251         for(i=0; i<end; i++) {
 252                 for(s=sprites[set][i]; s; s=s->next) {
 253                         collide_with_list(s, s->next);
 254                         if(i+1 < end) collide_with_list(s, sprites[set][i+1]);
 255                         if(i+gw < end) collide_with_list(s, sprites[set][i+gw]);
 256                         if(i+gw+1 < end) collide_with_list(s, sprites[set][i+gw+1]);
 257                 }
 258         }
 259 }
 260
 261 int
 262 pixel_collide(Sprite *s, int x, int y)
 263 {
 264         uint32_t pmask;
 265
 266         if(!COLLIDES(s)) return false;
 267
 268         if(x < s->x || y < s->y || x >= s->x + s->w || y >= s->y + s->h) return 0;
 269
 270         x -= s->x; y -= s->y;
 271         pmask = 0x80000000 >> (x&0x1f);
 272         return s->mask[(y*s->mask_w) + (x>>5)] & pmask;
 273 }
 274
 275 Sprite *
 276 pixel_hit_in_square(Sprite *r, float x, float y)
 277 {
 278         for(; r; r=r->next) {
 279                 if(COLLIDES(r) && pixel_collide(r, x, y)) return r;
 280         }
 281         return 0;
 282 }
 283
 284 Sprite *
 285 pixel_collides(float x, float y)
 286 {
 287         int l, t;
 288         Sprite **sq;
 289         Sprite *ret;
 290
 291         l = (x + grid_size) / grid_size; t = (y + grid_size) / grid_size;
 292         sq = &sprites[set][l + t*gw];
 293         if((ret = pixel_hit_in_square(*sq, x, y))) return ret;
 294         if(l > 0 && (ret = pixel_hit_in_square(*(sq-1), x, y))) return ret;
 295         if(t > 0 && (ret = pixel_hit_in_square(*(sq-gw), x, y))) return ret;
 296         if(l > 0 && t > 0 && (ret = pixel_hit_in_square(*(sq-1-gw), x, y))) return ret;
 297         return 0;
 298 }
 299
 300
 301 float
 302 sprite_mass(Sprite *s)
 303 {
 304         if(s->type == SHIP) return s->area;
 305         else if(s->type == ROCK) return 3 * s->area;
 306         else return 0;
 307 }
 308
 309 /*
 310  * BOUNCE THEORY
 311  *
 312  * ******************  In 1 Dimension  *****************
 313  *
 314  * For now we will imagine bouncing A and B off each other in 1 dimension (along
 315  * a line). We can safely save the other dimension for later.
 316  *
 317  * A and B are the same weight, and are both traveling 1m/sec, to collide right
 318  * at the origin. With perfect bounciness, their full momentum is reversed.
 319  *
 320  * If we cut the weight of A down by half, then the center of our colision will
 321  * drift towards A (the speeds of A and B are not simply reversed as in our last
 322  * example.) However, there is always a place between A and B on the line (I'll
 323  * call it x) such that the speeds of A and B relative to x, are simply
 324  * reversed. Thus we can find the new speed for A like so:
 325  *
 326  *     new A = x -(A - x)
 327  *
 328  *     new B = x -(B - x)
 329  *
 330  * or, simply:
 331  *
 332  *     new A = 2x - A
 333  *
 334  *     new B = 2x - B
 335  *
 336  *
 337  * this point x is the sort of center of momentum. If, instead of bouncing, A
 338  * and B just globbed together, x would be center of the new glob.
 339  *
 340  * x is the point where there's an equal amount of force coming in from both
 341  * sides. ie the weighted average of the speeds of A and B.
 342  *
 343  * average force = (A force + B force) / total mass
 344  *
 345  * x.speed = (a.speed * a.mass + b.speed * b.mass) / (a.mass + b.mas)
 346  *
 347  * then we apply the formula above for calculating the new A and B.
 348  *
 349  *
 350  *
 351  *
 352  * ******************  In 2 Dimensions  *****************
 353  *
 354  * OK, that's how we do it in 1D. Now we need to deal with 2D.
 355  *
 356  * Imagine (or draw) the two balls just as they are bouncing off each other.
 357  * Imagine drawing a line through the centers of the balls. The balls are
 358  * exerting force on each other only along this axis. So if we rotate
 359  * everything, we can do our earlier 1D math along this line.
 360  *
 361  * It doesn't matter what direction the balls are going in, they only exert
 362  * force on each other along this line. What we will do is to compute the part
 363  * of the balls' momentum that is going along this line, and bounce it according
 364  * to our math above. The other part is unaffected by the bounce, and we can
 365  * just leave it alone.
 366  *
 367  * To get this component of the balls' momentum, we can use the dot product.
 368  *
 369  *     dot(U, V) = length(U) * length(V) * cos(angle between U and V)
 370  *
 371  * If U is a length 1 vector, then dot(U, V) is the length of the component of V
 372  * in the direction of U.  So the components of V are:
 373  *
 374  *     U * dot(U, V)      parallel to U
 375  *
 376  *     V - U * dot(U, V)  perpendicular to U
 377  *
 378  * To do the actual bounce, we compute the unit vector between the center of the
 379  * two balls, compute the components of the balls' speeds along this vector (A
 380  * and B), and then bounce them according to the math above:
 381  *
 382  *     new A = 2x - A
 383  *
 384  *     new B = 2x - B
 385  *
 386  * But we rewrite it in relative terms:
 387  *
 388  *     new A = A + 2(x-A)
 389  *
 390  *     new B = B + 2(x-B)
 391  */
 392
 393 void
 394 bounce(Sprite *a, Sprite *b)
 395 {
 396         float x, y, n;  // (x, y) is unit vector from a to b.
 397         float va, vb;   // va, vb are balls' speeds along (x, y)
 398         float ma, mb;   // ma, mb are the balls' masses.
 399         float vc;       // vc is the "center of momentum"
 400
 401         // (x, y) is unit vector pointing from A's center to B's center.
 402         x = (b->x + b->w / 2) - (a->x + a->w / 2);
 403         y = (b->y + b->h / 2) - (a->y + a->h / 2);
 404         n = sqrt(x*x + y*y); x /= n; y /= n;
 405
 406         // velocities along (x, y)
 407         va = x*a->dx + y*a->dy;
 408         vb = x*b->dx + y*b->dy;
 409         if(vb-va > 0) return;  // don't bounce if we're already moving away.
 410
 411         // get masses and compute "center" speed
 412         ma = sprite_mass(a); mb = sprite_mass(b);
 413         vc = (va*ma + vb*mb) / (ma+mb);
 414
 415         // bounce off the center speed.
 416         a->dx += 2*x*(vc-va); a->dy += 2*y*(vc-va);
 417         b->dx += 2*x*(vc-vb); b->dy += 2*y*(vc-vb);
 418 }