Start simulation
authorLuke Lau <luke_lau@icloud.com>
Thu, 9 Apr 2020 19:56:53 +0000 (20:56 +0100)
committerLuke Lau <luke_lau@icloud.com>
Thu, 9 Apr 2020 19:56:53 +0000 (20:56 +0100)
Makefile
billboardfrag.glsl
clouds.cpp
clouds.h [new file with mode: 0644]
simulation.cpp [new file with mode: 0644]
simulation.h [new file with mode: 0644]

index 7cd3b96e0c63c5aa117fa541f413cba06b68c420..fcdd4226d889e68a55d9d9ed08ca4f9aa99b87b3 100644 (file)
--- a/Makefile
+++ b/Makefile
@@ -1,5 +1,5 @@
-clouds: clouds.cpp program.cpp
-       clang++ -std=c++17 $^ -o $@ \
+clouds: clouds.cpp program.cpp simulation.cpp
+       clang++ -std=c++17 $^ -Ofast -o $@ \
                -Wall -g \
                -I/usr/local/include -L/usr/local/lib \
                -framework OpenGL -framework glut -lglew
index 2349e4dfef4610558042a9f6b8315e1ac217800a..94d15dcb2f1e477e90ed7cba724dedfcc4f49308 100644 (file)
@@ -6,7 +6,7 @@ out vec4 FragColor;
 uniform bool modulate;
 void main() {
        // Cf = color from fragment, Ct = color from texture
-       // Cc = color from texture environment(?) assume to be 0?
+       // Cc = color from texture environment -- not set, defaults to (0,0,0,0)
        // Af = alpha from fragment, At = alpha from texture
        // C = output color, A = output alpha
        float f = texture(tex, texCoord).r;
index 96612e8f1db71c7eef35b9d298ccc46e0bfc3caa..e406f5c6b7500aa06d1c055a819834a43c677ae4 100644 (file)
@@ -1,4 +1,5 @@
 #include "debug.hpp"
+#include "simulation.h"
 #include "program.hpp"
 #include <GL/glew.h>
 #include <GLUT/glut.h>
 using namespace std;
 using namespace glm;
 
-static const int CLOUD_DIM = 16;
-struct Clouds {
-  char cld[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
-  float contDist[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
-};
-
 // calculate continuous distribution
 void calcContDist(Clouds *clds);
 
@@ -75,8 +70,6 @@ vector<vec4> bbColors;
 GLuint bbProg;
 GLuint bbVao;
 
-void calculateMetaballs() {}
-
 // Here we need to generate n_q textures for different densities of metaballs
 // These textures then go on the billboards
 // The texture stores attenuation ratio?
@@ -91,7 +84,7 @@ void precalculateBillboardTextures() {
   // TODO: properly calculate this instead of whatever this is
   for (int j = 0; j < 32; j++)
     for (int i = 0; i < 32; i++)
-      data[i + j * 32] = fmin(1.f, 0.3f + 2.f * (distance(vec2(i, j), vec2(16, 16)) / 16));
+      data[i + j * 32] = fmin(1.f, 0.5f + 1.f * (distance(vec2(i, j), vec2(16, 16)) / 16));
 
   glGenTextures(NQ, bbTexIds);
 
@@ -116,6 +109,32 @@ struct Metaball {
 vector<Metaball> metaballs = {{{0, 0, 0.5}, 1.f},
                               {{0, 0.3, 0.3}, 0.7f}};
 
+Clouds cs;
+
+void calculateMetaballs() {
+  stepClouds(&cs);
+  metaballs.clear();
+  for (int i = 0; i < CLOUD_DIM; i++) {
+    for (int j = 0; j < CLOUD_DIM; j++) {
+      for (int k = 0; k < CLOUD_DIM; k++) {
+        if (cs.cld[i][j][k]) {
+          /* float x = (float)rand()/(float)(RAND_MAX); */
+          /* float y = (float)rand()/(float)(RAND_MAX); */
+          /* float z = (float)rand()/(float)(RAND_MAX); */
+          /* float r = (float)rand()/(float)(RAND_MAX); */
+          /* Metaball m = {{x,y, 0.3 + z * 0.5}, r}; */
+          /* metaballs.push_back(m); */
+          Metaball m = {{i / (float)CLOUD_DIM, j / (float)CLOUD_DIM, k / (float)CLOUD_DIM},
+                        1.f / (float)CLOUD_DIM };
+          m.pos = (m.pos * vec3(2)) - vec3(1);
+          metaballs.push_back(m);
+        }
+      }
+    }
+  }
+  fprintf(stderr, "num metaballs: %lu\n", metaballs.size());
+}
+
 vec3 sunPos = {0, 2, 2}, viewPos = {0, 0, 0}, lookPos = {0, 0, 1};
 mat4 proj; // projection matrix
 mat4 view; // view matrix
@@ -198,6 +217,8 @@ void shadeClouds() {
                       * vec2(width, height);
     vec4 pixel;
     glReadPixels(screenPos.x, screenPos.y, 1, 1, GL_RGBA, GL_FLOAT, value_ptr(pixel));
+    /* fprintf(stderr, "pixel:"); */
+    /* dump(pixel); */
 
     // Multiply the pixel value by the sunlight color.
     vec4 sunColor = {1, 1, 0.9, 1};
@@ -236,8 +257,11 @@ void renderClouds() {
     glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
 
     // Set the billboard color as C[n].
-    fprintf(stderr, "bbColors[i]: ");
-    dump(bbColors[i]);
+    /* fprintf(stderr, "bbColors[i]: "); */
+    /* dump(bbColors[i]); */
+    /* bbColors[i].x = 1 - bbColors[i].x; */
+    /* bbColors[i].y = 1 - bbColors[i].y; */
+    /* bbColors[i].z = 1 - bbColors[i].z; */
     bbColors[i].w = 1;
     glUniform4fv(glGetUniformLocation(bbProg, "color"), 1,
                  glm::value_ptr(bbColors[i]));
@@ -276,6 +300,19 @@ void display() {
   glutSwapBuffers();
 }
 
+void timer(int _) {
+  /* calculateMetaballs(); */
+  /* glutPostRedisplay(); */
+  /* glutTimerFunc(16, timer, 0); */
+}
+
+void keyboard(unsigned char key, int x, int y) {
+       if (key == ' ') {
+               calculateMetaballs();
+               glutPostRedisplay();
+       }
+}
+
 int main(int argc, char **argv) {
   glutInit(&argc, argv);
   glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB |
@@ -314,11 +351,13 @@ int main(int argc, char **argv) {
 
   precalculateBillboardTextures();
 
+  initClouds(&cs);
   calculateMetaballs();
 
   glGenTextures(1, &attenuationTex);
 
-  /* glutTimerFunc(16, timer, 0); */
+  glutKeyboardFunc(keyboard);
+  glutTimerFunc(16, timer, 0);
 
   // set up billboard prog
 
diff --git a/clouds.h b/clouds.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e69de29
diff --git a/simulation.cpp b/simulation.cpp
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0471f4a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,104 @@
+#include "simulation.h"
+#include <cstdlib>
+#include <glm/glm.hpp>
+
+inline float randf() {
+  return  (float)rand()/(float)(RAND_MAX);
+}
+
+// Helper to account for bounds
+inline void set(float x[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM], int i, int j, int k, float y) {
+  if (i < 0 || i >= CLOUD_DIM ||
+      j < 0 || j >= CLOUD_DIM ||
+      k < 0 || k >= CLOUD_DIM)
+    return;
+  x[i][j][k] = y;
+}
+
+#define P_EXT 0.1
+#define P_HUM 0.1 
+#define P_ACT 0.001
+
+void initClouds(Clouds *cs) {
+  for (int i = 0; i < CLOUD_DIM; i++) {
+    for (int j = 0; j < CLOUD_DIM; j++) {
+      for (int k = 0; k < CLOUD_DIM; k++) {
+        cs->act[i][j][k] = rand() % 8 == 0;
+        cs->cld[i][j][k] = false;
+        cs->hum[i][j][k] = rand() % 9 == 0;
+        cs->p_ext[i][j][k] = 0.f;
+        cs->p_hum[i][j][k] = 0.f;
+        cs->p_act[i][j][k] = 0.f;
+      }
+    }
+  }
+
+  // generate ellipsoids of probability
+  for (int n = 0; n < 6; n++) {
+    const float maxSize = 5;
+    int width = randf() * maxSize, height = randf() * maxSize, depth = randf() * maxSize;
+    int x = randf() * CLOUD_DIM, y = randf() * CLOUD_DIM, z = randf() * CLOUD_DIM;
+    glm::vec3 center(x + width / 2, y + height / 2, z + depth / 2);
+
+    for (int i = x; i < x + width; i++) {
+      for (int j = y; j < y + height; j++) {
+        for (int k = z; k < z + depth; k++) {
+          set(cs->p_ext, x, y, z, P_EXT * glm::distance(glm::vec3(x,y,z), center) / maxSize);
+          set(cs->p_hum, x, y, z, P_HUM * (1.f - glm::distance(glm::vec3(x,y,z), center) / maxSize));
+          set(cs->p_act, x, y, z, P_ACT * (1.f - glm::distance(glm::vec3(x,y,z), center) / maxSize));
+        }
+      }
+    }
+  }
+}
+
+// Helper to account for bounds
+inline bool get(bool x[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM], int i, int j, int k) {
+  if (i < 0 || i >= CLOUD_DIM ||
+      j < 0 || j >= CLOUD_DIM ||
+      k < 0 || k >= CLOUD_DIM)
+    return false;
+  return x[i][j][k];
+}
+
+inline bool f_act(Clouds *cs, int i, int j, int k) {
+  return get(cs->act, i + 1, j, k) || get(cs->act, i, j + 1, k)
+    || get(cs->act, i, j, k + 1) || get(cs->act, i - 1, j, k) || get(cs->act, i, j - 1, k)
+    || get(cs->act, i , j, k - 1) || get(cs->act, i - 2, j, k) || get(cs->act, i + 2, j , k)
+    || get(cs->act, i, j - 2, k) || get(cs->act, i , j + 2, k) || get(cs->act, i, j, k - 2);
+}
+
+void growth(Clouds *cs) {
+  Clouds ncs;
+
+  for (int i = 0; i < CLOUD_DIM; i++) {
+    for (int j = 0; j < CLOUD_DIM; j++) {
+      for (int k = 0; k < CLOUD_DIM; k++) {
+        ncs.hum[i][j][k] = cs->hum[i][j][k] && !cs->act[i][j][k];
+        ncs.cld[i][j][k] = cs->cld[i][j][k] || cs->act[i][j][k];
+        ncs.act[i][j][k] = !cs->act[i][j][k] && cs->hum[i][j][k] && f_act(cs, i, j, k);
+      }
+    }
+  }
+
+  *cs = ncs;
+}
+
+void extinction(Clouds *cs) {
+  Clouds ncs;
+  for (int i = 0; i < CLOUD_DIM; i++) {
+    for (int j = 0; j < CLOUD_DIM; j++) {
+      for (int k = 0; k < CLOUD_DIM; k++) {
+        ncs.cld[i][j][k] = cs->cld[i][j][k] && (randf() > cs->p_ext[i][j][k]);
+        ncs.hum[i][j][k] = cs->hum[i][j][k] || (randf() < cs->p_hum[i][j][k]);
+        ncs.act[i][j][k] = cs->act[i][j][k] || (randf() < cs->p_act[i][j][k]);
+      }
+    }
+  }
+  *cs = ncs;
+}
+
+void stepClouds(Clouds *cs) {
+  growth(cs);
+  extinction(cs);
+}
diff --git a/simulation.h b/simulation.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f021ce4
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,15 @@
+#define CLOUD_DIM 16
+struct Clouds {
+  // TODO: make more efficient
+  bool hum[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
+  bool cld[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
+  bool act[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
+  float p_ext[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
+  float p_hum[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
+  float p_act[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
+  float contDist[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
+};
+
+void initClouds(Clouds *cs);
+
+void stepClouds(Clouds *cs);