Scenery/mesh.c

   1 /**************************************************************************
   2  * mesh.c -- data structures and routines for processing terrain meshes
   3  *
   4  * Written by Curtis Olson, started May 1997.
   5  *
   6  * Copyright (C) 1997  Curtis L. Olson  - curt@infoplane.com
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11  * License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  21  *
  22  * $Id$
  23  * (Log is kept at end of this file)
  24  **************************************************************************/
  25
  26
  27 #ifndef __CYGWIN32__
  28 #  include <malloc.h>
  29 #endif
  30
  31 #ifdef WIN32
  32 #  include <windows.h>
  33 #endif
  34
  35 #include <stdio.h>
  36 #include <stdlib.h>  /* atof(), atoi() */
  37 #include <string.h>
  38
  39 #include <GL/glut.h>
  40
  41 #include "../Include/constants.h"
  42 #include "../Include/types.h"
  43 #include "../Math/fg_geodesy.h"
  44 #include "../Math/fg_random.h"
  45 #include "../Math/mat3.h"
  46 #include "../Math/polar.h"
  47
  48 #include "mesh.h"
  49 #include "common.h"
  50 #include "scenery.h"
  51
  52
  53 /* Temporary hack until we get the scenery management system running */
  54 extern GLint area_terrain;
  55 extern struct MESH eg;
  56
  57 /* initialize the non-array mesh values */
  58 void mesh_init(struct MESH *m) {
  59     m->originx = 0.0;
  60     m->originy = 0.0;
  61
  62     m->rows = 0;
  63     m->cols = 0;
  64
  65     m->row_step = 0.0;
  66     m->col_step = 0.0;
  67
  68     m->cur_row = 0;
  69     m->cur_col = 0;
  70     m->do_data = 0;
  71 }
  72
  73
  74 /* return a pointer to a new mesh structure (no data array allocated yet) */
  75 struct MESH *(new_mesh)() {
  76     struct MESH *mesh_ptr;
  77
  78     mesh_ptr = (struct MESH *)malloc(sizeof(struct MESH));
  79
  80     if ( mesh_ptr == 0 ) {
  81         printf("Virtual memory exceeded\n");
  82         exit(-1);
  83     }
  84
  85     mesh_ptr->cur_row = 0;
  86     mesh_ptr->cur_col = 0;
  87
  88     return(mesh_ptr);
  89 }
  90
  91
  92 /* return a pointer to a dynamically allocated array */
  93 float *(new_mesh_data)(int nrows, int ncols) {
  94     float *mesh_data_ptr;
  95
  96     mesh_data_ptr = (float *)malloc(nrows * ncols * sizeof(float));
  97
  98     if ( mesh_data_ptr == 0 ) {
  99         printf("Virtual memory exceeded\n");
 100         exit(-1);
 101     }
 102
 103     printf("Allocated float(%d, %d)\n", nrows, ncols);
 104
 105     return(mesh_data_ptr);
 106 }
 107
 108
 109 /* set the option name in the mesh data structure */
 110 void mesh_set_option_name(struct MESH *m, char *name) {
 111     if ( strlen(name) < MAX_IDENT_LEN ) {
 112         strcpy(m->option_name, name);
 113     } else {
 114         strncpy(m->option_name, name, MAX_IDENT_LEN - 1);
 115         m->option_name[MAX_IDENT_LEN - 1] = '\0';
 116     }
 117     if ( strcmp(m->option_name, "do_data") == 0 ) {
 118         m->do_data = 1;
 119     } else {
 120         m->do_data = 0;
 121     }
 122 }
 123
 124
 125 /* set an option value in the mesh data structure */
 126 void mesh_set_option_value(struct MESH *m, char *value) {
 127     /* printf("Setting %s to %s\n", m->option_name, value); */
 128
 129     if ( m->do_data ) {
 130         /* mesh data is a pseudo 2d array */
 131         /* printf("Setting mesh_data[%d][%d] to %s\n", m->cur_row, m->cur_col,
 132                value); */
 133         m->mesh_data[m->cur_row * m->cols + m->cur_col] = atof(value);
 134         m->cur_col++;
 135         if ( m->cur_col >= m->cols ) {
 136             m->cur_col = 0;
 137             m->cur_row++;
 138             if ( m->cur_row > m->rows ) {
 139                 m->do_data = 0;
 140             }
 141         }
 142     } else if ( strcmp(m->option_name, "origin_lon") == 0 ) {
 143         m->originx = atof(value);
 144     } else if ( strcmp(m->option_name, "origin_lat") == 0 ) {
 145         m->originy = atof(value);
 146     } else if ( strcmp(m->option_name, "rows") == 0 ) {
 147         m->rows = atoi(value);
 148     } else if ( strcmp(m->option_name, "cols") == 0 ) {
 149         m->cols = atoi(value);
 150     } else if ( strcmp(m->option_name, "row_step") == 0 ) {
 151         m->row_step = atof(value);
 152     } else if ( strcmp(m->option_name, "col_step") == 0 ) {
 153         m->col_step = atof(value);
 154     } else {
 155         printf("Unknown option %s with value %s, ignoring ...\n",
 156                m->option_name, value);
 157     }
 158 }
 159
 160
 161 /* do whatever needs to be done with the mesh now that it's been
 162    loaded, such as generating the OpenGL call list. */
 163 void mesh_do_it(struct MESH *m) {
 164     area_terrain = mesh_to_OpenGL(m);
 165 }
 166
 167
 168 /* return the current altitude based on mesh data.  We should rewrite
 169  * this to interpolate exact values, but for now this is good enough */
 170 double mesh_altitude(double lon, double lat) {
 171     /* we expect incoming (lon,lat) to be in arcsec for now */
 172
 173     double xlocal, ylocal, dx, dy, zA, zB, elev;
 174     int x1, y1, z1, x2, y2, z2, x3, y3, z3;
 175     int xindex, yindex;
 176     int skip;
 177
 178     skip = scenery.terrain_skip;
 179     /* determine if we are in the lower triangle or the upper triangle
 180        ______
 181        |   /|
 182        |  / |
 183        | /  |
 184        |/   |
 185        ------
 186
 187        then calculate our end points
 188      */
 189
 190     xlocal = (lon - eg.originx) / eg.col_step;
 191     ylocal = (lat - eg.originy) / eg.row_step;
 192
 193     xindex = (int)(xlocal / skip) * skip;
 194     yindex = (int)(ylocal / skip) * skip;
 195
 196     if ( (xindex < 0) || (xindex + skip >= eg.cols) ||
 197          (yindex < 0) || (yindex + skip >= eg.rows) ) {
 198         return(-9999);
 199     }
 200
 201     dx = xlocal - xindex;
 202     dy = ylocal - yindex;
 203
 204     if ( dx > dy ) {
 205         /* lower triangle */
 206         /* printf("  Lower triangle\n"); */
 207
 208         x1 = xindex;
 209         y1 = yindex;
 210         z1 = eg.mesh_data[y1 * eg.cols + x1];
 211
 212         x2 = xindex + skip;
 213         y2 = yindex;
 214         z2 = eg.mesh_data[y2 * eg.cols + x2];
 215
 216         x3 = xindex + skip;
 217         y3 = yindex + skip;
 218         z3 = eg.mesh_data[y3 * eg.cols + x3];
 219
 220         /* printf("  dx = %.2f  dy = %.2f\n", dx, dy);
 221         printf("  (x1,y1,z1) = (%d,%d,%d)\n", x1, y1, z1);
 222         printf("  (x2,y2,z2) = (%d,%d,%d)\n", x2, y2, z2);
 223         printf("  (x3,y3,z3) = (%d,%d,%d)\n", x3, y3, z3); */
 224
 225         zA = dx * (z2 - z1) / skip + z1;
 226         zB = dx * (z3 - z1) / skip + z1;
 227
 228         /* printf("  zA = %.2f  zB = %.2f\n", zA, zB); */
 229
 230         if ( dx > EPSILON ) {
 231             elev = dy * (zB - zA) / dx + zA;
 232         } else {
 233             elev = zA;
 234         }
 235     } else {
 236         /* upper triangle */
 237         /* printf("  Upper triangle\n"); */
 238
 239         x1 = xindex;
 240         y1 = yindex;
 241         z1 = eg.mesh_data[y1 * eg.cols + x1];
 242
 243         x2 = xindex;
 244         y2 = yindex + skip;
 245         z2 = eg.mesh_data[y2 * eg.cols + x2];
 246
 247         x3 = xindex + skip;
 248         y3 = yindex + skip;
 249         z3 = eg.mesh_data[y3 * eg.cols + x3];
 250
 251         /* printf("  dx = %.2f  dy = %.2f\n", dx, dy);
 252         printf("  (x1,y1,z1) = (%d,%d,%d)\n", x1, y1, z1);
 253         printf("  (x2,y2,z2) = (%d,%d,%d)\n", x2, y2, z2);
 254         printf("  (x3,y3,z3) = (%d,%d,%d)\n", x3, y3, z3); */
 255
 256         zA = dy * (z2 - z1) / skip + z1;
 257         zB = dy * (z3 - z1) / skip + z1;
 258
 259         /* printf("  zA = %.2f  zB = %.2f\n", zA, zB );
 260         printf("  xB - xA = %.2f\n", eg.col_step * dy / eg.row_step); */
 261
 262         if ( dy > EPSILON ) {
 263             elev = dx * (zB - zA) / dy    + zA;
 264         } else {
 265             elev = zA;
 266         }
 267     }
 268
 269     return(elev);
 270 }
 271
 272
 273 /* walk through mesh and make opengl calls */
 274 GLint mesh_to_OpenGL(struct MESH *m) {
 275     GLint mesh;
 276     /* static GLfloat color[4] = { 0.5, 0.4, 0.25, 1.0 }; */ /* dark desert */
 277     /* static GLfloat color[4] = { 0.5, 0.5, 0.25, 1.0 }; */
 278     static GLfloat color[4] = { 1.0, 0.0, 0.0, 1.0 };
 279     double centerx, centery;
 280     double randx, randy;
 281
 282     float x1, y1, x2, y2, z11, z12, z21, z22;
 283     struct fgCartesianPoint p11, p12, p21, p22, c;
 284     double gc_lon, gc_lat, sl_radius;
 285
 286     MAT3vec v1, v2, normal;
 287     int i, j, istep, jstep, iend, jend;
 288     float temp;
 289
 290     printf("In mesh2GL(), generating GL call list.\n");
 291
 292     /* Detail level.  This is how big a step we take as we walk
 293      * through the DEM data set.  This value is initialized in
 294      * .../Scenery/scenery.c:fgSceneryInit() */
 295     istep = jstep = scenery.terrain_skip ;
 296
 297     centerx = m->originx + (m->rows * m->row_step) / 2.0;
 298     centery = m->originy + (m->cols * m->col_step) / 2.0;
 299     fgGeodToGeoc(centery*ARCSEC_TO_RAD, 0, &sl_radius, &gc_lat);
 300     c = fgPolarToCart(centerx*ARCSEC_TO_RAD, gc_lat, sl_radius);
 301     scenery.center = c;
 302
 303     mesh = glGenLists(1);
 304     glNewList(mesh, GL_COMPILE);
 305
 306     /* glMaterialfv( GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color ); */
 307     glColor3fv(color);
 308
 309     iend = m->cols - 1;
 310     jend = m->rows - 1;
 311
 312     y1 = m->originy;
 313     y2 = y1 + (m->col_step * istep);
 314
 315     for ( i = 0; i < iend; i += istep ) {
 316         x1 = m->originx;
 317         x2 = x1 + (m->row_step * jstep);
 318
 319         glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP);
 320
 321         for ( j = 0; j < jend; j += jstep ) {
 322             z11 = m->mesh_data[i         * m->cols + j        ];
 323             z12 = m->mesh_data[(i+istep) * m->cols + j        ];
 324             z21 = m->mesh_data[i         * m->cols + (j+jstep)];
 325             z22 = m->mesh_data[(i+istep) * m->cols + (j+jstep)];
 326
 327             /* printf("A geodetic point is (%.2f, %.2f, %.2f)\n",
 328                x1, y1, z11); */
 329             gc_lon = x1*ARCSEC_TO_RAD;
 330             fgGeodToGeoc(y1*ARCSEC_TO_RAD, z11, &sl_radius, &gc_lat);
 331             /* printf("A geocentric point is (%.2f, %.2f, %.2f)\n", gc_lon,
 332                gc_lat, sl_radius+z11); */
 333             p11 = fgPolarToCart(gc_lon, gc_lat, sl_radius+z11);
 334             /* printf("A cart point is (%.8f, %.8f, %.8f)\n",
 335                p11.x, p11.y, p11.z); */
 336
 337             gc_lon = x1*ARCSEC_TO_RAD;
 338             fgGeodToGeoc(y2*ARCSEC_TO_RAD, z12, &sl_radius, &gc_lat);
 339             p12 = fgPolarToCart(gc_lon, gc_lat, sl_radius+z12);
 340
 341             gc_lon = x2*ARCSEC_TO_RAD;
 342             fgGeodToGeoc(y1*ARCSEC_TO_RAD, z21, &sl_radius, &gc_lat);
 343             p21 = fgPolarToCart(gc_lon, gc_lat, sl_radius+z21);
 344
 345             gc_lon = x2*ARCSEC_TO_RAD;
 346             fgGeodToGeoc(y2*ARCSEC_TO_RAD, z22, &sl_radius, &gc_lat);
 347             p22 = fgPolarToCart(gc_lon, gc_lat, sl_radius+z22);
 348
 349             v1[0] = p22.y - p11.y; v1[1] = p22.z - p11.z; v1[2] = z22 - z11;
 350             v2[0] = p12.y - p11.y; v2[1] = p12.z - p11.z; v2[2] = z12 - z11;
 351             MAT3cross_product(normal, v1, v2);
 352             MAT3_NORMALIZE_VEC(normal,temp);
 353             glNormal3d(normal[0], normal[1], normal[2]);
 354             /* printf("normal 1 = (%.2f %.2f %.2f\n", normal[0], normal[1],
 355                    normal[2]); */
 356
 357             if ( j == 0 ) {
 358                 /* first time through */
 359                 glVertex3d(p12.x - c.x, p12.y - c.y, p12.z - c.z);
 360                 glVertex3d(p11.x - c.x, p11.y - c.y, p11.z - c.z);
 361             }
 362
 363             glVertex3d(p22.x - c.x, p22.y - c.y, p22.z - c.z);
 364
 365             v2[0] = p21.y - p11.y; v2[1] = p21.z - p11.z; v2[2] = z21 - z11;
 366             MAT3cross_product(normal, v2, v1);
 367             MAT3_NORMALIZE_VEC(normal,temp);
 368             glNormal3d(normal[0], normal[1], normal[2]);
 369             /* printf("normal 2 = (%.2f %.2f %.2f\n", normal[0], normal[1],
 370                    normal[2]); */
 371
 372             glVertex3d(p21.x - c.x, p21.y - c.y, p21.z - c.z);
 373
 374             x1 += m->row_step * jstep;
 375             x2 += m->row_step * jstep;
 376         }
 377         glEnd();
 378
 379         y1 += m->col_step * istep;
 380         y2 += m->col_step * istep;
 381     }
 382
 383     /* this will go, it's only here for testing/debugging */
 384
 385     for ( i = 0; i < 200; i++ ) {
 386         randx = fg_random() * 3600.0;
 387         randy = fg_random() * 3600.0;
 388
 389         /* mesh_make_test_object(m->originx + randx, m->originy + randy); */
 390     }
 391
 392     glEndList();
 393
 394     return(mesh);
 395 }
 396
 397
 398 /* $Log$
 399 /* Revision 1.24  1997/12/15 23:54:59  curt
 400 /* Add xgl wrappers for debugging.
 401 /* Generate terrain normals on the fly.
 402 /*
 403  * Revision 1.23  1997/10/30 12:38:44  curt
 404  * Working on new scenery subsystem.
 405  *
 406  * Revision 1.22  1997/10/28 21:00:21  curt
 407  * Changing to new terrain format.
 408  *
 409  * Revision 1.21  1997/08/27 03:30:27  curt
 410  * Changed naming scheme of basic shared structures.
 411  *
 412  * Revision 1.20  1997/08/19 23:55:08  curt
 413  * Worked on better simulating real lighting.
 414  *
 415  * Revision 1.19  1997/08/06 00:24:28  curt
 416  * Working on correct real time sun lighting.
 417  *
 418  * Revision 1.18  1997/08/02 19:10:14  curt
 419  * Incorporated mesh2GL.c into mesh.c
 420  *
 421  * Revision 1.17  1997/07/18 23:41:26  curt
 422  * Tweaks for building with Cygnus Win32 compiler.
 423  *
 424  * Revision 1.16  1997/07/16 20:04:51  curt
 425  * Minor tweaks to aid Win32 port.
 426  *
 427  * Revision 1.15  1997/07/14 16:26:04  curt
 428  * Testing/playing -- placed objects randomly across the entire terrain.
 429  *
 430  * Revision 1.14  1997/07/12 04:01:14  curt
 431  * Added #include <Windows32/Base.h> to help Win32 compiling.
 432  *
 433  * Revision 1.13  1997/07/12 02:27:11  curt
 434  * Looking at potential scenery transformation/coordinate system problems.
 435  *
 436  * Revision 1.12  1997/07/11 03:23:19  curt
 437  * Solved some scenery display/orientation problems.  Still have a positioning
 438  * (or transformation?) problem.
 439  *
 440  * Revision 1.11  1997/07/11 01:30:02  curt
 441  * More tweaking of terrian floor.
 442  *
 443  * Revision 1.10  1997/07/10 04:26:38  curt
 444  * We now can interpolated ground elevation for any position in the grid.  We
 445  * can use this to enforce a "hard" ground.  We still need to enforce some
 446  * bounds checking so that we don't try to lookup data points outside the
 447  * grid data set.
 448  *
 449  * Revision 1.9  1997/07/10 02:22:10  curt
 450  * Working on terrain elevation interpolation routine.
 451  *
 452  * Revision 1.8  1997/07/09 21:31:15  curt
 453  * Working on making the ground "hard."
 454  *
 455  * Revision 1.7  1997/07/08 18:20:13  curt
 456  * Working on establishing a hard ground.
 457  *
 458  * Revision 1.6  1997/06/29 21:16:49  curt
 459  * More twiddling with the Scenery Management system.
 460  *
 461  * Revision 1.5  1997/06/22 21:44:41  curt
 462  * Working on intergrating the VRML (subset) parser.
 463  *
 464  * Revision 1.4  1997/05/30 19:30:17  curt
 465  * The LaRCsim flight model is starting to look like it is working.
 466  *
 467  * Revision 1.3  1997/05/23 15:40:41  curt
 468  * Added GNU copyright headers.
 469  *
 470  * Revision 1.2  1997/05/19 18:20:50  curt
 471  * Slight change to origin key words.
 472  *
 473  * Revision 1.1  1997/05/16 16:07:04  curt
 474  * Initial revision.
 475  *
 476  */