src/video.scm

   1 ;;; Gacela, a GNU Guile extension for fast games development
   2 ;;; Copyright (C) 2009 by Javier Sancho Fernandez <jsf at jsancho dot org>
   3 ;;;
   4 ;;; This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   5 ;;; it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6 ;;; the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   7 ;;; (at your option) any later version.
   8 ;;;
   9 ;;; This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10 ;;; but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11 ;;; MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12 ;;; GNU General Public License for more details.
  13 ;;;
  14 ;;; You should have received a copy of the GNU General Public License
  15 ;;; along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16
  17
  18 (define-module (gacela video)
  19   #:use-module (gacela sdl)
  20   #:use-module (gacela gl)
  21   #:use-module (gacela ftgl)
  22   #:use-module (gacela math)
  23   #:use-module (gacela utils)
  24   #:use-module (ice-9 optargs)
  25   #:use-module (ice-9 receive)
  26   #:export (init-video
  27             get-screen-height
  28             get-screen-width
  29             get-screen-bpp
  30             set-screen-bpp!
  31             resize-screen
  32             quit-video
  33             clear-screen
  34             flip-screen
  35             set-screen-title!
  36             get-screen-title
  37             set-2d-mode
  38             set-3d-mode
  39             3d-mode?
  40             get-frames-per-second
  41             set-frames-per-second!
  42             get-fullscreen
  43             set-fullscreen!
  44             init-frame-time
  45             get-frame-time
  46             delay-frame
  47             get-current-color
  48             set-current-color
  49             with-color
  50             progn-textures
  51             draw
  52             load-texture
  53             load-texture-without-cache
  54             get-texture-properties
  55             draw-texture
  56             draw-line
  57             draw-quad
  58             draw-rectangle
  59             draw-square
  60             draw-cube
  61             translate
  62             rotate
  63             to-origin
  64             add-light
  65             set-camera
  66             camera-look
  67             load-font
  68             load-font-without-texture
  69             render-text)
  70   #:re-export (glPushMatrix
  71                glPopMatrix)
  72   #:export-syntax (glmatrix-block))
  73
  74
  75
  76 ;;; Screen
  77
  78 (define screen #f)
  79 (define flags 0)
  80
  81 (define* (init-video width height bpp #:key (mode '2d) (title "") (fps 20) (fullscreen 'off))
  82   (SDL_Init SDL_INIT_VIDEO)
  83   (let ((info (SDL_GetVideoInfo)))
  84     (SDL_GL_SetAttribute SDL_GL_DOUBLEBUFFER 1)
  85     (set! flags (+ SDL_OPENGL SDL_GL_DOUBLEBUFFER SDL_HWPALETTE SDL_RESIZABLE
  86                    (if (= (assoc-ref info 'hw_available) 0) SDL_SWSURFACE SDL_HWSURFACE)
  87                    (if (= (assoc-ref info 'blit_hw) 0) 0 SDL_HWACCEL)
  88                    (if (eq? fullscreen 'on) SDL_FULLSCREEN 0)))
  89     (set! screen (SDL_SetVideoMode width height bpp flags))
  90     (set-screen-title! title)
  91     (set-frames-per-second! fps)
  92     (set-fullscreen! fullscreen #f)
  93     (init-gl)
  94     (if (eq? mode '3d) (set-3d-mode) (set-2d-mode))))
  95
  96 (define (get-screen-height)
  97   (surface-h screen))
  98
  99 (define (get-screen-width)
 100   (surface-w screen))
 101
 102 (define (get-screen-bpp)
 103   (* (surface-format-BytesPerPixel screen) 8))
 104
 105 (define (set-screen-bpp! bpp)
 106   (cond (screen
 107          (set! screen (SDL_SetVideoMode (get-screen-width) (get-screen-height) (get-screen-bpp) flags)))))
 108
 109 (define (resize-screen width height)
 110   (cond (screen
 111          (set! screen (SDL_SetVideoMode width height (get-screen-bpp) flags))
 112          (resize-screen-GL width height))))
 113
 114 (define (quit-video)
 115   (cond (screen
 116          (SDL_FreeSurface screen)
 117          (set! screen #f)
 118          (SDL_Quit))))
 119
 120 (define (clear-screen)
 121   (glClear (+ GL_COLOR_BUFFER_BIT GL_DEPTH_BUFFER_BIT)))
 122
 123 (define (flip-screen)
 124   (SDL_GL_SwapBuffers))
 125
 126
 127 (define screen-title "")
 128
 129 (define (set-screen-title! title)
 130   (set! screen-title title)
 131   (SDL_WM_SetCaption title ""))
 132
 133 (define (get-screen-title)
 134   screen-title)
 135
 136
 137 (define mode '2d)
 138
 139 (define (set-2d-mode)
 140   (set! mode '2d)
 141   (glDisable GL_DEPTH_TEST)
 142   (resize-screen-GL (get-screen-width) (get-screen-height)))
 143
 144 (define (set-3d-mode)
 145   (set! mode '3d)
 146   (glClearDepth 1)
 147   (glEnable GL_DEPTH_TEST)
 148   (glDepthFunc GL_LEQUAL)
 149   (resize-screen-GL (get-screen-width) (get-screen-height)))
 150
 151 (define (3d-mode?)
 152   (eq? mode '3d))
 153
 154
 155 (define fullscreen 'off)
 156
 157 (define* (set-fullscreen! fs #:optional (toggle #t))
 158   (cond ((or (and (eq? fullscreen 'on) (eq? fs 'off))
 159              (and (eq? fullscreen 'off) (eq? fs 'on)))
 160          (set! fullscreen fs)
 161          (cond (toggle
 162                 (SDL_WM_ToggleFullScreen screen))))))
 163
 164 (define (get-fullscreen)
 165   fullscreen)
 166
 167
 168 (define (init-gl)
 169   (glShadeModel GL_SMOOTH)
 170   (glClearColor 0 0 0 0)
 171   (glEnable GL_BLEND)
 172   (glBlendFunc GL_SRC_ALPHA GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
 173   (glHint GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT GL_NICEST))
 174
 175 (define (resize-screen-GL width height)
 176   (glViewport 0 0 width height)
 177   (glMatrixMode GL_PROJECTION)
 178   (glLoadIdentity)
 179   (cond ((3d-mode?)
 180          (let ((ratio (if (= height 0) width (/ width height))))
 181            (gluPerspective 45 ratio 0.1 100)))
 182         (else
 183          (let* ((w (/ width 2)) (h (/ height 2)))
 184            (glOrtho (- w) w (- h) h 0 1))))
 185   (glMatrixMode GL_MODELVIEW)
 186   (glLoadIdentity))
 187
 188
 189 ;;; Frames per second
 190
 191 (define time 0)
 192 (define frames-per-second 20)
 193 (define time-per-frame 50)   ;in ms
 194
 195 (define (get-frames-per-second)
 196   frames-per-second)
 197
 198 (define (set-frames-per-second! fps)
 199   (set! frames-per-second fps)
 200   (set! time-per-frame (/ 1000.0 fps)))
 201
 202 (define (init-frame-time)
 203   (set! time (SDL_GetTicks)))
 204
 205 (define (get-frame-time)
 206   time)
 207
 208 (define (delay-frame)
 209   (let ((frame-time (- (SDL_GetTicks) time)))
 210     (cond ((< frame-time time-per-frame)
 211            (SDL_Delay (- time-per-frame frame-time))))))
 212
 213
 214 ;;; Drawing
 215
 216 (define current-color '(1 1 1 1))
 217
 218 (define (get-current-color)
 219   current-color)
 220
 221 (define* (set-current-color red green blue #:optional (alpha 1))
 222   (set! current-color (list red green blue alpha))
 223   (glColor4f red green blue alpha))
 224
 225 (define-macro (with-color color . code)
 226   (cond (color
 227          `(let ((original-color (get-current-color))
 228                 (result #f))
 229             (apply set-current-color ,color)
 230             (set! result (begin ,@code))
 231             (apply set-current-color original-color)
 232             result))
 233         (else `(begin ,@code))))
 234
 235 (define-macro (progn-textures . code)
 236   `(let ((result #f))
 237      (glEnable GL_TEXTURE_2D)
 238      (set! result (begin ,@code))
 239      (glDisable GL_TEXTURE_2D)
 240      result))
 241
 242 (define (draw . vertexes)
 243   (begin-draw (length vertexes))
 244   (draw-vertexes vertexes)
 245   (glEnd))
 246
 247 (define (begin-draw number-of-points)
 248   (cond ((= number-of-points 2) (glBegin GL_LINES))
 249         ((= number-of-points 3) (glBegin GL_TRIANGLES))
 250         ((= number-of-points 4) (glBegin GL_QUADS))))
 251
 252 (define (draw-vertexes vertexes)
 253   (cond ((not (null? vertexes))
 254          (draw-vertex (car vertexes))
 255          (draw-vertexes (cdr vertexes)))))
 256
 257 (define* (draw-vertex vertex #:key texture-coord)
 258   (cond ((list? (car vertex))
 259          (with-color (car vertex)
 260                      (apply simple-draw-vertex (cadr vertex))))
 261         (else
 262          (cond (texture-coord (apply glTexCoord2f texture-coord)))
 263          (apply simple-draw-vertex vertex))))
 264
 265 (define* (simple-draw-vertex x y #:optional (z 0))
 266   (cond ((3d-mode?) (glVertex3f x y z))
 267         (else (glVertex2f x y))))
 268
 269 (define (load-image filename)
 270   (let ((image (IMG_Load filename)))
 271     (cond (image
 272            (SDL_DisplayFormatAlpha image)))))
 273
 274 (define (load-image-for-texture filename)
 275   (let ((image (load-image filename)))
 276     (cond (image
 277            (let* ((width (surface-w image)) (height (surface-h image))
 278                   (power-2 (nearest-power-of-two (min width height)))
 279                   (resized-image #f))
 280              (cond ((and (= width power-2) (= height power-2)) (values image width height))
 281                    (else (set! resized-image (resize-surface image power-2 power-2))
 282                          (if resized-image (values resized-image width height))))))
 283           (else
 284            (values #f 0 0)))))
 285
 286 (define (resize-surface surface width height)
 287   (let ((old-width (surface-w surface)) (old-height (surface-h surface)))
 288     (cond ((and (= width old-width) (= height old-height)) surface)
 289           (else (let ((zoomx (/ (+ width 0.5) old-width)) (zoomy (/ (+ height 0.5) old-height)))
 290                (zoomSurface surface zoomx zoomy 0))))))
 291
 292 (define* (load-texture-without-cache filename #:key (min-filter GL_LINEAR) (mag-filter GL_LINEAR))
 293   (progn-textures
 294    (receive
 295     (image real-w real-h) (load-image-for-texture filename)
 296     (cond (image
 297            (let ((width (surface-w image)) (height (surface-h image))
 298                  (byteorder (if (= SDL_BYTEORDER SDL_LIL_ENDIAN)
 299                                 (if (= (surface-format-BytesPerPixel image) 3) GL_BGR GL_BGRA)
 300                                 (if (= (surface-format-BytesPerPixel image) 3) GL_RGB GL_RGBA)))
 301                  (texture (car (glGenTextures 1))))
 302
 303              (glBindTexture GL_TEXTURE_2D texture)
 304              (glTexImage2D GL_TEXTURE_2D 0 4 width height 0 byteorder GL_UNSIGNED_BYTE (surface-pixels image))
 305              (glTexParameteri GL_TEXTURE_2D GL_TEXTURE_MIN_FILTER min-filter)
 306              (glTexParameteri GL_TEXTURE_2D GL_TEXTURE_MAG_FILTER mag-filter)
 307              (set-texture-size! texture real-w real-h)
 308              texture))))))
 309
 310 (define load-texture (use-cache-with load-texture-without-cache))
 311
 312 (define (get-texture-properties texture)
 313   `((width . ,(texture-w texture)) (height . ,(texture-h texture))))
 314
 315 (define* (draw-texture texture #:key (zoom 1) (sprite '((0 0) (1 1))))
 316   (cond (texture
 317          (let ((width (texture-w texture))
 318                (height (texture-h texture)))
 319            (draw-rectangle (* zoom width (- (caadr sprite) (caar sprite)))
 320                            (* zoom height (- (cadadr sprite) (cadar sprite)))
 321                            #:texture texture
 322                            #:texture-coord sprite)))))
 323
 324 (define* (draw-line length #:optional color)
 325   (let ((l (/ length 2)))
 326     (cond (color
 327            (with-color color (draw (list 0 l) (list 0 (- l)))))
 328           (else
 329            (draw (list 0 l) (list 0 (- l)))))))
 330
 331 (define* (draw-quad v1 v2 v3 v4 #:key texture color (texture-coord '((0 0) (1 1))))
 332   (cond (texture
 333          (progn-textures
 334           (glBindTexture GL_TEXTURE_2D texture)
 335           (begin-draw 4)
 336           (draw-vertex v1 #:texture-coord (car texture-coord))
 337           (draw-vertex v2 #:texture-coord (list (caadr texture-coord) (cadar texture-coord)))
 338           (draw-vertex v3 #:texture-coord (cadr texture-coord))
 339           (draw-vertex v4 #:texture-coord (list (caar texture-coord) (cadadr texture-coord)))
 340           (glEnd)))
 341         (color
 342          (with-color color (draw v1 v2 v3 v4)))
 343         (else
 344          (draw v1 v2 v3 v4))))
 345
 346 (define* (draw-rectangle width height #:key texture color texture-coord)
 347   (let ((w (/ width 2)) (h (/ height 2)))
 348     (draw-quad (list (- w) h 0)
 349                (list w h 0)
 350                (list w (- h) 0)
 351                (list (- w) (- h) 0)
 352                #:texture texture
 353                #:texture-coord texture-coord
 354                #:color color)))
 355
 356 (define* (draw-square size #:key texture color)
 357   (draw-rectangle size size #:texture texture #:color color))
 358
 359 (define* (draw-cube #:key (size 1)
 360                    texture texture-1 texture-2 texture-3 texture-4 texture-5 texture-6
 361                    color color-1 color-2 color-3 color-4 color-5 color-6)
 362   (let ((-size (- size)))
 363     (progn-textures
 364      (glNormal3f 0 0 1)
 365      (draw-quad (list -size size size) (list size size size) (list size -size size) (list -size -size size) #:texture (or texture-1 texture) #:color (or color-1 color))
 366      (glNormal3f 0 0 -1)
 367      (draw-quad (list -size -size -size) (list size -size -size) (list size size -size) (list -size size -size) #:texture (or texture-2 texture) #:color (or color-2 color))
 368      (glNormal3f 0 1 0)
 369      (draw-quad (list size size size) (list -size size size) (list -size size -size) (list size size -size) #:texture (or texture-3 texture) #:color (or color-3 color))
 370      (glNormal3f 0 -1 0)
 371      (draw-quad (list -size -size size) (list size -size size) (list size -size -size) (list -size -size -size) #:texture (or texture-4 texture) #:color (or color-4 color))
 372      (glNormal3f 1 0 0)
 373      (draw-quad (list size -size -size) (list size -size size) (list size size size) (list size size -size) #:texture (or texture-5 texture) #:color (or color-5 color))
 374      (glNormal3f -1 0 0)
 375      (draw-quad (list -size -size size) (list -size -size -size) (list -size size -size) (list -size size size) #:texture (or texture-6 texture) #:color (or color-6 color)))))
 376
 377 (define* (gtranslate x y #:optional (z 0))
 378   (glTranslatef x y z))
 379
 380 (define (grotate . rot)
 381   (cond ((3d-mode?)
 382          (apply 3d-rotate rot))
 383         (else
 384          (2d-rotate (car (last-pair rot))))))
 385
 386 (define (3d-rotate xrot yrot zrot)
 387   (glRotatef xrot 1 0 0)
 388   (glRotatef yrot 0 1 0)
 389   (glRotatef zrot 0 0 1))
 390
 391 (define (2d-rotate rot)
 392   (glRotatef rot 0 0 1))
 393
 394 (define (to-origin)
 395   (glLoadIdentity)
 396   (cond ((3d-mode?) (camera-look))))
 397
 398 (define-macro (glmatrix-block . code)
 399   `(let ((result #f))
 400      (glPushMatrix)
 401      (set! result (begin ,@code))
 402      (glPopMatrix)
 403      result))
 404
 405
 406 ;;; Lights
 407
 408 ;; (define* (add-light #:key light position ambient (id GL_LIGHT1) (turn-on t))
 409 ;;   (init-lighting)
 410 ;;   (and light (glLightfv id GL_DIFFUSE (car light) (cadr light) (caddr light) (cadddr light)))
 411 ;;   (and light position (glLightfv GL_POSITION (car position) (cadr position) (caddr position) (cadddr position)))
 412 ;;   (and ambient (glLightfv id GL_AMBIENT (car ambient) (cadr ambient) (caddr ambient) (cadddr ambient)))
 413 ;;   (and turn-on (glEnable id))
 414 ;;   id)
 415
 416
 417 ;;; Camera
 418
 419 (define camera-eye '(0 0 0))
 420 (define camera-center '(0 0 -100))
 421 (define camera-up '(0 1 0))
 422
 423 (define* (set-camera #:key eye center up)
 424   (cond (eye (set! camera-eye eye)))
 425   (cond (center (set! camera-center center)))
 426   (cond (up (set! camera-up up))))
 427
 428 (define (camera-look)
 429   (apply gluLookAt (append camera-eye camera-center camera-up)))
 430
 431
 432 ;;; Text and fonts
 433
 434 (define* (load-font-without-cache font-file #:key (size 40) (encoding ft_encoding_unicode))
 435   (let ((font (ftglCreateTextureFont font-file size)))
 436     (ftglSetFontFaceSize font size 72)
 437     (ftglSetFontCharMap font encoding)
 438     font))
 439
 440 (define load-font (use-cache-with load-font-without-cache))
 441
 442 (define* (render-text text font #:key (size #f))
 443   (cond (size
 444          (cond ((not (= (ftglGetFontFaceSize font) size))
 445                 (ftglSetFontFaceSize font size 72))))
 446         ((not (= (ftglGetFontFaceSize font) (font-size font)))
 447          (ftglSetFontFaceSize font (font-size font) 72)))
 448   (ftglRenderFont font text FTGL_RENDER_ALL))
 449
 450
 451 ;;; Meshes
 452
 453 (define mesh-type
 454   (make-record-type "mesh"
 455                     '(draw translate turn rotate inner-properties inner-property properties properties-set! property property-set!)
 456                     (lambda (record port)
 457                       (format port "#<mesh: ~a" (mesh-inner-property record 'type))
 458                       (for-each (lambda (x) (format port " ~a" x))
 459                                 (mesh-properties record))
 460                       (display ">" port))))
 461
 462 (define mesh? (record-predicate mesh-type))
 463
 464 (define* (make-mesh type proc)
 465   (apply
 466    (record-constructor mesh-type)
 467    (let ((px 0) (py 0) (pz 0)
 468          (ax 0) (ay 0) (az 0)
 469          (rx 0) (ry 0) (rz 0)
 470          (properties '()))
 471      (let ((inner-properties
 472             (lambda ()
 473               `((type . ,type) (x . ,px) (y . ,py) (z . ,pz) (ax . ,ax) (ay . ,ay) (az . ,az) (rx . ,rx) (ry . ,ry) (rz . ,rz)))))
 474        (list
 475         (lambda ()
 476           "draw"
 477           (glmatrix-block
 478            (grotate ax ay az)
 479            (gtranslate px py pz)
 480            (grotate rx ry rz)
 481            (proc properties)))
 482         (lambda (x y z)
 483           "translate"
 484           (set! px (+ px x))
 485           (set! py (+ py y))
 486           (set! pz (+ pz z)))
 487         (lambda (x y z)
 488           "turn"
 489           (set! ax (+ ax x))
 490           (set! ay (+ ay y))
 491           (set! az (+ az z)))
 492         (lambda (x y z)
 493           "rotate"
 494           (set! rx (+ rx x))
 495           (set! ry (+ ry y))
 496           (set! rz (+ rz z)))
 497         (lambda ()
 498           "inner-properties"
 499           (inner-properties))
 500         (lambda (prop-name)
 501           "inner-property"
 502           (assoc-ref (inner-properties) prop-name))
 503         (lambda ()
 504           "properties"
 505           properties)
 506         (lambda (new-properties)
 507           "properties-set!"
 508           (set! properties new-properties))
 509         (lambda (prop-name)
 510           "property"
 511           (assoc-ref properties prop-name))
 512         (lambda (prop-name value)
 513           "property-set!"
 514           (set! properties (assoc-set! properties prop-name value))))))))
 515
 516 (define (mesh-draw mesh)
 517   (((record-accessor mesh-type 'draw) mesh)))
 518
 519 (define (mesh-inner-properties mesh)
 520   (((record-accessor mesh-type 'inner-properties) mesh)))
 521
 522 (define (mesh-inner-property mesh prop-name)
 523   (((record-accessor mesh-type 'inner-property) mesh) prop-name))
 524
 525 (define (mesh-properties mesh)
 526   (((record-accessor mesh-type 'properties) mesh)))
 527
 528 (define (mesh-properties-set! mesh new-properties)
 529   (((record-accessor mesh-type 'properties-set!) mesh) new-properties))
 530
 531 (define (mesh-property mesh prop-name)
 532   (((record-accessor mesh-type 'property) mesh) prop-name))
 533
 534 (define (mesh-property-set! mesh prop-name value)
 535   (((record-accessor mesh-type 'property-set!) mesh) prop-name value))
 536
 537 (define* (translate mesh x y #:optional (z 0))
 538   (((record-accessor mesh-type 'translate) mesh) x y z)
 539   mesh)
 540
 541 (define (turn mesh . params)
 542   (apply ((record-accessor mesh-type 'turn) mesh)
 543          (if (>= (length params) 3)
 544              params
 545              (list 0 0 (car params))))
 546   mesh)
 547
 548 (define (rotate mesh . params)
 549   (apply ((record-accessor mesh-type 'rotate) mesh)
 550          (if (>= (length params) 3)
 551              params
 552              (list 0 0 (car params))))
 553   mesh)
 554
 555
 556 ;;; Advanced meshes
 557
 558 (define (mesh-join . meshes)
 559   (make-mesh
 560    'joined-meshes
 561    (lambda (props)
 562      (for-each (lambda (m) (glmatrix-block (mesh-draw m))) meshes))))
 563
 564
 565 ;;; Primitives
 566
 567 (define-macro (primitive header . body)
 568   (let* ((type (car header))
 569          (args (cdr header))
 570          (list-args (names-arguments args)))
 571     `(lambda* ,args
 572        (let ((m (make-mesh
 573                  ',type
 574                  (lambda (props)
 575                    (apply (lambda* ,(cons #:key list-args) ,@body)
 576                           (list
 577                            ,@(let get-params ((l list-args))
 578                                (cond ((null? l) '())
 579                                      (else
 580                                       (cons (symbol->keyword (car l))
 581                                             (cons `(assoc-ref props ',(car l))
 582                                                   (get-params (cdr l)))))))))))))
 583          (mesh-properties-set! m (list ,@(map (lambda (a) `(cons ',a ,a)) list-args)))
 584          m))))
 585
 586 (define-macro (define-primitive header . body)
 587   `(define ,(car header) (primitive ,header ,@body)))
 588
 589
 590 ;;; Primitives definition
 591
 592 (define-primitive (square size #:key texture color)
 593   (draw-square size #:texture texture #:color color))
 594
 595 (define-primitive (rectangle width height #:key texture color texture-coord)
 596   (draw-rectangle width height #:texture texture #:color color #:texture-coord texture-coord))
 597
 598 (define-primitive (picture filename #:key (min-filter GL_LINEAR) (mag-filter GL_LINEAR) (zoom 1) (sprite '((0 0) (1 1))))
 599   (draw-texture (load-texture filename #:min-filter min-filter #:mag-filter mag-filter) #:zoom zoom #:sprite sprite))
 600
 601
 602 (module-map (lambda (sym var)
 603               (if (not (eq? sym '%module-public-interface))
 604                   (module-export! (current-module) (list sym))))
 605             (current-module))