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 (figl gl)
  22   #:use-module (figl glu)
  23   #:use-module (gacela ftgl)
  24   #:use-module (gacela math)
  25   #:use-module (gacela utils)
  26   #:use-module (ice-9 optargs)
  27   #:use-module (ice-9 receive)
  28   #:export (init-video
  29             get-screen-height
  30             get-screen-width
  31             get-screen-bpp
  32             set-screen-bpp!
  33             resize-screen
  34             quit-video
  35             clear-screen
  36             flip-screen
  37             set-screen-title!
  38             get-screen-title
  39             set-2d-mode
  40             set-3d-mode
  41             3d-mode?
  42             get-frames-per-second
  43             set-frames-per-second!
  44             get-fullscreen
  45             set-fullscreen!
  46             init-frame-time
  47             get-frame-time
  48             delay-frame
  49             get-current-color
  50             set-current-color
  51             with-color
  52             begin-textures
  53             draw
  54             load-texture
  55             load-texture-without-cache
  56             get-texture-properties
  57             draw-texture
  58             draw-line
  59             draw-quad
  60             draw-rectangle
  61             draw-square
  62             draw-cube
  63             translate
  64             rotate
  65             to-origin
  66             add-light
  67             set-camera
  68             camera-look
  69             load-font
  70             load-font-without-texture
  71             render-text)
  72   #:re-export (with-gl-push-matrix))
  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   (gl-clear (clear-buffer-mask color-buffer depth-buffer)))
 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   (gl-disable (enable-cap depth-test))
 142   (resize-screen-GL (get-screen-width) (get-screen-height)))
 143
 144 (define (set-3d-mode)
 145   (set! mode '3d)
 146   (set-gl-clear-depth 1)
 147   (gl-enable (enable-cap depth-test))
 148   (set-gl-depth-function (depth-function 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   (set-gl-shade-model (shading-model smooth))
 170   (set-gl-clear-color 0 0 0 0)
 171   (gl-enable (enable-cap blend))
 172   (set-gl-blend-function (blending-factor-dest src-alpha) (blending-factor-dest one-minus-src-alpha))
 173   (set-gl-hint (hint-target perspective-correction-hint) (hint-mode nicest)))
 174
 175 (define (resize-screen-GL width height)
 176   (gl-viewport 0 0 width height)
 177   (set-gl-matrix-mode (matrix-mode projection))
 178   (gl-load-identity)
 179   (cond ((3d-mode?)
 180          (let ((ratio (if (= height 0) width (/ width height))))
 181            (glu-perspective 45 ratio 0.1 100)))
 182         (else
 183          (let* ((w (/ width 2)) (h (/ height 2)))
 184            (gl-ortho (- w) w (- h) h 0 1))))
 185   (set-gl-matrix-mode (matrix-mode modelview))
 186   (gl-load-identity))
 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   (gl-color 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 (begin-textures . code)
 236   `(let ((result #f))
 237      (gl-enable (oes-framebuffer-object texture-2d))
 238      (set! result (begin ,@code))
 239      (gl-disable (oes-framebuffer-object texture-2d))
 240      result))
 241
 242 (define (draw . vertexes)
 243   (gl-begin
 244    (let ((number-of-points (length vertexes)))
 245      (cond ((= number-of-points 2) (begin-mode lines))
 246            ((= number-of-points 3) (begin-mode triangles))
 247            ((= number-of-points 4) (begin-mode quads))
 248            ((> number-of-points 4) (begin-mode polygon))))
 249    (draw-vertexes vertexes)))
 250
 251 (define (draw-vertexes vertexes)
 252   (cond ((not (null? vertexes))
 253          (apply draw-vertex (if (list? (caar vertexes)) (car vertexes) (list (car vertexes))))
 254          (draw-vertexes (cdr vertexes)))))
 255
 256 (define* (draw-vertex vertex #:key texture-coord)
 257   (cond (texture-coord (apply glTexCoord2f texture-coord)))
 258   (apply gl-vertex vertex))
 259
 260 (define (load-image filename)
 261   (let ((image (IMG_Load filename)))
 262     (cond (image
 263            (SDL_DisplayFormatAlpha image)))))
 264
 265 (define (load-image-for-texture filename)
 266   (let ((image (load-image filename)))
 267     (cond (image
 268            (let* ((width (surface-w image)) (height (surface-h image))
 269                   (power-2 (nearest-power-of-two (min width height)))
 270                   (resized-image #f))
 271              (cond ((and (= width power-2) (= height power-2)) (values image width height))
 272                    (else (set! resized-image (resize-surface image power-2 power-2))
 273                          (if resized-image (values resized-image width height))))))
 274           (else
 275            (values #f 0 0)))))
 276
 277 (define (resize-surface surface width height)
 278   (let ((old-width (surface-w surface)) (old-height (surface-h surface)))
 279     (cond ((and (= width old-width) (= height old-height)) surface)
 280           (else (let ((zoomx (/ (+ width 0.5) old-width)) (zoomy (/ (+ height 0.5) old-height)))
 281                (zoomSurface surface zoomx zoomy 0))))))
 282
 283 (define* (load-texture-without-cache filename #:key (min-filter (texture-min-filter linear)) (mag-filter (texture-mag-filter linear)))
 284   (begin-textures
 285    (receive
 286     (image real-w real-h) (load-image-for-texture filename)
 287     (cond (image
 288            (let ((width (surface-w image)) (height (surface-h image))
 289                  (byteorder (if (= SDL_BYTEORDER SDL_LIL_ENDIAN)
 290                                 (if (= (surface-format-BytesPerPixel image) 3) (ext-bgra bgr-ext) (ext-bgra bgra-ext))
 291                                 (if (= (surface-format-BytesPerPixel image) 3) (pixel-format rgb) (pixel-format rgba))))
 292                  (texture (car (glGenTextures 1))))
 293
 294              (glBindTexture (oes-framebuffer-object texture-2d) texture)
 295              (glTexImage2D (oes-framebuffer-object texture-2d) 0 4 width height 0 byteorder (data-type unsigned-byte) (surface-pixels image))
 296              (glTexParameteri (oes-framebuffer-object texture-2d) (texture-parameter-name texture-min-filter) min-filter)
 297              (glTexParameteri (oes-framebuffer-object texture-2d) (texture-parameter-name texture-mag-filter) mag-filter)
 298              (set-texture-size! texture real-w real-h)
 299              texture))))))
 300
 301 (define load-texture (use-cache-with load-texture-without-cache))
 302
 303 (define (get-texture-properties texture)
 304   `((width . ,(texture-w texture)) (height . ,(texture-h texture))))
 305
 306 (define* (draw-texture texture #:key (zoom 1) (sprite '((0 0) (1 1))))
 307   (cond (texture
 308          (let ((width (texture-w texture))
 309                (height (texture-h texture)))
 310            (draw-rectangle (* zoom width (- (caadr sprite) (caar sprite)))
 311                            (* zoom height (- (cadadr sprite) (cadar sprite)))
 312                            #:texture texture
 313                            #:texture-coord sprite)))))
 314
 315 (define* (draw-line length)
 316   (let ((l (/ length 2)))
 317     (draw (list 0 l) (list 0 (- l)))))
 318
 319 (define (draw-circle radius)
 320   (gl-begin
 321    (begin-mode polygon)
 322    (do ((i 0 (1+ i)))
 323        ((>= i 360))
 324      (let ((a (degrees-to-radians i)))
 325        (draw-vertex (list (* radius (cos a)) (* radius (sin a))))))))
 326
 327 (define* (draw-quad v1 v2 v3 v4 #:key texture (texture-coord '((0 0) (1 1))))
 328   (cond (texture
 329          (begin-textures
 330           (glBindTexture (oes-framebuffer-object texture-2d) texture)
 331           (draw (list v1 #:texture-coord (car texture-coord))
 332                 (list v2 #:texture-coord (list (caadr texture-coord) (cadar texture-coord)))
 333                 (list v3 #:texture-coord (cadr texture-coord))
 334                 (list v4 #:texture-coord (list (caar texture-coord) (cadadr texture-coord))))))
 335         (else
 336          (draw v1 v2 v3 v4))))
 337
 338 (define* (draw-rectangle width height #:key texture texture-coord)
 339   (let ((w (/ width 2)) (h (/ height 2)))
 340     (draw-quad (list (- w) h 0)
 341                (list w h 0)
 342                (list w (- h) 0)
 343                (list (- w) (- h) 0)
 344                #:texture texture
 345                #:texture-coord texture-coord)))
 346
 347 (define* (draw-square size #:key texture)
 348   (draw-rectangle size size #:texture texture))
 349
 350 (define* (draw-cube #:key (size 1)
 351                    texture texture-1 texture-2 texture-3 texture-4 texture-5 texture-6
 352                    color-1 color-2 color-3 color-4 color-5 color-6)
 353   (let ((-size (- size)))
 354     (begin-textures
 355      (gl-normal 0 0 1)
 356      (with-color color-1 (draw-quad (list -size size size) (list size size size) (list size -size size) (list -size -size size) #:texture (or texture-1 texture)))
 357      (gl-normal 0 0 -1)
 358      (with-color color-2 (draw-quad (list -size -size -size) (list size -size -size) (list size size -size) (list -size size -size) #:texture (or texture-2 texture)))
 359      (gl-normal 0 1 0)
 360      (with-color color-3 (draw-quad (list size size size) (list -size size size) (list -size size -size) (list size size -size) #:texture (or texture-3 texture)))
 361      (gl-normal 0 -1 0)
 362      (with-color color-4 (draw-quad (list -size -size size) (list size -size size) (list size -size -size) (list -size -size -size) #:texture (or texture-4 texture)))
 363      (gl-normal 1 0 0)
 364      (with-color color-5 (draw-quad (list size -size -size) (list size -size size) (list size size size) (list size size -size) #:texture (or texture-5 texture)))
 365      (gl-normal -1 0 0)
 366      (with-color color-6 (draw-quad (list -size -size size) (list -size -size -size) (list -size size -size) (list -size size size) #:texture (or texture-6 texture))))))
 367
 368 (define* (gtranslate x y #:optional (z 0))
 369   (gl-translate x y z))
 370
 371 (define (grotate . rot)
 372   (cond ((3d-mode?)
 373          (apply 3d-rotate rot))
 374         (else
 375          (2d-rotate (car (last-pair rot))))))
 376
 377 (define (3d-rotate xrot yrot zrot)
 378   (gl-rotate xrot 1 0 0)
 379   (gl-rotate yrot 0 1 0)
 380   (gl-rotate zrot 0 0 1))
 381
 382 (define (2d-rotate rot)
 383   (gl-rotate rot 0 0 1))
 384
 385 (define (to-origin)
 386   (gl-load-identity)
 387   (cond ((3d-mode?) (camera-look))))
 388
 389
 390 ;;; Lights
 391
 392 ;; (define* (add-light #:key light position ambient (id GL_LIGHT1) (turn-on t))
 393 ;;   (init-lighting)
 394 ;;   (and light (glLightfv id GL_DIFFUSE (car light) (cadr light) (caddr light) (cadddr light)))
 395 ;;   (and light position (glLightfv GL_POSITION (car position) (cadr position) (caddr position) (cadddr position)))
 396 ;;   (and ambient (glLightfv id GL_AMBIENT (car ambient) (cadr ambient) (caddr ambient) (cadddr ambient)))
 397 ;;   (and turn-on (gl-enable id))
 398 ;;   id)
 399
 400
 401 ;;; Camera
 402
 403 (define camera-eye '(0 0 0))
 404 (define camera-center '(0 0 -100))
 405 (define camera-up '(0 1 0))
 406
 407 (define* (set-camera #:key eye center up)
 408   (cond (eye (set! camera-eye eye)))
 409   (cond (center (set! camera-center center)))
 410   (cond (up (set! camera-up up))))
 411
 412 (define (camera-look)
 413   (apply glu-look-at (append camera-eye camera-center camera-up)))
 414
 415
 416 ;;; Text and fonts
 417
 418 (define* (load-font-without-cache font-file #:key (size 40) (encoding ft_encoding_unicode))
 419   (let ((font (ftglCreateTextureFont font-file size)))
 420     (ftglSetFontFaceSize font size 72)
 421     (ftglSetFontCharMap font encoding)
 422     font))
 423
 424 (define load-font (use-cache-with load-font-without-cache))
 425
 426 (define* (render-text text font #:key (size #f))
 427   (cond (size
 428          (cond ((not (= (ftglGetFontFaceSize font) size))
 429                 (ftglSetFontFaceSize font size 72))))
 430         ((not (= (ftglGetFontFaceSize font) (font-size font)))
 431          (ftglSetFontFaceSize font (font-size font) 72)))
 432   (ftglRenderFont font text FTGL_RENDER_ALL))
 433
 434
 435 ;;; Meshes
 436
 437 (define mesh-type
 438   (make-record-type "mesh"
 439                     '(draw translate turn rotate color inner-properties inner-property properties properties-set! property property-set!)
 440                     (lambda (record port)
 441                       (format port "#<mesh: ~a" (mesh-inner-property record 'type))
 442                       (for-each (lambda (x) (format port " ~a" x))
 443                                 (mesh-properties record))
 444                       (display ">" port))))
 445
 446 (define mesh? (record-predicate mesh-type))
 447
 448 (define* (make-mesh type proc)
 449   (apply
 450    (record-constructor mesh-type)
 451    (let ((px 0) (py 0) (pz 0)
 452          (ax 0) (ay 0) (az 0)
 453          (rx 0) (ry 0) (rz 0)
 454          (color #f)
 455          (properties '()))
 456      (let ((inner-properties
 457             (lambda ()
 458               `((type . ,type) (color . ,color)
 459                 (x . ,px) (y . ,py) (z . ,pz)
 460                 (ax . ,ax) (ay . ,ay) (az . ,az)
 461                 (rx . ,rx) (ry . ,ry) (rz . ,rz)))))
 462        (list
 463         (lambda ()
 464           "draw"
 465           (with-gl-push-matrix
 466            (grotate ax ay az)
 467            (gtranslate px py pz)
 468            (grotate rx ry rz)
 469            (with-color color (proc properties))))
 470         (lambda (x y z)
 471           "translate"
 472           (set! px (+ px x))
 473           (set! py (+ py y))
 474           (set! pz (+ pz z)))
 475         (lambda (x y z)
 476           "turn"
 477           (set! ax (+ ax x))
 478           (set! ay (+ ay y))
 479           (set! az (+ az z)))
 480         (lambda (x y z)
 481           "rotate"
 482           (set! rx (+ rx x))
 483           (set! ry (+ ry y))
 484           (set! rz (+ rz z)))
 485         (lambda (c)
 486           "color"
 487           (set! color c))
 488         (lambda ()
 489           "inner-properties"
 490           (inner-properties))
 491         (lambda (prop-name)
 492           "inner-property"
 493           (assoc-ref (inner-properties) prop-name))
 494         (lambda ()
 495           "properties"
 496           properties)
 497         (lambda (new-properties)
 498           "properties-set!"
 499           (set! properties new-properties))
 500         (lambda (prop-name)
 501           "property"
 502           (assoc-ref properties prop-name))
 503         (lambda (prop-name value)
 504           "property-set!"
 505           (set! properties (assoc-set! properties prop-name value))))))))
 506
 507 (define (mesh-draw mesh)
 508   (((record-accessor mesh-type 'draw) mesh)))
 509
 510 (define (mesh-inner-properties mesh)
 511   (((record-accessor mesh-type 'inner-properties) mesh)))
 512
 513 (define (mesh-inner-property mesh prop-name)
 514   (((record-accessor mesh-type 'inner-property) mesh) prop-name))
 515
 516 (define (mesh-properties mesh)
 517   (((record-accessor mesh-type 'properties) mesh)))
 518
 519 (define (mesh-properties-set! mesh new-properties)
 520   (((record-accessor mesh-type 'properties-set!) mesh) new-properties))
 521
 522 (define (mesh-property mesh prop-name)
 523   (((record-accessor mesh-type 'property) mesh) prop-name))
 524
 525 (define (mesh-property-set! mesh prop-name value)
 526   (((record-accessor mesh-type 'property-set!) mesh) prop-name value))
 527
 528 (define* (translate mesh x y #:optional (z 0))
 529   (((record-accessor mesh-type 'translate) mesh) x y z)
 530   mesh)
 531
 532 (define (turn mesh . params)
 533   (apply ((record-accessor mesh-type 'turn) mesh)
 534          (if (>= (length params) 3)
 535              params
 536              (list 0 0 (car params))))
 537   mesh)
 538
 539 (define (rotate mesh . params)
 540   (apply ((record-accessor mesh-type 'rotate) mesh)
 541          (if (>= (length params) 3)
 542              params
 543              (list 0 0 (car params))))
 544   mesh)
 545
 546 (define (color mesh c)
 547   (((record-accessor mesh-type 'color) mesh) c)
 548   mesh)
 549
 550
 551 ;;; Advanced meshes
 552
 553 (define (mesh-join . meshes)
 554   (make-mesh
 555    'joined-meshes
 556    (lambda (props)
 557      (for-each (lambda (m) (with-gl-push-matrix (mesh-draw m))) meshes))))
 558
 559
 560 ;;; Primitives
 561
 562 (define-macro (primitive header . body)
 563   (let* ((type (car header))
 564          (args (cdr header))
 565          (list-args (names-arguments args)))
 566     `(lambda* ,args
 567        (let ((m (make-mesh
 568                  ',type
 569                  (lambda (props)
 570                    (apply (lambda* ,(cons #:key list-args) ,@body)
 571                           (list
 572                            ,@(let get-params ((l list-args))
 573                                (cond ((null? l) '())
 574                                      (else
 575                                       (cons (symbol->keyword (car l))
 576                                             (cons `(assoc-ref props ',(car l))
 577                                                   (get-params (cdr l)))))))))))))
 578          (mesh-properties-set! m (list ,@(map (lambda (a) `(cons ',a ,a)) list-args)))
 579          m))))
 580
 581 (define-macro (define-primitive header . body)
 582   `(define ,(car header) (primitive ,header ,@body)))
 583
 584
 585 ;;; Primitives definition
 586
 587 (define-primitive (square size #:key texture)
 588   (draw-square size #:texture texture))
 589
 590 (define-primitive (rectangle width height #:key texture texture-coord)
 591   (draw-rectangle width height #:texture texture #:texture-coord texture-coord))
 592
 593 (define-primitive (circle radius)
 594   (draw-circle radius))
 595
 596 (define-primitive (picture filename #:key (min-filter (texture-min-filter linear)) (mag-filter (texture-mag-filter linear)) (zoom 1) (sprite '((0 0) (1 1))))
 597   (draw-texture (load-texture filename #:min-filter min-filter #:mag-filter mag-filter) #:zoom zoom #:sprite sprite))
 598
 599
 600 (module-map (lambda (sym var)
 601               (if (not (eq? sym '%module-public-interface))
 602                   (module-export! (current-module) (list sym))))
 603             (current-module))