src/world/world.cpp

   1 #include "Entity.hpp"
   2 #include "EntityState.hpp"
   3 #include "Player.hpp"
   4 #include "World.hpp"
   5
   6 #include "ChunkIndex.hpp"
   7 #include "EntityCollision.hpp"
   8 #include "WorldCollision.hpp"
   9 #include "../app/Assets.hpp"
  10 #include "../graphics/Format.hpp"
  11 #include "../graphics/Viewport.hpp"
  12
  13 #include <algorithm>
  14 #include <cmath>
  15 #include <limits>
  16 #include <glm/gtx/io.hpp>
  17 #include <glm/gtx/quaternion.hpp>
  18 #include <glm/gtx/transform.hpp>
  19
  20
  21 namespace blank {
  22
  23 Entity::Entity() noexcept
  24 : model()
  25 , id(-1)
  26 , name("anonymous")
  27 , bounds()
  28 , state()
  29 , ref_count(0)
  30 , world_collision(false)
  31 , dead(false) {
  32
  33 }
  34
  35
  36 void Entity::Position(const glm::ivec3 &c, const glm::vec3 &b) noexcept {
  37         state.chunk_pos = c;
  38         state.block_pos = b;
  39 }
  40
  41 void Entity::Position(const glm::vec3 &pos) noexcept {
  42         state.block_pos = pos;
  43         state.AdjustPosition();
  44 }
  45
  46 Ray Entity::Aim(const Chunk::Pos &chunk_offset) const noexcept {
  47         glm::mat4 transform = Transform(chunk_offset);
  48         glm::vec4 from = transform * glm::vec4(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
  49         from /= from.w;
  50         glm::vec4 to = transform * glm::vec4(0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f);
  51         to /= to.w;
  52         return Ray{ glm::vec3(from), glm::normalize(glm::vec3(to - from)) };
  53 }
  54
  55 namespace {
  56
  57 glm::quat delta_rot(const glm::vec3 &av, float dt) {
  58         glm::vec3 half(av * dt * 0.5f);
  59         float mag = length(half);
  60         if (mag > 0.0f) {
  61                 float smag = std::sin(mag) / mag;
  62                 return glm::quat(std::cos(mag), half * smag);
  63         } else {
  64                 return glm::quat(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
  65         }
  66 }
  67
  68 }
  69
  70 void Entity::Update(int dt) noexcept {
  71         state.Update(dt);
  72 }
  73
  74
  75 EntityState::EntityState()
  76 : chunk_pos(0)
  77 , block_pos(0.0f)
  78 , velocity(0.0f)
  79 , orient(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f)
  80 , ang_vel(0.0f) {
  81
  82 }
  83
  84 void EntityState::Update(int dt) noexcept {
  85         float fdt = float(dt);
  86         block_pos += velocity * fdt;
  87         orient = delta_rot(ang_vel, fdt) * orient;
  88         AdjustPosition();
  89 }
  90
  91 void EntityState::AdjustPosition() noexcept {
  92         while (block_pos.x >= Chunk::width) {
  93                 block_pos.x -= Chunk::width;
  94                 ++chunk_pos.x;
  95         }
  96         while (block_pos.x < 0) {
  97                 block_pos.x += Chunk::width;
  98                 --chunk_pos.x;
  99         }
 100         while (block_pos.y >= Chunk::height) {
 101                 block_pos.y -= Chunk::height;
 102                 ++chunk_pos.y;
 103         }
 104         while (block_pos.y < 0) {
 105                 block_pos.y += Chunk::height;
 106                 --chunk_pos.y;
 107         }
 108         while (block_pos.z >= Chunk::depth) {
 109                 block_pos.z -= Chunk::depth;
 110                 ++chunk_pos.z;
 111         }
 112         while (block_pos.z < 0) {
 113                 block_pos.z += Chunk::depth;
 114                 --chunk_pos.z;
 115         }
 116 }
 117
 118 glm::mat4 EntityState::Transform(const glm::ivec3 &reference) const noexcept {
 119         const glm::vec3 translation = RelativePosition(reference);
 120         glm::mat4 transform(toMat4(orient));
 121         transform[3].x = translation.x;
 122         transform[3].y = translation.y;
 123         transform[3].z = translation.z;
 124         return transform;
 125 }
 126
 127
 128 Player::Player(Entity &e, ChunkIndex &c)
 129 : entity(e)
 130 , chunks(c)
 131 , inv_slot(0) {
 132
 133 }
 134
 135 Player::~Player() {
 136
 137 }
 138
 139 void Player::Update(int dt) {
 140         chunks.Rebase(entity.ChunkCoords());
 141 }
 142
 143
 144 World::World(const BlockTypeRegistry &types, const Config &config)
 145 : config(config)
 146 , block_type(types)
 147 , chunks(types)
 148 // TODO: set spawn base and extent from config
 149 , spawn_index(chunks.MakeIndex(Chunk::Pos(0, 0, 0), 3))
 150 , players()
 151 , entities()
 152 , light_direction(config.light_direction)
 153 , fog_density(config.fog_density) {
 154
 155 }
 156
 157 World::~World() {
 158         chunks.UnregisterIndex(spawn_index);
 159 }
 160
 161
 162 Player *World::AddPlayer(const std::string &name) {
 163         for (Player &p : players) {
 164                 if (p.Name() == name) {
 165                         return nullptr;
 166                 }
 167         }
 168         Entity &entity = AddEntity();
 169         entity.Name(name);
 170         entity.Bounds({ { -0.5f, -0.5f, -0.5f }, { 0.5f, 0.5f, 0.5f } });
 171         entity.WorldCollidable(true);
 172         entity.Position(config.spawn);
 173         ChunkIndex &index = chunks.MakeIndex(entity.ChunkCoords(), 6);
 174         players.emplace_back(entity, index);
 175         return &players.back();
 176 }
 177
 178 Player *World::AddPlayer(const std::string &name, std::uint32_t id) {
 179         for (Player &p : players) {
 180                 if (p.Name() == name) {
 181                         return nullptr;
 182                 }
 183         }
 184         Entity *entity = AddEntity(id);
 185         if (!entity) {
 186                 return nullptr;
 187         }
 188         entity->Name(name);
 189         entity->Bounds({ { -0.5f, -0.5f, -0.5f }, { 0.5f, 0.5f, 0.5f } });
 190         entity->WorldCollidable(true);
 191         entity->Position(config.spawn);
 192         ChunkIndex &index = chunks.MakeIndex(entity->ChunkCoords(), 6);
 193         players.emplace_back(*entity, index);
 194         return &players.back();
 195 }
 196
 197 Entity &World::AddEntity() {
 198         if (entities.empty()) {
 199                 entities.emplace_back();
 200                 entities.back().ID(1);
 201                 return entities.back();
 202         }
 203         if (entities.back().ID() < std::numeric_limits<std::uint32_t>::max()) {
 204                 std::uint32_t id = entities.back().ID() + 1;
 205                 entities.emplace_back();
 206                 entities.back().ID(id);
 207                 return entities.back();
 208         }
 209         std::uint32_t id = 1;
 210         auto position = entities.begin();
 211         auto end = entities.end();
 212         while (position != end && position->ID() == id) {
 213                 ++id;
 214                 ++position;
 215         }
 216         auto entity = entities.emplace(position);
 217         entity->ID(id);
 218         return *entity;
 219 }
 220
 221 Entity *World::AddEntity(std::uint32_t id) {
 222         if (entities.empty() || entities.back().ID() < id) {
 223                 entities.emplace_back();
 224                 entities.back().ID(id);
 225                 return &entities.back();
 226         }
 227
 228         auto position = entities.begin();
 229         auto end = entities.end();
 230         while (position != end && position->ID() < id) {
 231                 ++position;
 232         }
 233         if (position != end && position->ID() == id) {
 234                 return nullptr;
 235         }
 236         auto entity = entities.emplace(position);
 237         entity->ID(id);
 238         return &*entity;
 239 }
 240
 241 Entity &World::ForceAddEntity(std::uint32_t id) {
 242         if (entities.empty() || entities.back().ID() < id) {
 243                 entities.emplace_back();
 244                 entities.back().ID(id);
 245                 return entities.back();
 246         }
 247
 248         auto position = entities.begin();
 249         auto end = entities.end();
 250         while (position != end && position->ID() < id) {
 251                 ++position;
 252         }
 253         if (position != end && position->ID() == id) {
 254                 return *position;
 255         }
 256         auto entity = entities.emplace(position);
 257         entity->ID(id);
 258         return *entity;
 259 }
 260
 261
 262 namespace {
 263
 264 struct Candidate {
 265         Chunk *chunk;
 266         float dist;
 267 };
 268
 269 bool CandidateLess(const Candidate &a, const Candidate &b) {
 270         return a.dist < b.dist;
 271 }
 272
 273 std::vector<Candidate> candidates;
 274
 275 }
 276
 277 bool World::Intersection(
 278         const Ray &ray,
 279         const glm::mat4 &M,
 280         const Chunk::Pos &reference,
 281         WorldCollision &coll
 282 ) {
 283         candidates.clear();
 284
 285         for (Chunk &cur_chunk : chunks) {
 286                 float cur_dist;
 287                 if (cur_chunk.Intersection(ray, M * cur_chunk.Transform(reference), cur_dist)) {
 288                         candidates.push_back({ &cur_chunk, cur_dist });
 289                 }
 290         }
 291
 292         if (candidates.empty()) return false;
 293
 294         std::sort(candidates.begin(), candidates.end(), CandidateLess);
 295
 296         coll.chunk = nullptr;
 297         coll.block = -1;
 298         coll.depth = std::numeric_limits<float>::infinity();
 299
 300         for (Candidate &cand : candidates) {
 301                 if (cand.dist > coll.depth) continue;
 302                 WorldCollision cur_coll;
 303                 if (cand.chunk->Intersection(ray, M * cand.chunk->Transform(reference), cur_coll)) {
 304                         if (cur_coll.depth < coll.depth) {
 305                                 coll = cur_coll;
 306                         }
 307                 }
 308         }
 309
 310         return coll.chunk;
 311 }
 312
 313 bool World::Intersection(
 314         const Ray &ray,
 315         const glm::mat4 &M,
 316         const Entity &reference,
 317         EntityCollision &coll
 318 ) {
 319         coll.entity = nullptr;
 320         coll.depth = std::numeric_limits<float>::infinity();
 321         for (Entity &cur_entity : entities) {
 322                 if (&cur_entity == &reference) {
 323                         continue;
 324                 }
 325                 float cur_dist;
 326                 glm::vec3 cur_normal;
 327                 if (blank::Intersection(ray, cur_entity.Bounds(), M * cur_entity.Transform(reference.ChunkCoords()), &cur_dist, &cur_normal)) {
 328                         // TODO: fine grained check goes here? maybe?
 329                         if (cur_dist < coll.depth) {
 330                                 coll.entity = &cur_entity;
 331                                 coll.depth = cur_dist;
 332                                 coll.normal = cur_normal;
 333                         }
 334                 }
 335         }
 336
 337         return coll.entity;
 338 }
 339
 340 bool World::Intersection(const Entity &e, std::vector<WorldCollision> &col) {
 341         AABB box = e.Bounds();
 342         Chunk::Pos reference = e.ChunkCoords();
 343         glm::mat4 M = e.Transform(reference);
 344         bool any = false;
 345         for (Chunk &cur_chunk : chunks) {
 346                 if (manhattan_radius(cur_chunk.Position() - e.ChunkCoords()) > 1) {
 347                         // chunk is not one of the 3x3x3 surrounding the entity
 348                         // since there's no entity which can extent over 16 blocks, they can be skipped
 349                         continue;
 350                 }
 351                 if (cur_chunk.Intersection(box, M, cur_chunk.Transform(reference), col)) {
 352                         any = true;
 353                 }
 354         }
 355         return any;
 356 }
 357
 358
 359 namespace {
 360
 361 std::vector<WorldCollision> col;
 362
 363 }
 364
 365 void World::Update(int dt) {
 366         for (Entity &entity : entities) {
 367                 entity.Update(dt);
 368         }
 369         for (Entity &entity : entities) {
 370                 col.clear();
 371                 if (entity.WorldCollidable() && Intersection(entity, col)) {
 372                         // entity collides with the world
 373                         Resolve(entity, col);
 374                 }
 375         }
 376         for (Player &player : players) {
 377                 player.Update(dt);
 378         }
 379         for (auto iter = entities.begin(), end = entities.end(); iter != end;) {
 380                 if (iter->CanRemove()) {
 381                         iter = RemoveEntity(iter);
 382                 } else {
 383                         ++iter;
 384                 }
 385         }
 386 }
 387
 388 void World::Resolve(Entity &e, std::vector<WorldCollision> &col) {
 389         // determine displacement for each cardinal axis and move entity accordingly
 390         glm::vec3 min_disp(0.0f);
 391         glm::vec3 max_disp(0.0f);
 392         for (const WorldCollision &c : col) {
 393                 if (!c.Blocks()) continue;
 394                 glm::vec3 local_disp(c.normal * c.depth);
 395                 // swap if neccessary (normal may point away from the entity)
 396                 if (dot(c.normal, e.Position() - c.BlockCoords()) < 0) {
 397                         local_disp *= -1;
 398                 }
 399                 min_disp = min(min_disp, local_disp);
 400                 max_disp = max(max_disp, local_disp);
 401         }
 402         // for each axis
 403         // if only one direction is set, use that as the final
 404         // if both directions are set, use average
 405         glm::vec3 final_disp(0.0f);
 406         for (int axis = 0; axis < 3; ++axis) {
 407                 if (std::abs(min_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
 408                         if (std::abs(max_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
 409                                 final_disp[axis] = (min_disp[axis] + max_disp[axis]) * 0.5f;
 410                         } else {
 411                                 final_disp[axis] = min_disp[axis];
 412                         }
 413                 } else if (std::abs(max_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
 414                         final_disp[axis] = max_disp[axis];
 415                 }
 416         }
 417         e.Position(e.Position() + final_disp);
 418 }
 419
 420 World::EntityHandle World::RemoveEntity(EntityHandle &eh) {
 421         // check for player
 422         for (auto player = players.begin(), end = players.end(); player != end;) {
 423                 if (&player->GetEntity() == &*eh) {
 424                         chunks.UnregisterIndex(player->GetChunks());
 425                         player = players.erase(player);
 426                         end = players.end();
 427                 } else {
 428                         ++player;
 429                 }
 430         }
 431         return entities.erase(eh);
 432 }
 433
 434
 435 void World::Render(Viewport &viewport) {
 436         DirectionalLighting &entity_prog = viewport.EntityProgram();
 437         entity_prog.SetLightDirection(light_direction);
 438         entity_prog.SetFogDensity(fog_density);
 439
 440         for (Entity &entity : entities) {
 441                 entity.Render(entity.Transform(players.front().GetEntity().ChunkCoords()), entity_prog);
 442         }
 443 }
 444
 445 }