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 , players()
 149 , entities()
 150 , light_direction(config.light_direction)
 151 , fog_density(config.fog_density) {
 152
 153 }
 154
 155 World::~World() {
 156
 157 }
 158
 159
 160 Player *World::AddPlayer(const std::string &name) {
 161         for (Player &p : players) {
 162                 if (p.Name() == name) {
 163                         return nullptr;
 164                 }
 165         }
 166         Entity &entity = AddEntity();
 167         entity.Name(name);
 168         entity.Bounds({ { -0.5f, -0.5f, -0.5f }, { 0.5f, 0.5f, 0.5f } });
 169         entity.WorldCollidable(true);
 170         ChunkIndex &index = chunks.MakeIndex(entity.ChunkCoords(), 6);
 171         players.emplace_back(entity, index);
 172         return &players.back();
 173 }
 174
 175 Player *World::AddPlayer(const std::string &name, std::uint32_t id) {
 176         for (Player &p : players) {
 177                 if (p.Name() == name) {
 178                         return nullptr;
 179                 }
 180         }
 181         Entity *entity = AddEntity(id);
 182         if (!entity) {
 183                 return nullptr;
 184         }
 185         entity->Name(name);
 186         entity->Bounds({ { -0.5f, -0.5f, -0.5f }, { 0.5f, 0.5f, 0.5f } });
 187         entity->WorldCollidable(true);
 188         ChunkIndex &index = chunks.MakeIndex(entity->ChunkCoords(), 6);
 189         players.emplace_back(*entity, index);
 190         return &players.back();
 191 }
 192
 193 Entity &World::AddEntity() {
 194         if (entities.empty()) {
 195                 entities.emplace_back();
 196                 entities.back().ID(1);
 197                 return entities.back();
 198         }
 199         if (entities.back().ID() < std::numeric_limits<std::uint32_t>::max()) {
 200                 std::uint32_t id = entities.back().ID() + 1;
 201                 entities.emplace_back();
 202                 entities.back().ID(id);
 203                 return entities.back();
 204         }
 205         std::uint32_t id = 1;
 206         auto position = entities.begin();
 207         auto end = entities.end();
 208         while (position != end && position->ID() == id) {
 209                 ++id;
 210                 ++position;
 211         }
 212         auto entity = entities.emplace(position);
 213         entity->ID(id);
 214         return *entity;
 215 }
 216
 217 Entity *World::AddEntity(std::uint32_t id) {
 218         if (entities.empty() || entities.back().ID() < id) {
 219                 entities.emplace_back();
 220                 entities.back().ID(id);
 221                 return &entities.back();
 222         }
 223
 224         auto position = entities.begin();
 225         auto end = entities.end();
 226         while (position != end && position->ID() < id) {
 227                 ++position;
 228         }
 229         if (position != end && position->ID() == id) {
 230                 return nullptr;
 231         }
 232         auto entity = entities.emplace(position);
 233         entity->ID(id);
 234         return &*entity;
 235 }
 236
 237 Entity &World::ForceAddEntity(std::uint32_t id) {
 238         if (entities.empty() || entities.back().ID() < id) {
 239                 entities.emplace_back();
 240                 entities.back().ID(id);
 241                 return entities.back();
 242         }
 243
 244         auto position = entities.begin();
 245         auto end = entities.end();
 246         while (position != end && position->ID() < id) {
 247                 ++position;
 248         }
 249         if (position != end && position->ID() == id) {
 250                 return *position;
 251         }
 252         auto entity = entities.emplace(position);
 253         entity->ID(id);
 254         return *entity;
 255 }
 256
 257
 258 namespace {
 259
 260 struct Candidate {
 261         Chunk *chunk;
 262         float dist;
 263 };
 264
 265 bool CandidateLess(const Candidate &a, const Candidate &b) {
 266         return a.dist < b.dist;
 267 }
 268
 269 std::vector<Candidate> candidates;
 270
 271 }
 272
 273 bool World::Intersection(
 274         const Ray &ray,
 275         const glm::mat4 &M,
 276         const Chunk::Pos &reference,
 277         WorldCollision &coll
 278 ) {
 279         candidates.clear();
 280
 281         for (Chunk &cur_chunk : chunks) {
 282                 float cur_dist;
 283                 if (cur_chunk.Intersection(ray, M * cur_chunk.Transform(reference), cur_dist)) {
 284                         candidates.push_back({ &cur_chunk, cur_dist });
 285                 }
 286         }
 287
 288         if (candidates.empty()) return false;
 289
 290         std::sort(candidates.begin(), candidates.end(), CandidateLess);
 291
 292         coll.chunk = nullptr;
 293         coll.block = -1;
 294         coll.depth = std::numeric_limits<float>::infinity();
 295
 296         for (Candidate &cand : candidates) {
 297                 if (cand.dist > coll.depth) continue;
 298                 WorldCollision cur_coll;
 299                 if (cand.chunk->Intersection(ray, M * cand.chunk->Transform(reference), cur_coll)) {
 300                         if (cur_coll.depth < coll.depth) {
 301                                 coll = cur_coll;
 302                         }
 303                 }
 304         }
 305
 306         return coll.chunk;
 307 }
 308
 309 bool World::Intersection(
 310         const Ray &ray,
 311         const glm::mat4 &M,
 312         const Entity &reference,
 313         EntityCollision &coll
 314 ) {
 315         coll.entity = nullptr;
 316         coll.depth = std::numeric_limits<float>::infinity();
 317         for (Entity &cur_entity : entities) {
 318                 if (&cur_entity == &reference) {
 319                         continue;
 320                 }
 321                 float cur_dist;
 322                 glm::vec3 cur_normal;
 323                 if (blank::Intersection(ray, cur_entity.Bounds(), M * cur_entity.Transform(reference.ChunkCoords()), &cur_dist, &cur_normal)) {
 324                         // TODO: fine grained check goes here? maybe?
 325                         if (cur_dist < coll.depth) {
 326                                 coll.entity = &cur_entity;
 327                                 coll.depth = cur_dist;
 328                                 coll.normal = cur_normal;
 329                         }
 330                 }
 331         }
 332
 333         return coll.entity;
 334 }
 335
 336 bool World::Intersection(const Entity &e, std::vector<WorldCollision> &col) {
 337         AABB box = e.Bounds();
 338         Chunk::Pos reference = e.ChunkCoords();
 339         glm::mat4 M = e.Transform(reference);
 340         bool any = false;
 341         for (Chunk &cur_chunk : chunks) {
 342                 if (manhattan_radius(cur_chunk.Position() - e.ChunkCoords()) > 1) {
 343                         // chunk is not one of the 3x3x3 surrounding the entity
 344                         // since there's no entity which can extent over 16 blocks, they can be skipped
 345                         continue;
 346                 }
 347                 if (cur_chunk.Intersection(box, M, cur_chunk.Transform(reference), col)) {
 348                         any = true;
 349                 }
 350         }
 351         return any;
 352 }
 353
 354
 355 namespace {
 356
 357 std::vector<WorldCollision> col;
 358
 359 }
 360
 361 void World::Update(int dt) {
 362         for (Entity &entity : entities) {
 363                 entity.Update(dt);
 364         }
 365         for (Entity &entity : entities) {
 366                 col.clear();
 367                 if (entity.WorldCollidable() && Intersection(entity, col)) {
 368                         // entity collides with the world
 369                         Resolve(entity, col);
 370                 }
 371         }
 372         for (Player &player : players) {
 373                 player.Update(dt);
 374         }
 375         for (auto iter = entities.begin(), end = entities.end(); iter != end;) {
 376                 if (iter->CanRemove()) {
 377                         iter = RemoveEntity(iter);
 378                 } else {
 379                         ++iter;
 380                 }
 381         }
 382 }
 383
 384 void World::Resolve(Entity &e, std::vector<WorldCollision> &col) {
 385         // determine displacement for each cardinal axis and move entity accordingly
 386         glm::vec3 min_disp(0.0f);
 387         glm::vec3 max_disp(0.0f);
 388         for (const WorldCollision &c : col) {
 389                 if (!c.Blocks()) continue;
 390                 glm::vec3 local_disp(c.normal * c.depth);
 391                 // swap if neccessary (normal may point away from the entity)
 392                 if (dot(c.normal, e.Position() - c.BlockCoords()) < 0) {
 393                         local_disp *= -1;
 394                 }
 395                 min_disp = min(min_disp, local_disp);
 396                 max_disp = max(max_disp, local_disp);
 397         }
 398         // for each axis
 399         // if only one direction is set, use that as the final
 400         // if both directions are set, use average
 401         glm::vec3 final_disp(0.0f);
 402         for (int axis = 0; axis < 3; ++axis) {
 403                 if (std::abs(min_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
 404                         if (std::abs(max_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
 405                                 final_disp[axis] = (min_disp[axis] + max_disp[axis]) * 0.5f;
 406                         } else {
 407                                 final_disp[axis] = min_disp[axis];
 408                         }
 409                 } else if (std::abs(max_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
 410                         final_disp[axis] = max_disp[axis];
 411                 }
 412         }
 413         e.Position(e.Position() + final_disp);
 414 }
 415
 416 World::EntityHandle World::RemoveEntity(EntityHandle &eh) {
 417         // check for player
 418         for (auto player = players.begin(), end = players.end(); player != end;) {
 419                 if (&player->GetEntity() == &*eh) {
 420                         chunks.UnregisterIndex(player->GetChunks());
 421                         player = players.erase(player);
 422                         end = players.end();
 423                 } else {
 424                         ++player;
 425                 }
 426         }
 427         return entities.erase(eh);
 428 }
 429
 430
 431 void World::Render(Viewport &viewport) {
 432         DirectionalLighting &entity_prog = viewport.EntityProgram();
 433         entity_prog.SetLightDirection(light_direction);
 434         entity_prog.SetFogDensity(fog_density);
 435
 436         for (Entity &entity : entities) {
 437                 entity.Render(entity.Transform(players.front().GetEntity().ChunkCoords()), entity_prog);
 438         }
 439 }
 440
 441 }