]> git.localhorst.tv Git - blank.git/blobdiff - src/world/world.cpp
use yaw as entity's orientation
[blank.git] / src / world / world.cpp
index 8be2941c441e96b2fcfff49da8daec3f430a5f2a..08ee294fca5e5a8b72351be8bb3ff3e3e40abdd2 100644 (file)
@@ -1,4 +1,5 @@
 #include "Entity.hpp"
+#include "EntityController.hpp"
 #include "EntityDerivative.hpp"
 #include "EntityState.hpp"
 #include "Player.hpp"
@@ -15,6 +16,7 @@
 #include <cmath>
 #include <iostream>
 #include <limits>
+#include <glm/gtx/euler_angles.hpp>
 #include <glm/gtx/io.hpp>
 #include <glm/gtx/quaternion.hpp>
 #include <glm/gtx/transform.hpp>
 namespace blank {
 
 Entity::Entity() noexcept
-: model()
+: ctrl(nullptr)
+, model()
 , id(-1)
 , name("anonymous")
 , bounds()
 , state()
-, tgt_vel(0.0f)
+, heading(0.0f, 0.0f, -1.0f)
+, max_vel(5.0f)
+, max_force(25.0f)
 , ref_count(0)
 , world_collision(false)
-, dead(false) {
+, dead(false)
+, owns_controller(false) {
 
 }
 
+Entity::~Entity() noexcept {
+       UnsetController();
+}
+
+Entity::Entity(const Entity &other) noexcept
+: ctrl(other.ctrl)
+, model(other.model)
+, id(-1)
+, name(other.name)
+, bounds(other.bounds)
+, state(other.state)
+, model_transform(1.0f)
+, view_transform(1.0f)
+, speed(0.0f)
+, heading(0.0f, 0.0f, -1.0f)
+, max_vel(other.max_vel)
+, max_force(other.max_force)
+, ref_count(0)
+, world_collision(other.world_collision)
+, dead(other.dead)
+, owns_controller(false) {
+
+}
+
+void Entity::SetController(EntityController *c) noexcept {
+       UnsetController();
+       ctrl = c;
+       owns_controller = true;
+}
+
+void Entity::SetController(EntityController &c) noexcept {
+       UnsetController();
+       ctrl = &c;
+       owns_controller = false;
+}
+
+void Entity::UnsetController() noexcept {
+       if (ctrl && owns_controller) {
+               delete ctrl;
+       }
+       ctrl = nullptr;
+}
+
+glm::vec3 Entity::ControlForce(const EntityState &s) const noexcept {
+       if (HasController()) {
+               return GetController().ControlForce(*this, s);
+       } else {
+               return -s.velocity;
+       }
+}
 
 void Entity::Position(const glm::ivec3 &c, const glm::vec3 &b) noexcept {
        state.chunk_pos = c;
@@ -46,81 +102,96 @@ void Entity::Position(const glm::vec3 &pos) noexcept {
        state.AdjustPosition();
 }
 
-Ray Entity::Aim(const Chunk::Pos &chunk_offset) const noexcept {
-       glm::mat4 transform = Transform(chunk_offset);
-       glm::vec4 from = transform * glm::vec4(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
-       from /= from.w;
-       glm::vec4 to = transform * glm::vec4(0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f);
-       to /= to.w;
-       return Ray{ glm::vec3(from), glm::normalize(glm::vec3(to - from)) };
+void Entity::TurnHead(float dp, float dy) noexcept {
+       SetHead(state.pitch + dp, state.yaw + dy);
 }
 
-namespace {
+void Entity::SetHead(float p, float y) noexcept {
+       state.pitch = p;
+       state.yaw = y;
+       // TODO: I feel like this could be delayed
+       UpdateModel();
+}
 
-glm::quat delta_rot(const glm::vec3 &av, float dt) {
-       glm::vec3 half(av * dt * 0.5f);
-       float mag = length(half);
-       if (mag > 0.0f) {
-               float smag = std::sin(mag) / mag;
-               return glm::quat(std::cos(mag), half * smag);
-       } else {
-               return glm::quat(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
-       }
+glm::mat4 Entity::Transform(const glm::ivec3 &reference) const noexcept {
+       return glm::translate(glm::vec3((state.chunk_pos - reference) * Chunk::Extent())) * model_transform;
 }
 
+glm::mat4 Entity::ViewTransform(const glm::ivec3 &reference) const noexcept {
+       return Transform(reference) * view_transform;
 }
 
-void Entity::Update(int dt) noexcept {
-       float fdt = float(dt);
+Ray Entity::Aim(const Chunk::Pos &chunk_offset) const noexcept {
+       glm::mat4 transform = ViewTransform(chunk_offset);
+       return Ray{ glm::vec3(transform[3]), -glm::vec3(transform[2]) };
+}
 
-       // euler
-       //state.block_pos += state.velocity * fdt;
-       //state.velocity += ControlForce(state) * fdt;
-       //state.orient = delta_rot(state.ang_vel, fdt) * state.orient;
-       //state.AdjustPosition();
+void Entity::UpdateModel() noexcept {
+       state.AdjustHeading();
+       state.orient = glm::quat(glm::vec3(0.0f, state.yaw, 0.0f));
+       if (model) {
+               model.EyesState().orientation = glm::quat(glm::vec3(state.pitch, 0.0f, 0.0f));
+       }
+}
 
-       // RK4
-       EntityDerivative a(CalculateStep(state, 0.0f, EntityDerivative()));
-       EntityDerivative b(CalculateStep(state, fdt * 0.5f, a));
-       EntityDerivative c(CalculateStep(state, fdt * 0.5f, b));
-       EntityDerivative d(CalculateStep(state, fdt, c));
+void Entity::Update(float dt) {
+       UpdateTransforms();
+       UpdateHeading();
+       if (HasController()) {
+               GetController().Update(*this, dt);
+       }
+}
 
-       EntityDerivative f;
-       constexpr float sixth = 1.0f / 6.0f;
-       f.position = sixth * ((a.position + 2.0f * (b.position + c.position)) + d.position);
-       f.velocity = sixth * ((a.velocity + 2.0f * (b.velocity + c.velocity)) + d.velocity);
-       f.orient = sixth * ((a.orient + 2.0f * (b.orient + c.orient)) + d.orient);
+void Entity::UpdateTransforms() noexcept {
+       // model transform is the one given by current state
+       model_transform = state.Transform(state.chunk_pos);
+       // view transform is either the model's eyes transform or,
+       // should the entity have no model, the pitch (yaw already is
+       // in model transform)
+       if (model) {
+               view_transform = model.EyesTransform();
+       } else {
+               view_transform = glm::eulerAngleX(state.pitch);
+       }
+}
 
-       state.block_pos += f.position * fdt;
-       state.velocity += f.velocity * fdt;
-       state.orient = delta_rot(f.orient, fdt) * state.orient;
-       state.AdjustPosition();
+void Entity::UpdateHeading() noexcept {
+       speed = length(Velocity());
+       if (speed > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
+               heading = Velocity() / speed;
+       } else {
+               speed = 0.0f;
+               // use -Z (forward axis) of local view transform
+               heading = -glm::vec3(view_transform[2]);
+       }
 }
 
-EntityDerivative Entity::CalculateStep(
-       const EntityState &cur,
-       float dt,
-       const EntityDerivative &delta
-) const noexcept {
-       EntityState next(cur);
-       next.block_pos += delta.position * dt;
-       next.velocity += delta.velocity * dt;
-       next.orient = delta_rot(cur.ang_vel, dt) * cur.orient;
-       next.AdjustPosition();
 
-       EntityDerivative out;
-       out.position = next.velocity;
-       out.velocity = ControlForce(next); // plus other forces and then by mass
-       return out;
+EntityController::~EntityController() {
+
 }
 
-glm::vec3 Entity::ControlForce(const EntityState &cur) const noexcept {
-       constexpr float k = 1.0f; // spring constant
-       constexpr float b = 1.0f; // damper constant
-       constexpr float t = 0.01f; // 1/time constant
-       const glm::vec3 x(-tgt_vel); // endpoint displacement from equilibrium
-       const glm::vec3 v(cur.velocity); // relative velocity between endpoints
-       return (((-k) * x) - (b * v)) * t; // times mass = 1
+bool EntityController::MaxOutForce(
+       glm::vec3 &out,
+       const glm::vec3 &add,
+       float max
+) noexcept {
+       if (iszero(add) || any(isnan(add))) {
+               return false;
+       }
+       float current = iszero(out) ? 0.0f : length(out);
+       float remain = max - current;
+       if (remain <= 0.0f) {
+               return true;
+       }
+       float additional = length(add);
+       if (additional > remain) {
+               out += normalize(add) * remain;
+               return true;
+       } else {
+               out += add;
+               return false;
+       }
 }
 
 
@@ -129,7 +200,8 @@ EntityState::EntityState()
 , block_pos(0.0f)
 , velocity(0.0f)
 , orient(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f)
-, ang_vel(0.0f) {
+, pitch(0.0f)
+, yaw(0.0f) {
 
 }
 
@@ -160,12 +232,20 @@ void EntityState::AdjustPosition() noexcept {
        }
 }
 
+void EntityState::AdjustHeading() noexcept {
+       glm::clamp(pitch, -PI_0p5, PI_0p5);
+       while (yaw > PI) {
+               yaw -= PI_2p0;
+       }
+       while (yaw < -PI) {
+               yaw += PI_2p0;
+       }
+}
+
 glm::mat4 EntityState::Transform(const glm::ivec3 &reference) const noexcept {
        const glm::vec3 translation = RelativePosition(reference);
        glm::mat4 transform(toMat4(orient));
-       transform[3].x = translation.x;
-       transform[3].y = translation.y;
-       transform[3].z = translation.z;
+       transform[3] = glm::vec4(translation, 1.0f);
        return transform;
 }
 
@@ -223,7 +303,7 @@ Player *World::AddPlayer(const std::string &name) {
        }
        Entity &entity = AddEntity();
        entity.Name(name);
-       entity.Bounds({ { -0.5f, -0.5f, -0.5f }, { 0.5f, 0.5f, 0.5f } });
+       entity.Bounds({ { -0.4f, -0.9f, -0.4f }, { 0.4f, 0.9f, 0.4f } });
        entity.WorldCollidable(true);
        ChunkIndex &index = chunks.MakeIndex(entity.ChunkCoords(), 6);
        players.emplace_back(entity, index);
@@ -241,7 +321,7 @@ Player *World::AddPlayer(const std::string &name, std::uint32_t id) {
                return nullptr;
        }
        entity->Name(name);
-       entity->Bounds({ { -0.5f, -0.5f, -0.5f }, { 0.5f, 0.5f, 0.5f } });
+       entity->Bounds({ { -0.4f, -0.9f, -0.4f }, { 0.4f, 0.9f, 0.4f } });
        entity->WorldCollidable(true);
        ChunkIndex &index = chunks.MakeIndex(entity->ChunkCoords(), 6);
        players.emplace_back(*entity, index);
@@ -391,13 +471,22 @@ bool World::Intersection(
        return coll.entity;
 }
 
-bool World::Intersection(const Entity &e, std::vector<WorldCollision> &col) {
+bool World::Intersection(const Entity &e, const EntityState &s, std::vector<WorldCollision> &col) {
        AABB box = e.Bounds();
-       Chunk::Pos reference = e.ChunkCoords();
-       glm::mat4 M = e.Transform(reference);
+       Chunk::Pos reference = s.chunk_pos;
+       glm::mat4 M = s.Transform(reference);
+       return Intersection(box, M, reference, col);
+}
+
+bool World::Intersection(
+       const AABB &box,
+       const glm::mat4 &M,
+       const glm::ivec3 &reference,
+       std::vector<WorldCollision> &col
+) {
        bool any = false;
        for (Chunk &cur_chunk : chunks) {
-               if (manhattan_radius(cur_chunk.Position() - e.ChunkCoords()) > 1) {
+               if (manhattan_radius(cur_chunk.Position() - reference) > 1) {
                        // chunk is not one of the 3x3x3 surrounding the entity
                        // since there's no entity which can extent over 16 blocks, they can be skipped
                        continue;
@@ -409,23 +498,13 @@ bool World::Intersection(const Entity &e, std::vector<WorldCollision> &col) {
        return any;
 }
 
-
-namespace {
-
-std::vector<WorldCollision> col;
-
-}
-
 void World::Update(int dt) {
+       float fdt(dt * 0.001f);
        for (Entity &entity : entities) {
-               entity.Update(dt);
+               Update(entity, fdt);
        }
        for (Entity &entity : entities) {
-               col.clear();
-               if (entity.WorldCollidable() && Intersection(entity, col)) {
-                       // entity collides with the world
-                       Resolve(entity, col);
-               }
+               entity.Update(fdt);
        }
        for (Player &player : players) {
                player.Update(dt);
@@ -439,36 +518,125 @@ void World::Update(int dt) {
        }
 }
 
-void World::Resolve(Entity &e, std::vector<WorldCollision> &col) {
-       // determine displacement for each cardinal axis and move entity accordingly
-       glm::vec3 min_disp(0.0f);
-       glm::vec3 max_disp(0.0f);
-       for (const WorldCollision &c : col) {
-               if (!c.Blocks()) continue;
-               glm::vec3 local_disp(c.normal * c.depth);
-               // swap if neccessary (normal may point away from the entity)
-               if (dot(c.normal, e.Position() - c.BlockCoords()) < 0) {
-                       local_disp *= -1;
+void World::Update(Entity &entity, float dt) {
+       EntityState state(entity.GetState());
+
+       EntityDerivative a(CalculateStep(entity, state, 0.0f, EntityDerivative()));
+       EntityDerivative b(CalculateStep(entity, state, dt * 0.5f, a));
+       EntityDerivative c(CalculateStep(entity, state, dt * 0.5f, b));
+       EntityDerivative d(CalculateStep(entity, state, dt, c));
+
+       EntityDerivative f;
+       constexpr float sixth = 1.0f / 6.0f;
+       f.position = sixth * ((a.position + 2.0f * (b.position + c.position)) + d.position);
+       f.velocity = sixth * ((a.velocity + 2.0f * (b.velocity + c.velocity)) + d.velocity);
+
+       state.block_pos += f.position * dt;
+       state.velocity += f.velocity * dt;
+       state.AdjustPosition();
+
+       entity.SetState(state);
+}
+
+EntityDerivative World::CalculateStep(
+       const Entity &entity,
+       const EntityState &cur,
+       float dt,
+       const EntityDerivative &delta
+) {
+       EntityState next(cur);
+       next.block_pos += delta.position * dt;
+       next.velocity += delta.velocity * dt;
+       next.AdjustPosition();
+
+       if (dot(next.velocity, next.velocity) > entity.MaxVelocity() * entity.MaxVelocity()) {
+               next.velocity = normalize(next.velocity) * entity.MaxVelocity();
+       }
+
+       EntityDerivative out;
+       out.position = next.velocity;
+       out.velocity = CalculateForce(entity, next); // by mass = 1kg
+       return out;
+}
+
+glm::vec3 World::CalculateForce(
+       const Entity &entity,
+       const EntityState &state
+) {
+       glm::vec3 force(ControlForce(entity, state) + CollisionForce(entity, state) + Gravity(entity, state));
+       if (dot(force, force) > entity.MaxControlForce() * entity.MaxControlForce()) {
+               return normalize(force) * entity.MaxControlForce();
+       } else {
+               return force;
+       }
+}
+
+glm::vec3 World::ControlForce(
+       const Entity &entity,
+       const EntityState &state
+) {
+       return entity.ControlForce(state);
+}
+
+namespace {
+
+std::vector<WorldCollision> col;
+
+}
+
+glm::vec3 World::CollisionForce(
+       const Entity &entity,
+       const EntityState &state
+) {
+       col.clear();
+       if (entity.WorldCollidable() && Intersection(entity, state, col)) {
+               // determine displacement for each cardinal axis and move entity accordingly
+               glm::vec3 min_pen(0.0f);
+               glm::vec3 max_pen(0.0f);
+               for (const WorldCollision &c : col) {
+                       if (!c.Blocks()) continue;
+                       glm::vec3 local_pen(c.normal * c.depth);
+                       // swap if neccessary (normal may point away from the entity)
+                       if (dot(c.normal, state.RelativePosition(c.ChunkPos()) - c.BlockCoords()) > 0) {
+                               local_pen *= -1;
+                       }
+                       min_pen = min(min_pen, local_pen);
+                       max_pen = max(max_pen, local_pen);
                }
-               min_disp = min(min_disp, local_disp);
-               max_disp = max(max_disp, local_disp);
-       }
-       // for each axis
-       // if only one direction is set, use that as the final
-       // if both directions are set, use average
-       glm::vec3 final_disp(0.0f);
-       for (int axis = 0; axis < 3; ++axis) {
-               if (std::abs(min_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
-                       if (std::abs(max_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
-                               final_disp[axis] = (min_disp[axis] + max_disp[axis]) * 0.5f;
+               glm::vec3 correction(0.0f);
+               // only apply correction for axes where penetration is only in one direction
+               for (std::size_t i = 0; i < 3; ++i) {
+                       if (min_pen[i] < -std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
+                               if (max_pen[i] < std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
+                                       correction[i] = -min_pen[i];
+                               }
                        } else {
-                               final_disp[axis] = min_disp[axis];
+                               correction[i] = -max_pen[i];
                        }
-               } else if (std::abs(max_disp[axis]) > std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
-                       final_disp[axis] = max_disp[axis];
                }
+               // correction may be zero in which case normalize() returns NaNs
+               if (dot(correction, correction) < std::numeric_limits<float>::epsilon()) {
+                       return glm::vec3(0.0f);
+               }
+               glm::vec3 normal(normalize(correction));
+               glm::vec3 normal_velocity(normal * dot(state.velocity, normal));
+               // apply force proportional to penetration
+               // use velocity projected onto normal as damper
+               constexpr float k = 1000.0f; // spring constant
+               constexpr float b = 10.0f; // damper constant
+               const glm::vec3 x(-correction); // endpoint displacement from equilibrium in m
+               const glm::vec3 v(normal_velocity); // relative velocity between endpoints in m/s
+               return (((-k) * x) - (b * v)); // times 1kg/s, in kg*m/s²
+       } else {
+               return glm::vec3(0.0f);
        }
-       e.Position(e.Position() + final_disp);
+}
+
+glm::vec3 World::Gravity(
+       const Entity &entity,
+       const EntityState &state
+) {
+       return glm::vec3(0.0f);
 }
 
 World::EntityHandle World::RemoveEntity(EntityHandle &eh) {
@@ -492,7 +660,27 @@ void World::Render(Viewport &viewport) {
        entity_prog.SetFogDensity(fog_density);
 
        for (Entity &entity : entities) {
-               entity.Render(entity.Transform(players.front().GetEntity().ChunkCoords()), entity_prog);
+               glm::mat4 M(entity.Transform(players.front().GetEntity().ChunkCoords()));
+               if (!CullTest(entity.Bounds(), entity_prog.GetVP() * M)) {
+                       entity.Render(M, entity_prog);
+               }
+       }
+}
+
+namespace {
+
+PrimitiveMesh::Buffer debug_buf;
+
+}
+
+void World::RenderDebug(Viewport &viewport) {
+       PrimitiveMesh debug_mesh;
+       PlainColor &prog = viewport.WorldColorProgram();
+       for (const Entity &entity : entities) {
+               debug_buf.OutlineBox(entity.Bounds(), glm::vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f));
+               debug_mesh.Update(debug_buf);
+               prog.SetM(entity.Transform(players.front().GetEntity().ChunkCoords()));
+               debug_mesh.DrawLines();
        }
 }