src/world/world.cpp

   1 #include "Body.hpp"
   2 #include "Planet.hpp"
   3 #include "Simulation.hpp"
   4 #include "Sun.hpp"
   5 #include "Tile.hpp"
   6
   7 #include "../const.hpp"
   8 #include "../app/Assets.hpp"
   9 #include "../graphics/Viewport.hpp"
  10
  11 #include <algorithm>
  12 #include <cmath>
  13 #include <glm/gtx/transform.hpp>
  14
  15 using blobs::G;
  16 using blobs::PI_2p0;
  17
  18 using std::sin;
  19 using std::cos;
  20 using std::pow;
  21 using std::sqrt;
  22
  23
  24 namespace blobs {
  25 namespace world {
  26
  27 Body::Body()
  28 : sim(nullptr)
  29 , parent(nullptr)
  30 , children()
  31 , mass(1.0)
  32 , radius(1.0)
  33 , sma(1.0)
  34 , ecc(0.0)
  35 , inc(0.0)
  36 , asc(0.0)
  37 , arg(0.0)
  38 , mna(0.0) {
  39 }
  40
  41 Body::~Body() {
  42 }
  43
  44 void Body::SetSimulation(Simulation &s) noexcept {
  45         sim = &s;
  46         for (auto child : children) {
  47                 child->SetSimulation(s);
  48         }
  49 }
  50
  51 void Body::SetParent(Body &p) {
  52         if (HasParent()) {
  53                 UnsetParent();
  54         }
  55         parent = &p;
  56         parent->AddChild(*this);
  57 }
  58
  59 void Body::UnsetParent() {
  60         if (!HasParent()) return;
  61         parent->RemoveChild(*this);
  62         parent = nullptr;
  63 }
  64
  65 void Body::AddChild(Body &c) {
  66         children.push_back(&c);
  67         c.SetSimulation(*sim);
  68 }
  69
  70 void Body::RemoveChild(Body &c) {
  71         auto entry = std::find(children.begin(), children.end(), &c);
  72         if (entry != children.end()) {
  73                 children.erase(entry);
  74         }
  75 }
  76
  77 double Body::Mass() const noexcept {
  78         return mass;
  79 }
  80
  81 void Body::Mass(double m) noexcept {
  82         mass = m;
  83 }
  84
  85 double Body::Radius() const noexcept {
  86         return radius;
  87 }
  88
  89 void Body::Radius(double r) noexcept {
  90         radius = r;
  91 }
  92
  93 double Body::SemiMajorAxis() const noexcept {
  94         return sma;
  95 }
  96
  97 void Body::SemiMajorAxis(double s) noexcept {
  98         sma = s;
  99 }
 100
 101 double Body::Eccentricity() const noexcept {
 102         return ecc;
 103 }
 104
 105 void Body::Eccentricity(double e) noexcept {
 106         ecc = e;
 107 }
 108
 109 double Body::Inclination() const noexcept {
 110         return inc;
 111 }
 112
 113 void Body::Inclination(double i) noexcept {
 114         inc = i;
 115 }
 116
 117 double Body::LongitudeAscending() const noexcept {
 118         return asc;
 119 }
 120
 121 void Body::LongitudeAscending(double l) noexcept {
 122         asc = l;
 123 }
 124
 125 double Body::ArgumentPeriapsis() const noexcept {
 126         return arg;
 127 }
 128
 129 void Body::ArgumentPeriapsis(double a) noexcept {
 130         arg = a;
 131 }
 132
 133 double Body::MeanAnomaly() const noexcept {
 134         return mna;
 135 }
 136
 137 void Body::MeanAnomaly(double m) noexcept {
 138         mna = m;
 139 }
 140
 141 double Body::GravitationalParameter() const noexcept {
 142         return G * Mass();
 143 }
 144
 145 double Body::OrbitalPeriod() const noexcept {
 146         if (parent) {
 147                 return PI_2p0 * sqrt((sma * sma * sma) / (G * (parent->Mass() + Mass())));
 148         } else {
 149                 return 0.0;
 150         }
 151 }
 152
 153 glm::mat4 Body::ToParent() const noexcept {
 154         if (!parent) {
 155                 return glm::mat4(1.0f);
 156         }
 157
 158         double T = OrbitalPeriod();
 159
 160         double M = mna + PI_2p0 * (GetSimulation().Time() / T); // + time
 161
 162         double E = M; // eccentric anomaly, solve M = E - e sin E
 163         while (true) {
 164                 double dE = (E - ecc * sin(E) - M) / (1 - ecc * cos(E));
 165                 E -= dE;
 166                 if (abs(dE) < 1.0e-6) break;
 167         }
 168
 169         // coordinates in orbital plane
 170         double P = sma * (cos(E) - ecc);
 171         double Q = sma * sin(E) * sqrt(1 - (ecc * ecc));
 172
 173         // tile by argument of periapsis, …
 174         double x = cos(arg) * P - sin(arg) * Q;
 175         double y = sin(arg) * P + cos(arg) * Q;
 176         // …inclination, …
 177         double z = sin(inc) * x;
 178                x = cos(inc) * x;
 179         // …and longitude of ascending node
 180         glm::vec3 pos(
 181                 cos(asc) * x - sin(asc) * y,
 182                 sin(asc) * x + cos(asc) * y,
 183                 z);
 184
 185         // TODO: calculate complete matrix
 186         return glm::translate(-pos);
 187 }
 188
 189 glm::mat4 Body::FromParent() const noexcept {
 190         if (!parent) {
 191                 return glm::mat4(1.0f);
 192         }
 193         // TODO: calculate real position
 194         return glm::translate(glm::vec3(-sma, 0.0f, 0.0f));
 195 }
 196
 197
 198 Planet::Planet(int sidelength)
 199 : Body()
 200 , sidelength(sidelength)
 201 , tiles(new Tile[TilesTotal()])
 202 , vao() {
 203 }
 204
 205 Planet::~Planet() {
 206 }
 207
 208 void Planet::BuildVAOs() {
 209         vao.Bind();
 210         vao.BindAttributes();
 211         vao.EnableAttribute(0);
 212         vao.EnableAttribute(1);
 213         vao.AttributePointer<glm::vec3>(0, false, offsetof(Attributes, position));
 214         vao.AttributePointer<glm::vec3>(1, false, offsetof(Attributes, tex_coord));
 215         vao.ReserveAttributes(TilesTotal() * 4, GL_STATIC_DRAW);
 216         {
 217                 auto attrib = vao.MapAttributes(GL_WRITE_ONLY);
 218                 float offset = sidelength * 0.5f;
 219
 220                 for (int index = 0, surface = 0; surface < 6; ++surface) {
 221                         for (int y = 0; y < sidelength; ++y) {
 222                                 for (int x = 0; x < sidelength; ++x, ++index) {
 223                                         float tex = TileAt(surface, x, y).type;
 224                                         attrib[4 * index + 0].position[(surface + 0) % 3] = x + 0 - offset;
 225                                         attrib[4 * index + 0].position[(surface + 1) % 3] = y + 0 - offset;
 226                                         attrib[4 * index + 0].position[(surface + 2) % 3] = surface < 3 ? offset : -offset;
 227                                         attrib[4 * index + 0].tex_coord[0] = 0.0f;
 228                                         attrib[4 * index + 0].tex_coord[1] = 0.0f;
 229                                         attrib[4 * index + 0].tex_coord[2] = tex;
 230
 231                                         attrib[4 * index + 1].position[(surface + 0) % 3] = x + 0 - offset;
 232                                         attrib[4 * index + 1].position[(surface + 1) % 3] = y + 1 - offset;
 233                                         attrib[4 * index + 1].position[(surface + 2) % 3] = surface < 3 ? offset : -offset;
 234                                         attrib[4 * index + 1].tex_coord[0] = 0.0f;
 235                                         attrib[4 * index + 1].tex_coord[1] = 1.0f;
 236                                         attrib[4 * index + 1].tex_coord[2] = tex;
 237
 238                                         attrib[4 * index + 2].position[(surface + 0) % 3] = x + 1 - offset;
 239                                         attrib[4 * index + 2].position[(surface + 1) % 3] = y + 0 - offset;
 240                                         attrib[4 * index + 2].position[(surface + 2) % 3] = surface < 3 ? offset : -offset;
 241                                         attrib[4 * index + 2].tex_coord[0] = 1.0f;
 242                                         attrib[4 * index + 2].tex_coord[1] = 0.0f;
 243                                         attrib[4 * index + 2].tex_coord[2] = tex;
 244
 245                                         attrib[4 * index + 3].position[(surface + 0) % 3] = x + 1 - offset;
 246                                         attrib[4 * index + 3].position[(surface + 1) % 3] = y + 1 - offset;
 247                                         attrib[4 * index + 3].position[(surface + 2) % 3] = surface < 3 ? offset : -offset;
 248                                         attrib[4 * index + 3].tex_coord[0] = 1.0f;
 249                                         attrib[4 * index + 3].tex_coord[1] = 1.0f;
 250                                         attrib[4 * index + 3].tex_coord[2] = tex;
 251                                 }
 252                         }
 253                 }
 254         }
 255         vao.BindElements();
 256         vao.ReserveElements(TilesTotal() * 6, GL_STATIC_DRAW);
 257         {
 258                 auto element = vao.MapElements(GL_WRITE_ONLY);
 259                 int index = 0;
 260                 for (int surface = 0; surface < 3; ++surface) {
 261                         for (int y = 0; y < sidelength; ++y) {
 262                                 for (int x = 0; x < sidelength; ++x, ++index) {
 263                                         element[6 * index + 0] = 4 * index + 0;
 264                                         element[6 * index + 1] = 4 * index + 2;
 265                                         element[6 * index + 2] = 4 * index + 1;
 266                                         element[6 * index + 3] = 4 * index + 1;
 267                                         element[6 * index + 4] = 4 * index + 2;
 268                                         element[6 * index + 5] = 4 * index + 3;
 269                                 }
 270                         }
 271                 }
 272                 for (int surface = 3; surface < 6; ++surface) {
 273                         for (int y = 0; y < sidelength; ++y) {
 274                                 for (int x = 0; x < sidelength; ++x, ++index) {
 275                                         element[6 * index + 0] = 4 * index + 0;
 276                                         element[6 * index + 1] = 4 * index + 1;
 277                                         element[6 * index + 2] = 4 * index + 2;
 278                                         element[6 * index + 3] = 4 * index + 2;
 279                                         element[6 * index + 4] = 4 * index + 1;
 280                                         element[6 * index + 5] = 4 * index + 3;
 281                                 }
 282                         }
 283                 }
 284         }
 285         vao.Unbind();
 286 }
 287
 288 void Planet::Draw(app::Assets &assets, graphics::Viewport &viewport) {
 289         vao.Bind();
 290         const glm::mat4 &MV = assets.shaders.planet_surface.MV();
 291         assets.shaders.planet_surface.SetNormal(glm::vec3(MV * glm::vec4(0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f)));
 292         vao.DrawTriangles(TilesPerSurface() * 6, TilesPerSurface() * 6 * 0);
 293         assets.shaders.planet_surface.SetNormal(glm::vec3(MV * glm::vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f)));
 294         vao.DrawTriangles(TilesPerSurface() * 6, TilesPerSurface() * 6 * 1);
 295         assets.shaders.planet_surface.SetNormal(glm::vec3(MV * glm::vec4(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f)));
 296         vao.DrawTriangles(TilesPerSurface() * 6, TilesPerSurface() * 6 * 2);
 297         assets.shaders.planet_surface.SetNormal(glm::vec3(MV * glm::vec4(0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f)));
 298         vao.DrawTriangles(TilesPerSurface() * 6, TilesPerSurface() * 6 * 3);
 299         assets.shaders.planet_surface.SetNormal(glm::vec3(MV * glm::vec4(-1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f)));
 300         vao.DrawTriangles(TilesPerSurface() * 6, TilesPerSurface() * 6 * 4);
 301         assets.shaders.planet_surface.SetNormal(glm::vec3(MV * glm::vec4(0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f)));
 302         vao.DrawTriangles(TilesPerSurface() * 6, TilesPerSurface() * 6 * 5);
 303 }
 304
 305
 306 void GenerateTest(Planet &p) {
 307         for (int surface = 0; surface <= 5; ++surface) {
 308                 for (int y = 0; y < p.SideLength(); ++y) {
 309                         for (int x = 0; x < p.SideLength(); ++x) {
 310                                 p.TileAt(surface, x, y).type = (x == p.SideLength()/2) + (y == p.SideLength()/2);
 311                         }
 312                 }
 313         }
 314         p.BuildVAOs();
 315 }
 316
 317
 318 Sun::Sun()
 319 : Body() {
 320 }
 321
 322 Sun::~Sun() {
 323 }
 324
 325 }
 326 }