src/rand/noise.cpp

   1 #include "GaloisLFSR.hpp"
   2 #include "SimplexNoise.hpp"
   3
   4 #include <cmath>
   5
   6
   7 namespace {
   8
   9 constexpr float one_third = 1.0f/3.0f;
  10 constexpr float one_sixth = 1.0f/6.0f;
  11
  12 }
  13
  14 namespace tacos {
  15
  16 SimplexNoise::SimplexNoise(std::uint64_t seed) noexcept
  17 : grad({
  18         {  1.0f,  1.0f,  0.0f },
  19         { -1.0f,  1.0f,  0.0f },
  20         {  1.0f, -1.0f,  0.0f },
  21         { -1.0f, -1.0f,  0.0f },
  22         {  1.0f,  0.0f,  1.0f },
  23         { -1.0f,  0.0f,  1.0f },
  24         {  1.0f,  0.0f, -1.0f },
  25         { -1.0f,  0.0f, -1.0f },
  26         {  0.0f,  1.0f,  1.0f },
  27         {  0.0f, -1.0f,  1.0f },
  28         {  0.0f,  1.0f, -1.0f },
  29         {  0.0f, -1.0f, -1.0f },
  30 })
  31 , second_ints({
  32                      // x>y x>z y>z
  33         { 0, 0, 1 }, //  0   0   0  ZYX
  34         { 0, 1, 0 }, //  0   0   1  YZX
  35         { 0, 0, 1 }, //  0   1   0  illogical, but ZYX
  36         { 0, 1, 0 }, //  0   1   1  YXZ
  37         { 0, 0, 1 }, //  1   0   0  ZXY
  38         { 1, 0, 0 }, //  1   0   1  illogical, but XYZ
  39         { 1, 0, 0 }, //  1   1   0  XZY
  40         { 1, 0, 0 }, //  1   1   1  XYZ
  41 })
  42 , third_ints({
  43                      // x>y x>z y>z
  44         { 0, 1, 1 }, //  0   0   0  ZYX
  45         { 0, 1, 1 }, //  0   0   1  YZX
  46         { 0, 1, 1 }, //  0   1   0  illogical, but ZYX
  47         { 1, 1, 0 }, //  0   1   1  YXZ
  48         { 1, 0, 1 }, //  1   0   0  ZXY
  49         { 1, 1, 0 }, //  1   0   1  illogical, but XYZ
  50         { 1, 0, 1 }, //  1   1   0  XZY
  51         { 1, 1, 0 }, //  1   1   1  XYZ
  52 })
  53 , second_floats({
  54                               // x>y x>z y>z
  55         { 0.0f, 0.0f, 1.0f }, //  0   0   0  ZYX
  56         { 0.0f, 1.0f, 0.0f }, //  0   0   1  YZX
  57         { 0.0f, 0.0f, 1.0f }, //  0   1   0  illogical, but ZYX
  58         { 0.0f, 1.0f, 0.0f }, //  0   1   1  YXZ
  59         { 0.0f, 0.0f, 1.0f }, //  1   0   0  ZXY
  60         { 1.0f, 0.0f, 0.0f }, //  1   0   1  illogical, but XYZ
  61         { 1.0f, 0.0f, 0.0f }, //  1   1   0  XZY
  62         { 1.0f, 0.0f, 0.0f }, //  1   1   1  XYZ
  63 })
  64 , third_floats({
  65                               // x>y x>z y>z
  66         { 0.0f, 1.0f, 1.0f }, //  0   0   0  ZYX
  67         { 0.0f, 1.0f, 1.0f }, //  0   0   1  YZX
  68         { 0.0f, 1.0f, 1.0f }, //  0   1   0  illogical, but ZYX
  69         { 1.0f, 1.0f, 0.0f }, //  0   1   1  YXZ
  70         { 1.0f, 0.0f, 1.0f }, //  1   0   0  ZXY
  71         { 1.0f, 1.0f, 0.0f }, //  1   0   1  illogical, but XYZ
  72         { 1.0f, 0.0f, 1.0f }, //  1   1   0  XZY
  73         { 1.0f, 1.0f, 0.0f }, //  1   1   1  XYZ
  74 }) {
  75         GaloisLFSR random(seed ^ 0x0123456789ACBDEF);
  76         unsigned char value;
  77         for (size_t i = 0; i < 256; ++i) {
  78                 perm[i] = random(value);
  79                 perm[i] &= 0xFF;
  80                 perm[i + 256] = perm[i];
  81                 perm12[i] = perm[i] % 12;
  82                 perm12[i + 256] = perm12[i];
  83         }
  84 }
  85
  86
  87 float SimplexNoise::operator ()(const glm::vec3 &in) const noexcept {
  88         float skew = (in.x + in.y + in.z) * one_third;
  89
  90         glm::vec3 skewed(glm::floor(in + skew));
  91         float tr = (skewed.x + skewed.y + skewed.z) * one_sixth;
  92
  93         glm::vec3 unskewed(skewed - tr);
  94         glm::vec3 relative(in - unskewed);
  95
  96         bool x_ge_y = relative.x >= relative.y;
  97         bool x_ge_z = relative.x >= relative.z;
  98         bool y_ge_z = relative.y >= relative.z;
  99         unsigned int st = (x_ge_y << 2) | (x_ge_z << 1) | y_ge_z;
 100
 101         glm::ivec3 second_int(second_ints[st]);
 102         glm::ivec3 third_int(third_ints[st]);
 103         glm::vec3 second_float(second_floats[st]);
 104         glm::vec3 third_float(third_floats[st]);
 105
 106         glm::vec3 offset[4] = {
 107                 in - unskewed,
 108                 relative - second_float + one_sixth,
 109                 relative - third_float + one_third,
 110                 relative - 0.5f,
 111         };
 112
 113         int index[3] = {
 114                 (int)(skewed.x) & 0xFF,
 115                 (int)(skewed.y) & 0xFF,
 116                 (int)(skewed.z) & 0xFF,
 117         };
 118
 119         float n = 0.0f;
 120
 121         // 0
 122         float t = glm::clamp(0.5f - dot(offset[0], offset[0]), 0.0f, 1.0f);
 123         t *= t;
 124         int corner = Perm12(index[0] + Perm(index[1] + Perm(index[2])));
 125         n += t * t * dot(Grad(corner), offset[0]);
 126
 127         // 1
 128         t = glm::clamp(0.5f - dot(offset[1], offset[1]), 0.0f, 1.0f);
 129         t *= t;
 130         corner = Perm12(index[0] + second_int.x + Perm(index[1] + second_int.y + Perm(index[2] + second_int.z)));
 131         n += t * t * dot(Grad(corner), offset[1]);
 132
 133         // 2
 134         t = glm::clamp(0.5f - dot(offset[2], offset[2]), 0.0f, 1.0f);
 135         t *= t;
 136         corner = Perm12(index[0] + third_int.x + Perm(index[1] + third_int.y + Perm(index[2] + third_int.z)));
 137         n += t * t * dot(Grad(corner), offset[2]);
 138
 139         // 3
 140         t = glm::clamp(0.5f - dot(offset[3], offset[3]), 0.0f, 1.0f);
 141         t *= t;
 142         corner = Perm12(index[0] + 1 + Perm(index[1] + 1 + Perm(index[2] + 1)));
 143         n += t * t * dot(Grad(corner), offset[3]);
 144
 145         return 32.0f * n;
 146 }
 147
 148
 149 int SimplexNoise::Perm(int idx) const noexcept {
 150         return perm[idx];
 151 }
 152
 153 int SimplexNoise::Perm12(int idx) const noexcept {
 154         return perm12[idx];
 155 }
 156
 157 const glm::vec3 &SimplexNoise::Grad(int idx) const noexcept {
 158         return grad[idx];
 159 }
 160
 161 }