valid C comments
[neverball] / share / solid.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2003 Robert Kooima
3  *
4  * NEVERBALL is  free software; you can redistribute  it and/or modify
5  * it under the  terms of the GNU General  Public License as published
6  * by the Free  Software Foundation; either version 2  of the License,
7  * or (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
10  * WITHOUT  ANY  WARRANTY;  without   even  the  implied  warranty  of
11  * MERCHANTABILITY or  FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.   See the GNU
12  * General Public License for more details.
13  */
14
15 #include <SDL.h>
16 #include <SDL_rwops.h>
17 #include <SDL_image.h>
18
19 #include <stdio.h>
20 #include <stdlib.h>
21 #include <string.h>
22 #include <math.h>
23
24 #include "glext.h"
25 #include "vec3.h"
26 #include "geom.h" /* Only for height constants! */
27 #include "base_image.h"
28 #include "solid.h"
29 #include "base_config.h"
30 #include "binary.h"
31
32 #define MAGIC 0x4F425251        /* SOL file magic number (should not change). */
33 #define SOL_VERSION  5          /* SOL file format version (can change).      */
34
35 #define LARGE 1.0e+5f
36
37 /*---------------------------------------------------------------------------*/
38
39 static float erp(float t)
40 {
41     return 3.0f * t * t - 2.0f * t * t * t;
42 }
43
44 static float derp(float t)
45 {
46     return 6.0f * t     - 6.0f * t * t;
47 }
48
49 static void sol_body_v(float v[3],
50                        const struct s_file *fp,
51                        const struct s_body *bp)
52 {
53     if (bp->pi >= 0 && fp->pv[bp->pi].f)
54     {
55         const struct s_path *pp = fp->pv + bp->pi;
56         const struct s_path *pq = fp->pv + pp->pi;
57
58         v_sub(v, pq->p, pp->p);
59         v_scl(v, v, 1.0f / pp->t);
60
61         v_scl(v, v, derp(bp->t / pp->t));
62     }
63     else
64     {
65         v[0] = 0.0f;
66         v[1] = 0.0f;
67         v[2] = 0.0f;
68     }
69 }
70
71 void sol_body_p(float p[3],
72                 const struct s_file *fp,
73                 const struct s_body *bp)
74 {
75     float v[3];
76
77     if (bp->pi >= 0)
78     {
79         const struct s_path *pp = fp->pv + bp->pi;
80         const struct s_path *pq = fp->pv + pp->pi;
81
82         v_sub(v, pq->p, pp->p);
83         v_mad(p, pp->p, v, erp(bp->t / pp->t));
84     }
85     else
86     {
87         p[0] = 0.0f;
88         p[1] = 0.0f;
89         p[2] = 0.0f;
90     }
91 }
92
93 /*---------------------------------------------------------------------------*/
94
95 static void sol_load_mtrl(FILE *fin, struct s_mtrl *mp)
96 {
97     get_array(fin,  mp->a, 4);
98     get_array(fin,  mp->d, 4);
99     get_array(fin,  mp->s, 4);
100     get_array(fin,  mp->e, 4);
101     get_array(fin,  mp->h, 1);
102     get_index(fin, &mp->fl);
103
104     fread(mp->f, 1, PATHMAX, fin);
105 }
106
107 static void sol_load_vert(FILE *fin, struct s_vert *vp)
108 {
109     get_array(fin,  vp->p, 3);
110 }
111
112 static void sol_load_edge(FILE *fin, struct s_edge *ep)
113 {
114     get_index(fin, &ep->vi);
115     get_index(fin, &ep->vj);
116 }
117
118 static void sol_load_side(FILE *fin, struct s_side *sp)
119 {
120     get_array(fin,  sp->n, 3);
121     get_float(fin, &sp->d);
122 }
123
124 static void sol_load_texc(FILE *fin, struct s_texc *tp)
125 {
126     get_array(fin,  tp->u, 2);
127 }
128
129 static void sol_load_geom(FILE *fin, struct s_geom *gp)
130 {
131     get_index(fin, &gp->mi);
132     get_index(fin, &gp->ti);
133     get_index(fin, &gp->si);
134     get_index(fin, &gp->vi);
135     get_index(fin, &gp->tj);
136     get_index(fin, &gp->sj);
137     get_index(fin, &gp->vj);
138     get_index(fin, &gp->tk);
139     get_index(fin, &gp->sk);
140     get_index(fin, &gp->vk);
141 }
142
143 static void sol_load_lump(FILE *fin, struct s_lump *lp)
144 {
145     get_index(fin, &lp->fl);
146     get_index(fin, &lp->v0);
147     get_index(fin, &lp->vc);
148     get_index(fin, &lp->e0);
149     get_index(fin, &lp->ec);
150     get_index(fin, &lp->g0);
151     get_index(fin, &lp->gc);
152     get_index(fin, &lp->s0);
153     get_index(fin, &lp->sc);
154 }
155
156 static void sol_load_node(FILE *fin, struct s_node *np)
157 {
158     get_index(fin, &np->si);
159     get_index(fin, &np->ni);
160     get_index(fin, &np->nj);
161     get_index(fin, &np->l0);
162     get_index(fin, &np->lc);
163 }
164
165 static void sol_load_path(FILE *fin, struct s_path *pp)
166 {
167     get_array(fin,  pp->p, 3);
168     get_float(fin, &pp->t);
169     get_index(fin, &pp->pi);
170     get_index(fin, &pp->f);
171 }
172
173 static void sol_load_body(FILE *fin, struct s_body *bp)
174 {
175     get_index(fin, &bp->pi);
176     get_index(fin, &bp->ni);
177     get_index(fin, &bp->l0);
178     get_index(fin, &bp->lc);
179     get_index(fin, &bp->g0);
180     get_index(fin, &bp->gc);
181 }
182
183 static void sol_load_coin(FILE *fin, struct s_coin *cp)
184 {
185     get_array(fin,  cp->p, 3);
186     get_index(fin, &cp->n);
187 }
188
189 static void sol_load_goal(FILE *fin, struct s_goal *zp)
190 {
191     get_array(fin,  zp->p, 3);
192     get_float(fin, &zp->r);
193     get_index(fin, &zp->s);
194     get_index(fin, &zp->c);
195 }
196
197 static void sol_load_swch(FILE *fin, struct s_swch *xp)
198 {
199     get_array(fin,  xp->p, 3);
200     get_float(fin, &xp->r);
201     get_index(fin, &xp->pi);
202     get_float(fin, &xp->t0);
203     get_float(fin, &xp->t);
204     get_index(fin, &xp->f0);
205     get_index(fin, &xp->f);
206     get_index(fin, &xp->i);
207 }
208
209 static void sol_load_bill(FILE *fin, struct s_bill *rp)
210 {
211     get_index(fin, &rp->fl);
212     get_index(fin, &rp->mi);
213     get_float(fin, &rp->t);
214     get_float(fin, &rp->d);
215     get_array(fin,  rp->w,  3);
216     get_array(fin,  rp->h,  3);
217     get_array(fin,  rp->rx, 3);
218     get_array(fin,  rp->ry, 3);
219     get_array(fin,  rp->rz, 3);
220 }
221
222 static void sol_load_jump(FILE *fin, struct s_jump *jp)
223 {
224     get_array(fin,  jp->p, 3);
225     get_array(fin,  jp->q, 3);
226     get_float(fin, &jp->r);
227 }
228
229 static void sol_load_ball(FILE *fin, struct s_ball *bp)
230 {
231     get_array(fin,  bp->e[0], 3);
232     get_array(fin,  bp->e[1], 3);
233     get_array(fin,  bp->e[2], 3);
234     get_array(fin,  bp->p,    3);
235     get_float(fin, &bp->r);
236     get_float(fin, &bp->a);
237 }
238
239 static void sol_load_view(FILE *fin, struct s_view *wp)
240 {
241     get_array(fin,  wp->p, 3);
242     get_array(fin,  wp->q, 3);
243 }
244
245 static int sol_load_file(FILE *fin, struct s_file *fp)
246 {
247     int i;
248     int magic;
249     int version;
250
251     get_index(fin, &magic);
252     get_index(fin, &version);
253
254     if (magic != MAGIC || version != SOL_VERSION)
255         return 0;
256
257     get_index(fin, &fp->mc);
258     get_index(fin, &fp->vc);
259     get_index(fin, &fp->ec);
260     get_index(fin, &fp->sc);
261     get_index(fin, &fp->tc);
262     get_index(fin, &fp->gc);
263     get_index(fin, &fp->lc);
264     get_index(fin, &fp->nc);
265     get_index(fin, &fp->pc);
266     get_index(fin, &fp->bc);
267     get_index(fin, &fp->cc);
268     get_index(fin, &fp->zc);
269     get_index(fin, &fp->jc);
270     get_index(fin, &fp->xc);
271     get_index(fin, &fp->rc);
272     get_index(fin, &fp->uc);
273     get_index(fin, &fp->wc);
274     get_index(fin, &fp->ic);
275     get_index(fin, &fp->ac);
276
277     if (fp->mc)
278         fp->mv = (struct s_mtrl *) calloc(fp->mc, sizeof (struct s_mtrl));
279     if (fp->vc)
280         fp->vv = (struct s_vert *) calloc(fp->vc, sizeof (struct s_vert));
281     if (fp->ec)
282         fp->ev = (struct s_edge *) calloc(fp->ec, sizeof (struct s_edge));
283     if (fp->sc)
284         fp->sv = (struct s_side *) calloc(fp->sc, sizeof (struct s_side));
285     if (fp->tc)
286         fp->tv = (struct s_texc *) calloc(fp->tc, sizeof (struct s_texc));
287     if (fp->gc)
288         fp->gv = (struct s_geom *) calloc(fp->gc, sizeof (struct s_geom));
289     if (fp->lc)
290         fp->lv = (struct s_lump *) calloc(fp->lc, sizeof (struct s_lump));
291     if (fp->nc)
292         fp->nv = (struct s_node *) calloc(fp->nc, sizeof (struct s_node));
293     if (fp->pc)
294         fp->pv = (struct s_path *) calloc(fp->pc, sizeof (struct s_path));
295     if (fp->bc)
296         fp->bv = (struct s_body *) calloc(fp->bc, sizeof (struct s_body));
297     if (fp->cc)
298         fp->cv = (struct s_coin *) calloc(fp->cc, sizeof (struct s_coin));
299     if (fp->zc)
300         fp->zv = (struct s_goal *) calloc(fp->zc, sizeof (struct s_goal));
301     if (fp->jc)
302         fp->jv = (struct s_jump *) calloc(fp->jc, sizeof (struct s_jump));
303     if (fp->xc)
304         fp->xv = (struct s_swch *) calloc(fp->xc, sizeof (struct s_swch));
305     if (fp->rc)
306         fp->rv = (struct s_bill *) calloc(fp->rc, sizeof (struct s_bill));
307     if (fp->uc)
308         fp->uv = (struct s_ball *) calloc(fp->uc, sizeof (struct s_ball));
309     if (fp->wc)
310         fp->wv = (struct s_view *) calloc(fp->wc, sizeof (struct s_view));
311     if (fp->ic)
312         fp->iv = (int           *) calloc(fp->ic, sizeof (int));
313     if (fp->ac)
314         fp->av = (char          *) calloc(fp->ac, sizeof (char));
315
316     for (i = 0; i < fp->mc; i++) sol_load_mtrl(fin, fp->mv + i);
317     for (i = 0; i < fp->vc; i++) sol_load_vert(fin, fp->vv + i);
318     for (i = 0; i < fp->ec; i++) sol_load_edge(fin, fp->ev + i);
319     for (i = 0; i < fp->sc; i++) sol_load_side(fin, fp->sv + i);
320     for (i = 0; i < fp->tc; i++) sol_load_texc(fin, fp->tv + i);
321     for (i = 0; i < fp->gc; i++) sol_load_geom(fin, fp->gv + i);
322     for (i = 0; i < fp->lc; i++) sol_load_lump(fin, fp->lv + i);
323     for (i = 0; i < fp->nc; i++) sol_load_node(fin, fp->nv + i);
324     for (i = 0; i < fp->pc; i++) sol_load_path(fin, fp->pv + i);
325     for (i = 0; i < fp->bc; i++) sol_load_body(fin, fp->bv + i);
326     for (i = 0; i < fp->cc; i++) sol_load_coin(fin, fp->cv + i);
327     for (i = 0; i < fp->zc; i++) sol_load_goal(fin, fp->zv + i);
328     for (i = 0; i < fp->jc; i++) sol_load_jump(fin, fp->jv + i);
329     for (i = 0; i < fp->xc; i++) sol_load_swch(fin, fp->xv + i);
330     for (i = 0; i < fp->rc; i++) sol_load_bill(fin, fp->rv + i);
331     for (i = 0; i < fp->uc; i++) sol_load_ball(fin, fp->uv + i);
332     for (i = 0; i < fp->wc; i++) sol_load_view(fin, fp->wv + i);
333     for (i = 0; i < fp->ic; i++) get_index(fin, fp->iv + i);
334
335     if (fp->ac) fread(fp->av, 1, fp->ac, fin);
336
337     return 1;
338 }
339
340 int sol_load_only_file(struct s_file *fp, const char *filename)
341 {
342     FILE *fin;
343     int res = 0;
344
345     if ((fin = fopen(filename, FMODE_RB)))
346     {
347         res = sol_load_file(fin, fp);
348         fclose(fin);
349     }
350     return res;
351 }
352
353 /*---------------------------------------------------------------------------*/
354
355 static void sol_stor_mtrl(FILE *fout, struct s_mtrl *mp)
356 {
357     put_array(fout,  mp->a, 4);
358     put_array(fout,  mp->d, 4);
359     put_array(fout,  mp->s, 4);
360     put_array(fout,  mp->e, 4);
361     put_array(fout,  mp->h, 1);
362     put_index(fout, &mp->fl);
363
364     fwrite(mp->f, 1, PATHMAX, fout);
365 }
366
367 static void sol_stor_vert(FILE *fout, struct s_vert *vp)
368 {
369     put_array(fout,  vp->p, 3);
370 }
371
372 static void sol_stor_edge(FILE *fout, struct s_edge *ep)
373 {
374     put_index(fout, &ep->vi);
375     put_index(fout, &ep->vj);
376 }
377
378 static void sol_stor_side(FILE *fout, struct s_side *sp)
379 {
380     put_array(fout,  sp->n, 3);
381     put_float(fout, &sp->d);
382 }
383
384 static void sol_stor_texc(FILE *fout, struct s_texc *tp)
385 {
386     put_array(fout,  tp->u, 2);
387 }
388
389 static void sol_stor_geom(FILE *fout, struct s_geom *gp)
390 {
391     put_index(fout, &gp->mi);
392     put_index(fout, &gp->ti);
393     put_index(fout, &gp->si);
394     put_index(fout, &gp->vi);
395     put_index(fout, &gp->tj);
396     put_index(fout, &gp->sj);
397     put_index(fout, &gp->vj);
398     put_index(fout, &gp->tk);
399     put_index(fout, &gp->sk);
400     put_index(fout, &gp->vk);
401 }
402
403 static void sol_stor_lump(FILE *fout, struct s_lump *lp)
404 {
405     put_index(fout, &lp->fl);
406     put_index(fout, &lp->v0);
407     put_index(fout, &lp->vc);
408     put_index(fout, &lp->e0);
409     put_index(fout, &lp->ec);
410     put_index(fout, &lp->g0);
411     put_index(fout, &lp->gc);
412     put_index(fout, &lp->s0);
413     put_index(fout, &lp->sc);
414 }
415
416 static void sol_stor_node(FILE *fout, struct s_node *np)
417 {
418     put_index(fout, &np->si);
419     put_index(fout, &np->ni);
420     put_index(fout, &np->nj);
421     put_index(fout, &np->l0);
422     put_index(fout, &np->lc);
423 }
424
425 static void sol_stor_path(FILE *fout, struct s_path *pp)
426 {
427     put_array(fout,  pp->p, 3);
428     put_float(fout, &pp->t);
429     put_index(fout, &pp->pi);
430     put_index(fout, &pp->f);
431 }
432
433 static void sol_stor_body(FILE *fout, struct s_body *bp)
434 {
435     put_index(fout, &bp->pi);
436     put_index(fout, &bp->ni);
437     put_index(fout, &bp->l0);
438     put_index(fout, &bp->lc);
439     put_index(fout, &bp->g0);
440     put_index(fout, &bp->gc);
441 }
442
443 static void sol_stor_coin(FILE *fout, struct s_coin *cp)
444 {
445     put_array(fout,  cp->p, 3);
446     put_index(fout, &cp->n);
447 }
448
449 static void sol_stor_goal(FILE *fout, struct s_goal *zp)
450 {
451     put_array(fout,  zp->p, 3);
452     put_float(fout, &zp->r);
453     put_index(fout, &zp->s);
454     put_index(fout, &zp->c);
455 }
456
457 static void sol_stor_swch(FILE *fout, struct s_swch *xp)
458 {
459     put_array(fout,  xp->p, 3);
460     put_float(fout, &xp->r);
461     put_index(fout, &xp->pi);
462     put_float(fout, &xp->t0);
463     put_float(fout, &xp->t);
464     put_index(fout, &xp->f0);
465     put_index(fout, &xp->f);
466     put_index(fout, &xp->i);
467 }
468
469 static void sol_stor_bill(FILE *fout, struct s_bill *rp)
470 {
471     put_index(fout, &rp->fl);
472     put_index(fout, &rp->mi);
473     put_float(fout, &rp->t);
474     put_float(fout, &rp->d);
475     put_array(fout,  rp->w,  3);
476     put_array(fout,  rp->h,  3);
477     put_array(fout,  rp->rx, 3);
478     put_array(fout,  rp->ry, 3);
479     put_array(fout,  rp->rz, 3);
480 }
481
482 static void sol_stor_jump(FILE *fout, struct s_jump *jp)
483 {
484     put_array(fout,  jp->p, 3);
485     put_array(fout,  jp->q, 3);
486     put_float(fout, &jp->r);
487 }
488
489 static void sol_stor_ball(FILE *fout, struct s_ball *bp)
490 {
491     put_array(fout,  bp->e[0], 3);
492     put_array(fout,  bp->e[1], 3);
493     put_array(fout,  bp->e[2], 3);
494     put_array(fout,  bp->p,    3);
495     put_float(fout, &bp->r);
496     put_float(fout, &bp->a);
497 }
498
499 static void sol_stor_view(FILE *fout, struct s_view *wp)
500 {
501     put_array(fout,  wp->p, 3);
502     put_array(fout,  wp->q, 3);
503 }
504
505 static void sol_stor_file(FILE *fin, struct s_file *fp)
506 {
507     int i;
508     int magic   = MAGIC;
509     int version = SOL_VERSION;
510
511     put_index(fin, &magic);
512     put_index(fin, &version);
513
514     put_index(fin, &fp->mc);
515     put_index(fin, &fp->vc);
516     put_index(fin, &fp->ec);
517     put_index(fin, &fp->sc);
518     put_index(fin, &fp->tc);
519     put_index(fin, &fp->gc);
520     put_index(fin, &fp->lc);
521     put_index(fin, &fp->nc);
522     put_index(fin, &fp->pc);
523     put_index(fin, &fp->bc);
524     put_index(fin, &fp->cc);
525     put_index(fin, &fp->zc);
526     put_index(fin, &fp->jc);
527     put_index(fin, &fp->xc);
528     put_index(fin, &fp->rc);
529     put_index(fin, &fp->uc);
530     put_index(fin, &fp->wc);
531     put_index(fin, &fp->ic);
532     put_index(fin, &fp->ac);
533
534     for (i = 0; i < fp->mc; i++) sol_stor_mtrl(fin, fp->mv + i);
535     for (i = 0; i < fp->vc; i++) sol_stor_vert(fin, fp->vv + i);
536     for (i = 0; i < fp->ec; i++) sol_stor_edge(fin, fp->ev + i);
537     for (i = 0; i < fp->sc; i++) sol_stor_side(fin, fp->sv + i);
538     for (i = 0; i < fp->tc; i++) sol_stor_texc(fin, fp->tv + i);
539     for (i = 0; i < fp->gc; i++) sol_stor_geom(fin, fp->gv + i);
540     for (i = 0; i < fp->lc; i++) sol_stor_lump(fin, fp->lv + i);
541     for (i = 0; i < fp->nc; i++) sol_stor_node(fin, fp->nv + i);
542     for (i = 0; i < fp->pc; i++) sol_stor_path(fin, fp->pv + i);
543     for (i = 0; i < fp->bc; i++) sol_stor_body(fin, fp->bv + i);
544     for (i = 0; i < fp->cc; i++) sol_stor_coin(fin, fp->cv + i);
545     for (i = 0; i < fp->zc; i++) sol_stor_goal(fin, fp->zv + i);
546     for (i = 0; i < fp->jc; i++) sol_stor_jump(fin, fp->jv + i);
547     for (i = 0; i < fp->xc; i++) sol_stor_swch(fin, fp->xv + i);
548     for (i = 0; i < fp->rc; i++) sol_stor_bill(fin, fp->rv + i);
549     for (i = 0; i < fp->uc; i++) sol_stor_ball(fin, fp->uv + i);
550     for (i = 0; i < fp->wc; i++) sol_stor_view(fin, fp->wv + i);
551     for (i = 0; i < fp->ic; i++) put_index(fin, fp->iv + i);
552
553     fwrite(fp->av, 1, fp->ac, fin);
554 }
555
556 /*---------------------------------------------------------------------------*/
557
558 int sol_stor(struct s_file *fp, const char *filename)
559 {
560     FILE *fout;
561
562     if ((fout = fopen(filename, FMODE_WB)))
563     {
564         sol_stor_file(fout, fp);
565         fclose(fout);
566
567         return 1;
568     }
569     return 0;
570 }
571
572 void sol_free(struct s_file *fp)
573 {
574     if (fp->mv) free(fp->mv);
575     if (fp->vv) free(fp->vv);
576     if (fp->ev) free(fp->ev);
577     if (fp->sv) free(fp->sv);
578     if (fp->tv) free(fp->tv);
579     if (fp->gv) free(fp->gv);
580     if (fp->lv) free(fp->lv);
581     if (fp->nv) free(fp->nv);
582     if (fp->pv) free(fp->pv);
583     if (fp->bv) free(fp->bv);
584     if (fp->cv) free(fp->cv);
585     if (fp->zv) free(fp->zv);
586     if (fp->jv) free(fp->jv);
587     if (fp->xv) free(fp->xv);
588     if (fp->rv) free(fp->rv);
589     if (fp->uv) free(fp->uv);
590     if (fp->wv) free(fp->wv);
591     if (fp->av) free(fp->av);
592     if (fp->iv) free(fp->iv);
593
594     memset(fp, 0, sizeof (struct s_file));
595 }
596
597 /*---------------------------------------------------------------------------*/
598 /* Solves (p + v * t) . (p + v * t) == r * r for smallest t.                 */
599
600 static float v_sol(const float p[3], const float v[3], float r)
601 {
602     float a = v_dot(v, v);
603     float b = v_dot(v, p) * 2.0f;
604     float c = v_dot(p, p) - r * r;
605     float d = b * b - 4.0f * a * c;
606
607     if (a == 0.0f) return LARGE;
608     if (d <  0.0f) return LARGE;
609
610     if (d == 0.0f)
611         return -b * 0.5f / a;
612     else
613     {
614         float t0 = 0.5f * (-b - fsqrtf(d)) / a;
615         float t1 = 0.5f * (-b + fsqrtf(d)) / a;
616         float t  = (t0 < t1) ? t0 : t1;
617
618         return (t < 0.0f) ? LARGE : t;
619     }
620 }
621
622 /*---------------------------------------------------------------------------*/
623
624 /*
625  * Compute the  earliest time  and position of  the intersection  of a
626  * sphere and a vertex.
627  *
628  * The sphere has radius R and moves along vector V from point P.  The
629  * vertex moves  along vector  W from point  Q in a  coordinate system
630  * based at O.
631  */
632 static float v_vert(float Q[3],
633                     const float o[3],
634                     const float q[3],
635                     const float w[3],
636                     const float p[3],
637                     const float v[3], float r)
638 {
639     float O[3], P[3], V[3];
640     float t = LARGE;
641
642     v_add(O, o, q);
643     v_sub(P, p, O);
644     v_sub(V, v, w);
645
646     if (v_dot(P, V) < 0.0f)
647     {
648         t = v_sol(P, V, r);
649
650         if (t < LARGE)
651             v_mad(Q, O, w, t);
652     }
653     return t;
654 }
655
656 /*
657  * Compute the  earliest time  and position of  the intersection  of a
658  * sphere and an edge.
659  *
660  * The sphere has radius R and moves along vector V from point P.  The
661  * edge moves along vector W from point Q in a coordinate system based
662  * at O.  The edge extends along the length of vector U.
663  */
664 static float v_edge(float Q[3],
665                     const float o[3],
666                     const float q[3],
667                     const float u[3],
668                     const float w[3],
669                     const float p[3],
670                     const float v[3], float r)
671 {
672     float d[3], e[3];
673     float P[3], V[3];
674     float du, eu, uu, s, t;
675
676     v_sub(d, p, o);
677     v_sub(d, d, q);
678     v_sub(e, v, w);
679
680     du = v_dot(d, u);
681     eu = v_dot(e, u);
682     uu = v_dot(u, u);
683
684     v_mad(P, d, u, -du / uu);
685     v_mad(V, e, u, -eu / uu);
686
687     t = v_sol(P, V, r);
688     s = (du + eu * t) / uu;
689
690     if (0.0f < t && t < LARGE && 0.0f < s && s < 1.0f)
691     {
692         v_mad(d, o, w, t);
693         v_mad(e, q, u, s);
694         v_add(Q, e, d);
695     }
696     else
697         t = LARGE;
698
699     return t;
700 }
701
702 /*
703  * Compute  the earlist  time and  position of  the intersection  of a
704  * sphere and a plane.
705  *
706  * The sphere has radius R and moves along vector V from point P.  The
707  * plane  oves  along  vector  W.   The  plane has  normal  N  and  is
708  * positioned at distance D from the origin O along that normal.
709  */
710 static float v_side(float Q[3],
711                     const float o[3],
712                     const float w[3],
713                     const float n[3], float d,
714                     const float p[3],
715                     const float v[3], float r)
716 {
717     float vn = v_dot(v, n);
718     float wn = v_dot(w, n);
719     float t  = LARGE;
720
721     if (vn - wn <= 0.0f)
722     {
723         float on = v_dot(o, n);
724         float pn = v_dot(p, n);
725
726         float u = (r + d + on - pn) / (vn - wn);
727         float a = (    d + on - pn) / (vn - wn);
728
729         if (0.0f <= u)
730         {
731             t = u;
732
733             v_mad(Q, p, v, +t);
734             v_mad(Q, Q, n, -r);
735         }
736         else if (0.0f <= a)
737         {
738             t = 0;
739
740             v_mad(Q, p, v, +t);
741             v_mad(Q, Q, n, -r);
742         }
743     }
744     return t;
745 }
746
747 /*---------------------------------------------------------------------------*/
748
749 /*
750  * Compute the new  linear and angular velocities of  a bouncing ball.
751  * Q  gives the  position  of the  point  of impact  and  W gives  the
752  * velocity of the object being impacted.
753  */
754 static float sol_bounce(struct s_ball *up,
755                         const float q[3],
756                         const float w[3], float dt)
757 {
758     const float kb = 1.10f;
759     const float ke = 0.70f;
760     const float km = 0.20f;
761
762     float n[3], r[3], d[3], u[3], vn, wn, xn, yn;
763     float *p = up->p;
764     float *v = up->v;
765
766     /* Find the normal of the impact. */
767
768     v_sub(r, p, q);
769     v_sub(d, v, w);
770     v_nrm(n, r);
771
772     /* Find the new angular velocity. */
773
774     v_crs(up->w, d, r);
775     v_scl(up->w, up->w, -1.0f / (up->r * up->r));
776
777     /* Find the new linear velocity. */
778
779     vn = v_dot(v, n);
780     wn = v_dot(w, n);
781     xn = (vn < 0.0f) ? -vn * ke : vn;
782     yn = (wn > 0.0f) ?  wn * kb : wn;
783
784     v_mad(u, w, n, -wn);
785     v_mad(v, v, n, -vn);
786     v_mad(v, v, u, +km * dt);
787     v_mad(v, v, n, xn + yn);
788
789     v_mad(p, q, n, up->r);
790
791     /* Return the "energy" of the impact, to determine the sound amplitude. */
792
793     return fabsf(v_dot(n, d));
794 }
795
796 /*---------------------------------------------------------------------------*/
797
798 /*
799  * Compute the states of all switches after DT seconds have passed.
800  */
801 static void sol_swch_step(struct s_file *fp, float dt)
802 {
803     int xi;
804
805     for (xi = 0; xi < fp->xc; xi++)
806     {
807         struct s_swch *xp = fp->xv + xi;
808
809         if (xp->t > 0)
810         {
811             xp->t -= dt;
812
813             if (xp->t <= 0)
814             {
815                 int pi = xp->pi;
816                 int pj = xp->pi;
817
818                 do  /* Tortoise and hare cycle traverser. */
819                 {
820                     fp->pv[pi].f = xp->f0;
821                     fp->pv[pj].f = xp->f0;
822
823                     pi = fp->pv[pi].pi;
824                     pj = fp->pv[pj].pi;
825                     pj = fp->pv[pj].pi;
826                 }
827                 while (pi != pj);
828
829                 xp->f = xp->f0;
830             }
831         }
832     }
833 }
834
835 /*
836  * Compute the positions of all bodies after DT seconds have passed.
837  */
838 static void sol_body_step(struct s_file *fp, float dt)
839 {
840     int i;
841
842     for (i = 0; i < fp->bc; i++)
843     {
844         struct s_body *bp = fp->bv + i;
845         struct s_path *pp = fp->pv + bp->pi;
846
847         if (bp->pi >= 0 && pp->f)
848         {
849             bp->t += dt;
850
851             if (bp->t >= pp->t)
852             {
853                 bp->t -= pp->t;
854                 bp->pi = pp->pi;
855             }
856         }
857     }
858 }
859
860 /*
861  * Compute the positions of all balls after DT seconds have passed.
862  */
863 static void sol_ball_step(struct s_file *fp, float dt)
864 {
865     int i;
866
867     for (i = 0; i < fp->uc; i++)
868     {
869         struct s_ball *up = fp->uv + i;
870
871         v_mad(up->p, up->p, up->v, dt);
872
873         if (v_len(up->w) > 0.0f)
874         {
875             float M[16];
876             float w[3];
877             float e[3][3];
878
879             v_nrm(w, up->w);
880             m_rot(M, w, v_len(up->w) * dt);
881
882             m_vxfm(e[0], M, up->e[0]);
883             m_vxfm(e[1], M, up->e[1]);
884             m_vxfm(e[2], M, up->e[2]);
885
886             v_crs(up->e[2], e[0], e[1]);
887             v_crs(up->e[1], e[2], e[0]);
888             v_crs(up->e[0], e[1], e[2]);
889
890             v_nrm(up->e[0], up->e[0]);
891             v_nrm(up->e[1], up->e[1]);
892             v_nrm(up->e[2], up->e[2]);
893         }
894     }
895 }
896
897 /*---------------------------------------------------------------------------*/
898
899 static float sol_test_vert(float dt,
900                            float T[3],
901                            const struct s_ball *up,
902                            const struct s_vert *vp,
903                            const float o[3],
904                            const float w[3])
905 {
906     return v_vert(T, o, vp->p, w, up->p, up->v, up->r);
907 }
908
909 static float sol_test_edge(float dt,
910                            float T[3],
911                            const struct s_ball *up,
912                            const struct s_file *fp,
913                            const struct s_edge *ep,
914                            const float o[3],
915                            const float w[3])
916 {
917     float q[3];
918     float u[3];
919
920     v_cpy(q, fp->vv[ep->vi].p);
921     v_sub(u, fp->vv[ep->vj].p,
922           fp->vv[ep->vi].p);
923
924     return v_edge(T, o, q, u, w, up->p, up->v, up->r);
925 }
926
927 static float sol_test_side(float dt,
928                            float T[3],
929                            const struct s_ball *up,
930                            const struct s_file *fp,
931                            const struct s_lump *lp,
932                            const struct s_side *sp,
933                            const float o[3],
934                            const float w[3])
935 {
936     float t = v_side(T, o, w, sp->n, sp->d, up->p, up->v, up->r);
937     int i;
938
939     if (t < dt)
940         for (i = 0; i < lp->sc; i++)
941         {
942             const struct s_side *sq = fp->sv + fp->iv[lp->s0 + i];
943
944             if (sp != sq &&
945                 v_dot(T, sq->n) -
946                 v_dot(o, sq->n) -
947                 v_dot(w, sq->n) * t > sq->d)
948                 return LARGE;
949         }
950     return t;
951 }
952
953 /*---------------------------------------------------------------------------*/
954
955 static float sol_test_fore(float dt,
956                            const struct s_ball *up,
957                            const struct s_side *sp,
958                            const float o[3],
959                            const float w[3])
960 {
961     float q[3];
962
963     /* If the ball is not behind the plane, the test passes. */
964
965     v_sub(q, up->p, o);
966
967     if (v_dot(q, sp->n) - sp->d + up->r >= 0)
968         return 1;
969
970     /* if the ball is behind the plane but will hit before dt, test passes. */
971     /*
972       if (v_side(q, o, w, sp->n, sp->d, up->p, up->v, up->r) < dt)
973       return 1;
974     */
975     /* If the ball is behind but moving toward the plane, test passes. */
976
977     if (v_dot(up->v, sp->n) > 0)
978         return 1;
979
980
981     /* Else, test fails. */
982
983     return 0;
984 }
985
986 static float sol_test_back(float dt,
987                            const struct s_ball *up,
988                            const struct s_side *sp,
989                            const float o[3],
990                            const float w[3])
991 {
992     float q[3];
993
994     /* If the ball is not in front of the plane, the test passes. */
995
996     v_sub(q, up->p, o);
997
998     if (v_dot(q, sp->n) - sp->d - up->r <= 0)
999         return 1;
1000
1001     /* if the ball is behind the plane but will hit before dt, test passes. */
1002     /*
1003       if (v_side(q, o, w, sp->n, sp->d, up->p, up->v, up->r) < dt)
1004       return 1;
1005     */
1006     /* If the ball is in front but moving toward the plane, test passes. */
1007
1008     if (v_dot(up->v, sp->n) < 0)
1009         return 1;
1010
1011
1012     /* Else, test fails. */
1013
1014     return 0;
1015 }
1016
1017 /*---------------------------------------------------------------------------*/
1018
1019 static float sol_test_lump(float dt,
1020                            float T[3],
1021                            const struct s_ball *up,
1022                            const struct s_file *fp,
1023                            const struct s_lump *lp,
1024                            const float o[3],
1025                            const float w[3])
1026 {
1027     float U[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f}; /* init value only to avoid gcc warnings */
1028     float u, t = dt;
1029     int i;
1030
1031     /* Short circuit a non-solid lump. */
1032
1033     if (lp->fl & L_DETAIL) return t;
1034
1035     /* Test all verts */
1036
1037     if (up->r > 0.0f)
1038         for (i = 0; i < lp->vc; i++)
1039         {
1040             const struct s_vert *vp = fp->vv + fp->iv[lp->v0 + i];
1041
1042             if ((u = sol_test_vert(t, U, up, vp, o, w)) < t)
1043             {
1044                 v_cpy(T, U);
1045                 t = u;
1046             }
1047         }
1048
1049     /* Test all edges */
1050
1051     if (up->r > 0.0f)
1052         for (i = 0; i < lp->ec; i++)
1053         {
1054             const struct s_edge *ep = fp->ev + fp->iv[lp->e0 + i];
1055
1056             if ((u = sol_test_edge(t, U, up, fp, ep, o, w)) < t)
1057             {
1058                 v_cpy(T, U);
1059                 t = u;
1060             }
1061         }
1062
1063     /* Test all sides */
1064
1065     for (i = 0; i < lp->sc; i++)
1066     {
1067         const struct s_side *sp = fp->sv + fp->iv[lp->s0 + i];
1068
1069         if ((u = sol_test_side(t, U, up, fp, lp, sp, o, w)) < t)
1070         {
1071             v_cpy(T, U);
1072             t = u;
1073         }
1074     }
1075     return t;
1076 }
1077
1078 static float sol_test_node(float dt,
1079                            float T[3],
1080                            const struct s_ball *up,
1081                            const struct s_file *fp,
1082                            const struct s_node *np,
1083                            const float o[3],
1084                            const float w[3])
1085 {
1086     float U[3], u, t = dt;
1087     int i;
1088
1089     /* Test all lumps */
1090
1091     for (i = 0; i < np->lc; i++)
1092     {
1093         const struct s_lump *lp = fp->lv + np->l0 + i;
1094
1095         if ((u = sol_test_lump(t, U, up, fp, lp, o, w)) < t)
1096         {
1097             v_cpy(T, U);
1098             t = u;
1099         }
1100     }
1101
1102     /* Test in front of this node */
1103
1104     if (np->ni >= 0 && sol_test_fore(t, up, fp->sv + np->si, o, w))
1105     {
1106         const struct s_node *nq = fp->nv + np->ni;
1107
1108         if ((u = sol_test_node(t, U, up, fp, nq, o, w)) < t)
1109         {
1110             v_cpy(T, U);
1111             t = u;
1112         }
1113     }
1114
1115     /* Test behind this node */
1116
1117     if (np->nj >= 0 && sol_test_back(t, up, fp->sv + np->si, o, w))
1118     {
1119         const struct s_node *nq = fp->nv + np->nj;
1120
1121         if ((u = sol_test_node(t, U, up, fp, nq, o, w)) < t)
1122         {
1123             v_cpy(T, U);
1124             t = u;
1125         }
1126     }
1127
1128     return t;
1129 }
1130
1131 static float sol_test_body(float dt,
1132                            float T[3], float V[3],
1133                            const struct s_ball *up,
1134                            const struct s_file *fp,
1135                            const struct s_body *bp)
1136 {
1137     float U[3], O[3], W[3], u, t = dt;
1138
1139     const struct s_node *np = fp->nv + bp->ni;
1140
1141     sol_body_p(O, fp, bp);
1142     sol_body_v(W, fp, bp);
1143
1144     if ((u = sol_test_node(t, U, up, fp, np, O, W)) < t)
1145     {
1146         v_cpy(T, U);
1147         v_cpy(V, W);
1148         t = u;
1149     }
1150     return t;
1151 }
1152
1153 static float sol_test_file(float dt,
1154                            float T[3], float V[3],
1155                            const struct s_ball *up,
1156                            const struct s_file *fp)
1157 {
1158     float U[3], W[3], u, t = dt;
1159     int i;
1160
1161     for (i = 0; i < fp->bc; i++)
1162     {
1163         const struct s_body *bp = fp->bv + i;
1164
1165         if ((u = sol_test_body(t, U, W, up, fp, bp)) < t)
1166         {
1167             v_cpy(T, U);
1168             v_cpy(V, W);
1169             t = u;
1170         }
1171     }
1172     return t;
1173 }
1174
1175 /*---------------------------------------------------------------------------*/
1176
1177 /*
1178  * Step the physics forward DT  seconds under the influence of gravity
1179  * vector G.  If the ball gets pinched between two moving solids, this
1180  * loop might not terminate.  It  is better to do something physically
1181  * impossible than  to lock up the game.   So, if we make  more than C
1182  * iterations, punt it.
1183  */
1184
1185 float sol_step(struct s_file *fp, const float *g, float dt, int ui, int *m)
1186 {
1187     float P[3], V[3], v[3], r[3], d, e, nt, b = 0.0f, tt = dt;
1188     int c = 16;
1189
1190     if (ui < fp->uc)
1191     {
1192         struct s_ball *up = fp->uv + ui;
1193
1194         /* If the ball is in contact with a surface, apply friction. */
1195
1196         v_cpy(v, up->v);
1197         v_cpy(up->v, g);
1198
1199         if (m && sol_test_file(tt, P, V, up, fp) < 0.0005f)
1200         {
1201             v_cpy(up->v, v);
1202             v_sub(r, P, up->p);
1203
1204             if ((d = v_dot(r, g) / (v_len(r) * v_len(g))) > 0.999f)
1205             {
1206                 if ((e = (v_len(up->v) - dt)) > 0.0f)
1207                 {
1208                     /* Scale the linear velocity. */
1209
1210                     v_nrm(up->v, up->v);
1211                     v_scl(up->v, up->v, e);
1212
1213                     /* Scale the angular velocity. */
1214
1215                     v_sub(v, V, up->v);
1216                     v_crs(up->w, v, r);
1217                     v_scl(up->w, up->w, -1.0f / (up->r * up->r));
1218                 }
1219                 else
1220                 {
1221                     /* Friction has brought the ball to a stop. */
1222
1223                     up->v[0] = 0.0f;
1224                     up->v[1] = 0.0f;
1225                     up->v[2] = 0.0f;
1226
1227                     (*m)++;
1228                 }
1229             }
1230             else v_mad(up->v, v, g, tt);
1231         }
1232         else v_mad(up->v, v, g, tt);
1233
1234         /* Test for collision. */
1235
1236         while (c > 0 && tt > 0 && tt > (nt = sol_test_file(tt, P, V, up, fp)))
1237         {
1238             sol_body_step(fp, nt);
1239             sol_swch_step(fp, nt);
1240             sol_ball_step(fp, nt);
1241
1242             tt -= nt;
1243
1244             if (b < (d = sol_bounce(up, P, V, nt)))
1245                 b = d;
1246
1247             c--;
1248         }
1249
1250         sol_body_step(fp, tt);
1251         sol_swch_step(fp, tt);
1252         sol_ball_step(fp, tt);
1253     }
1254     return b;
1255 }
1256
1257 /*---------------------------------------------------------------------------*/
1258
1259 int sol_coin_test(struct s_file *fp, float *p, float coin_r)
1260 {
1261     const float *ball_p = fp->uv->p;
1262     const float  ball_r = fp->uv->r;
1263     int ci, n;
1264
1265     for (ci = 0; ci < fp->cc; ci++)
1266     {
1267         float r[3];
1268
1269         r[0] = ball_p[0] - fp->cv[ci].p[0];
1270         r[1] = ball_p[1] - fp->cv[ci].p[1];
1271         r[2] = ball_p[2] - fp->cv[ci].p[2];
1272
1273         if (fp->cv[ci].n > 0 && v_len(r) < ball_r + coin_r)
1274         {
1275             p[0] = fp->cv[ci].p[0];
1276             p[1] = fp->cv[ci].p[1];
1277             p[2] = fp->cv[ci].p[2];
1278
1279             n = fp->cv[ci].n;
1280             fp->cv[ci].n = 0;
1281
1282             return n;
1283         }
1284     }
1285     return 0;
1286 }
1287
1288 struct s_goal *sol_goal_test(struct s_file *fp, float *p, int ui)
1289 {
1290     const float *ball_p = fp->uv[ui].p;
1291     const float  ball_r = fp->uv[ui].r;
1292     int zi;
1293
1294     for (zi = 0; zi < fp->zc; zi++)
1295     {
1296         float r[3];
1297
1298         r[0] = ball_p[0] - fp->zv[zi].p[0];
1299         r[1] = ball_p[2] - fp->zv[zi].p[2];
1300         r[2] = 0;
1301
1302         if (v_len(r) < fp->zv[zi].r * 1.1 - ball_r &&
1303             ball_p[1] > fp->zv[zi].p[1] &&
1304             ball_p[1] < fp->zv[zi].p[1] + GOAL_HEIGHT / 2)
1305         {
1306             p[0] = fp->zv[zi].p[0];
1307             p[1] = fp->zv[zi].p[1];
1308             p[2] = fp->zv[zi].p[2];
1309
1310             return &fp->zv[zi];
1311         }
1312     }
1313     return NULL;
1314 }
1315
1316 int sol_jump_test(struct s_file *fp, float *p, int ui)
1317 /* Test if the ball ui is inside a jump. */
1318 /* Return 1 if yes and fill p with the destination position. */
1319 /* Return 0 if no. */
1320 /* Return 2 if the ball is on the border of a jump. */
1321 {
1322     const float *ball_p = fp->uv[ui].p;
1323     const float  ball_r = fp->uv[ui].r;
1324     int ji;
1325     float l;
1326     int res = 0;
1327
1328     for (ji = 0; ji < fp->jc; ji++)
1329     {
1330         float r[3];
1331
1332         r[0] = ball_p[0] - fp->jv[ji].p[0];
1333         r[1] = ball_p[2] - fp->jv[ji].p[2];
1334         r[2] = 0;
1335
1336         l = v_len(r) - fp->jv[ji].r;
1337         if (l < 0 &&
1338             ball_p[1] > fp->jv[ji].p[1] &&
1339             ball_p[1] < fp->jv[ji].p[1] + JUMP_HEIGHT / 2)
1340         {
1341             if (l < - ball_r )
1342             {
1343                 p[0] = fp->jv[ji].q[0] + (ball_p[0] - fp->jv[ji].p[0]);
1344                 p[1] = fp->jv[ji].q[1] + (ball_p[1] - fp->jv[ji].p[1]);
1345                 p[2] = fp->jv[ji].q[2] + (ball_p[2] - fp->jv[ji].p[2]);
1346
1347                 return 1;
1348             }
1349             else
1350                 res = 2;
1351         }
1352     }
1353     return res;
1354 }
1355
1356 int sol_swch_test(struct s_file *fp, int ui)
1357 /* In the SOL fp, test and process the event the ball ui enters a switch.
1358  * Return 1 if a visible switch is activated, return 0 otherwise (no switch is
1359  * activated or only invisible switchs) */
1360 {
1361     const float *ball_p = fp->uv[ui].p;
1362     const float  ball_r = fp->uv[ui].r;
1363     int xi;
1364     float l;
1365     int res = 0; /* result */
1366
1367     for (xi = 0; xi < fp->xc; xi++)
1368     {
1369         struct s_swch *xp = fp->xv + xi;
1370
1371         if (xp->t0 == 0 || xp->f == xp->f0)
1372         {
1373             float r[3];
1374
1375             r[0] = ball_p[0] - xp->p[0];
1376             r[1] = ball_p[2] - xp->p[2];
1377             r[2] = 0;
1378
1379             l = v_len(r) - xp->r;
1380             if (l < ball_r &&
1381                 ball_p[1] > xp->p[1] &&
1382                 ball_p[1] < xp->p[1] + SWCH_HEIGHT / 2)
1383             {
1384                 if (!xp->e && l < - ball_r)
1385                 {
1386                     int pi = xp->pi;
1387                     int pj = xp->pi;
1388
1389                     /* The ball enter */
1390                     if (xp->t0 == 0)
1391                         xp->e = 1;
1392
1393                     /* Toggle the state, update the path. */
1394
1395                     xp->f = xp->f ? 0 : 1;
1396
1397                     do  /* Tortoise and hare cycle traverser. */
1398                     {
1399                         fp->pv[pi].f = xp->f;
1400                         fp->pv[pj].f = xp->f;
1401
1402                         pi = fp->pv[pi].pi;
1403                         pj = fp->pv[pj].pi;
1404                         pj = fp->pv[pj].pi;
1405                     }
1406                     while (pi != pj);
1407
1408                     /* It toggled to non-default state, start the timer. */
1409
1410                     if (xp->f != xp->f0)
1411                         xp->t  = xp->t0;
1412
1413                     /* If visible, set the result */
1414                     if (!xp->i)
1415                         res = 1;
1416                 }
1417             }
1418             else if (xp->e)
1419                 /* A ball go out */
1420                 xp->e = 0;
1421         }
1422     }
1423     return res;
1424 }
1425
1426 /*---------------------------------------------------------------------------*/
1427
1428 void put_file_state(FILE *fout, struct s_file *fp)
1429 {
1430     /* Write the position and orientation of the ball. */
1431
1432     put_array(fout, fp->uv[0].p,    3);
1433     put_array(fout, fp->uv[0].e[0], 3);
1434     put_array(fout, fp->uv[0].e[1], 3);
1435 }
1436
1437 void get_file_state(FILE *fin, struct s_file *fp)
1438 {
1439     /* Read the position and orientation of the ball. */
1440
1441     get_array(fin, fp->uv[0].p,    3);
1442     get_array(fin, fp->uv[0].e[0], 3);
1443     get_array(fin, fp->uv[0].e[1], 3);
1444
1445     /* Compute the 3rd vector of the ball orientatian basis. */
1446
1447     v_crs(fp->uv[0].e[2], fp->uv[0].e[0], fp->uv[0].e[1]);
1448 }
1449
1450 /*---------------------------------------------------------------------------*/
1451