//-----------------------------------------------------------------------------
// Fraktaly v pocitacove grafice
// Ukazkovy priklad cislo 13.2
// Autor: Pavel Tisnovsky
//
// Vykresleni Mandelbrotovy mnoziny s barvovou paletou graficke karty VGA.
// Pixmapu s vykreslenym fraktalem je mozne ulozit do souboru ve formatu TGA
// pomoci klavesove zkratky [S].
// Ukonceni aplikace se provede klavesou [Esc] nebo klavesou [Q].
//-----------------------------------------------------------------------------
#ifdef __BORLANDC__
#include <windows.h>
#endif
#include <GL/glut.h> // hlavickovy soubor funkci GLUTu a OpenGL
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#define WINDOW_TITLE "Fraktaly 13.2" // titulek okna
#define WINDOW_WIDTH 512 // pocatecni velikost okna
#define WINDOW_HEIGHT 512
#define FILE_NAME "fraktaly132.tga" // jmeno souboru pro ulozeni pixmapy
#define PIXMAP_WIDTH 512 // sirka pixmapy
#define PIXMAP_HEIGHT 512 // vyska pixmapy
typedef struct { // struktura popisujici pixmapu
unsigned int width;
unsigned int height;
unsigned char *pixels;
} pixmap;
pixmap *pix;
int maxiter=128; // maximalni pocet iteraci
// hranice obrazce v komplexni rovine
#define MINX -2.0
#define MAXX 2.0
#define MINY -2.0
#define MAXY 2.0
//-----------------------------------------------------------------------------
// Funkce pro vytvoreni pixmapy o zadane velikosti
//-----------------------------------------------------------------------------
pixmap * createPixmap(const unsigned int width, const unsigned int height)
{
pixmap *p=(pixmap *)malloc(sizeof(pixmap)); // alokace struktury pixmapy
if (!p) return NULL;
p->width=width; // naplneni struktury
p->height=height;
p->pixels=(unsigned char *)malloc(3*width*height);
if (!p->pixels) { // alokace pole pro pixely
free(p); // alokace se nepovedla
return NULL;
}
else {
memset(p->pixels, 0, 3*width*height); // smazani pixmapy
}
return p;
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Funkce pro zruseni pixmapy
//-----------------------------------------------------------------------------
void destroyPixmap(pixmap *p)
{
if (p->pixels) free(p->pixels); // uvolnit vlastni pixmapu
if (p) free(p); // i okolni strukturu
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Vymazani pixmapy
//-----------------------------------------------------------------------------
void clearPixmap(const pixmap *p)
{
if (!p) return;
if (!p->pixels) return;
memset(p->pixels, 0, 3*p->width*p->height);
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Funkce pro vykresleni pixmapy do barvoveho bufferu
//-----------------------------------------------------------------------------
void drawPixmap(const pixmap *p)
{
if (!p || !p->pixels) return;
glDrawPixels( // vykresleni pixmapy
p->width, p->height, // sirka a vyska pixmapy
GL_RGB, // format dat pixelu
GL_UNSIGNED_BYTE, // datovy typ kazde barevne slozky
p->pixels); // ukazatel na pamet s barvami pixelu
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Ulozeni pixmapy do externiho souboru
//-----------------------------------------------------------------------------
void savePixmap(const pixmap *p, const char *fileName)
{
FILE *fout;
unsigned int i, j, k;
unsigned char tgaHeader[18]={ // hlavicka formatu typu TGA
0x00, // typ hlavicky TGA
0x00, // nepouzivame paletu
0x02, // typ obrazku je RGB TrueColor
0x00, 0x00, // delka palety je nulova
0x00, 0x00, 0x00, // pozice v palete nas nezajima
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // obrazek je umisteny na pozici [0, 0]
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // sirka a vyska obrazku (dva byty na polozku)
0x18, // format je 24 bitu na pixel
0x20 // orientace bitmapy v obrazku
};
if (!p || !p->pixels) return;
memcpy(tgaHeader+12, &(p->width), 2); // do hlavicky TGA zapsat velikost obrazku
memcpy(tgaHeader+14, &(p->height), 2);
fout=fopen(fileName, "wb");
if (fout) {
fwrite(tgaHeader, 18, 1, fout); // zapsat hlavicku TGA do souboru
for (j=p->height; j; j--) { // radky zapisovat v opacnem poradi
unsigned int yoff=(j-1)*3*p->width; // y-ovy offset v poli
unsigned int xoff=0; // x-ovy offset v poli
for (i=0; i<p->width; i++) { // pro kazdy pixel na radku
for (k=0; k<3; k++) { // prohodit barvy RGB na BGR
fputc(p->pixels[xoff+yoff+2-k], fout); // a zapsat do souboru
}
xoff+=3; // posun na dalsi pixel
}
}
fclose(fout);
}
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Zmena barvy pixelu na zadanych souradnicich
//-----------------------------------------------------------------------------
void putpixel(pixmap *p,
const unsigned int x, // pozice pixelu v pixmape
const unsigned int y,
const unsigned char r, // barva pixelu
const unsigned char g,
const unsigned char b)
{
int pos;
// zde se vyuziva zkraceneho vyhodnoceni vyrazu - pokud plati !p, nic se dale netestuje
if (!p || !p->pixels || x>=p->width || y>=p->height) return;
pos=3*(x+y*p->width);
p->pixels[pos++]=r; // nastaveni barvy pixelu
p->pixels[pos++]=g;
p->pixels[pos]=b;
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Vykresleni pixelu se simulaci sestnactibarevne palety VGA
//-----------------------------------------------------------------------------
void vgaPutpixel(pixmap *pix, int x, int y, int i)
{
static unsigned char pal[16][3]={ // barvova paleta VGA
{ 0, 0, 0},
{ 0, 0,170},
{ 0,170, 0},
{ 0,170,170},
{170, 0, 0},
{170, 0,170},
{170, 85, 0},
{170,170,170},
{ 85, 85, 85},
{ 85, 85,255},
{ 85,255, 85},
{ 85,255,255},
{255, 85, 85},
{255, 85,255},
{255,255, 85},
{255,255,255},
};
i%=16; // opakovani barev
putpixel(pix, x, y, pal[i][0], pal[i][1], pal[i][2]);
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Prekresleni Mandelbrotovy mnoziny
//-----------------------------------------------------------------------------
void recalcMandelbrot( pixmap *pix, // pixmapa pro vykreslovani
int maxiter) // maximalni pocet iteraci
{
double zx, zy, zx2, zy2; // slozky komplexni promenne Z a Z^2
double cx0, cy0;
double cx, cy; // slozky komplexni konstanty C
int x, y; // pocitadla sloupcu a radku v pixmape
int iter; // pocitadlo iteraci
cy0=MINY;
for (y=0; y<pix->height; y++) { // pro vsechny radky v pixmape
cx0=MINX;
for (x=0; x<pix->width; x++) { // pro vsechny pixely na radku
cx=cx0; // nastavit pocatecni hodnotu Z(0)
cy=cy0;
zx=zy=0.0; // bude se pocitat orbit nuly
for (iter=0; iter<maxiter; iter++) {// iteracni smycka
zx2=zx*zx; // zkraceny vypocet druhe mocniny slozek Z
zy2=zy*zy;
if (zx2+zy2>4.0) break; // kontrola prekroceni meze divergence
zy=2.0*zx*zy+cy; // vypocet Z(n+1)
zx=zx2-zy2+cx;
}
vgaPutpixel(pix, x, y, iter); // vykresleni pixelu
cx0+=(MAXX-MINX)/pix->width; // posun na dalsi bod na radku
}
cy0+=(MAXY-MINY)/pix->height; // posun na dalsi radek
}
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Vykresleni retezce na obrazovku
//-----------------------------------------------------------------------------
void drawString(const int x, const int y, // umisteni retezce
const float r, const float g, const float b, // barva pisma
char *str) // ukazatel na retezec
{
char *c;
glColor3f(r, g, b);
glRasterPos2i(x, y);
for (c=str; *c!=0; c++) {
glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_9_BY_15, *c);
}
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Vypis informaci o vykreslovanem fraktalu
//-----------------------------------------------------------------------------
void drawInfo(int maxiter)
{
char str[100];
sprintf(str, "[<][>] maxiter = %d", maxiter);
drawString(11, 15, 0.0, 0.0, 0.0, str);
drawString(10, 16, 1.0, 1.0, 1.0, str);
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Funkce volana pro inicializaci vykreslovani
//-----------------------------------------------------------------------------
void onInit(void)
{
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); // barva pozadi
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1); // mod ulozeni pixelu
pix=createPixmap(PIXMAP_WIDTH, PIXMAP_HEIGHT);
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Nastaveni souradneho systemu v zavislosti na velikosti okna
//-----------------------------------------------------------------------------
void onResize(int w, int h) // argumenty w a h reprezentuji novou velikost okna
{
glViewport(0, 0, w, h); // viditelna oblast pres cele okno
glMatrixMode(GL_PROJECTION); // zacatek modifikace projekcni matice
glLoadIdentity(); // vymazani projekcni matice (=identita)
glOrtho(0, w, 0, h, -1, 1); // mapovani abstraktnich souradnic do souradnic okna
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Tato callback funkce je zavolana pri kazdem prekresleni okna
//-----------------------------------------------------------------------------
void onDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); // vymazani vsech bitovych rovin barvoveho bufferu
glDrawBuffer(GL_BACK); // pixmapa se bude kreslit do zadniho barvoveho bufferu
glRasterPos2i(0, 0); // nastaveni souradnic leveho spodniho rohu pixmapy
clearPixmap(pix); // vymazani pracovni pixmapy (nastaveni pixelu na cernou barvu)
recalcMandelbrot(pix, maxiter); // prepocet fraktalu
drawPixmap(pix); // vykresleni pixmapy
drawInfo(maxiter);
glFlush(); // provedeni a vykresleni vsech zmen
glutSwapBuffers();
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// Tato callback funkce je zavolana pri stlaceni ASCII klavesy
//-----------------------------------------------------------------------------
#ifdef __BORLANDC__
#pragma option -w-par
#endif
void onKeyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
key=(key>='A' && key<='Z') ? key-'A'+'a': key;
switch (key) {
case 27: // pokud byla stlacena klavesa ESC, konec programu
case 'q': exit(0); break; // totez co klavesa ESC
case 's': savePixmap(pix, FILE_NAME); break; // ulozeni pixmapy
case '<': if (maxiter>10) maxiter-=10; glutPostRedisplay(); break;
case ',': if (maxiter>1) maxiter--; glutPostRedisplay(); break; // zmena poctu iteraci
case '>': if (maxiter<246) maxiter+=10; glutPostRedisplay(); break;
case '.': if (maxiter<255) maxiter++; glutPostRedisplay(); break;
default: break;
}
}
#ifdef __BORLANDC__
#pragma option -w+par
#endif
//-----------------------------------------------------------------------------
// Tato callback funkce je zavolana pri stlaceni non-ASCII klavesy
//-----------------------------------------------------------------------------
#ifdef __BORLANDC__
#pragma option -w-par
#endif
void onSpecial(int key, int x, int y)
{
// posun fraktalu a zmena meritka
switch (key) {
default: break;
}
}
#ifdef __BORLANDC__
#pragma option -w+par
#endif
//-----------------------------------------------------------------------------
// Hlavni funkce konzolove aplikace
//-----------------------------------------------------------------------------
int main(int argc, char **argv)
{
glutInit(&argc, argv); // inicializace knihovny GLUT
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE);
glutCreateWindow(WINDOW_TITLE); // vytvoreni okna pro kresleni
glutReshapeWindow(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT);// zmena velikosti okna
glutPositionWindow(100, 100); // pozice leveho horniho rohu okna
glutDisplayFunc(onDisplay); // registrace funkce volane pri prekreslovani okna
glutReshapeFunc(onResize); // registrace funkce volane pri zmene velikosti okna
glutKeyboardFunc(onKeyboard); // registrace funkce volane pri stlaceni klavesy
glutSpecialFunc(onSpecial); // registrace funkce volane pri stlaceni specialni klavesy
onInit(); // inicializace vykreslovani
glutMainLoop(); // nekonecna smycka, kde se volaji zaregistrovane funkce
return 0; // navratova hodnota vracena operacnimu systemu
}
//-----------------------------------------------------------------------------
// finito
//-----------------------------------------------------------------------------