//----------------------------------------------------------------------------- // Fraktaly v pocitacove grafice // Demonstracni priklad 54.1 // Autor: Pavel Tisnovsky // // Vykresleni krivky podobne Sierpinskemu trojuhelniku na zaklade L-systemu, // ve kterem je provaden paralelni prepis retezcu. // Po prekladu a spusteni programu se nejprve provede nekolikere rozepsani // gramatiky. Vysledny retezec je posleze pouzit pro vykresleni L-systemu // za pomoci zelvi grafiky (turtle graphics). // Zmena velikosti fraktalu se provadi stiskem klaves [PageUp] a [PageDown], // posun fraktalu je mozne provest kurzorovymi klavesami (sipkami). // Zmena poctu prepisu symbolu se provadi pomoci klaves [1]-[3], pricemz // po stlaceni klavesy [1] je proveden pouze jeden prepis axiomu. // 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 54.1" // titulek okna #define WINDOW_WIDTH 400 // pocatecni velikost okna #define WINDOW_HEIGHT 470 #define MAX_LENGTH 116384 // maximalni delka retezce double xpos=0.0; // pozice fraktalu v okne double ypos=0.87*WINDOW_WIDTH/3; char retx[MAX_LENGTH]; // pocatecni symbol int itersCount=1; // pocet aplikaci prepisovaciho pravidla char *rules[]={ // jednotliva prepisovaci pravidla "X=YF+XF+Y", "Y=XF-YF-X", NULL }; char axiom[]="YF"; // axiom - prvotni naplneni vysledneho retezce double step=10;; // krok zelvy double x, y, alpha; // souradnice a natoceni zelvy double delta=3.1415927/3.0; //----------------------------------------------------------------------------- // Aplikace prepisovacich pravidel na retezec //----------------------------------------------------------------------------- void applyRules( char *rules[], // pole prepisovacich pravidel char *axiom, // axiom - prvotni naplneni retezce char *ret, // retezec, do ktereho se ma ulozit vysledek int maxiters) // maximalni pocet iteraci (aplikaci pravidel) { int rulesCount; // pocet pravidel int rule; // prave aplikovane pravidlo char *leftSide; // pole levych casti prepisovacich pravidel char **rightSideSrc; // pole pravych casti prepisovacich pravidel char **rightSideDest; int i, j, k, iter; // pocitadla smycek a indexy znaku // zjistit celkovy pocet prepisovacich pravidel for (rulesCount=0; rules[rulesCount]; rulesCount++) ; // nyni mame v promenne rulesCount ulozen pocet prepisovacich pravidel printf("celkovy pocet pravidel=%d\n", rulesCount); // alokace pameti pro levou stranu prepisovacich pravidel // a inicializace pole znaku leftSide=(char *)malloc(rulesCount*sizeof(char)); for (i=0; i<rulesCount; i++) leftSide[i]=rules[i][0]; // alokace pameti pro pravou stranu prepisovacich pravidel // a inicializace pravych stran rightSideSrc=(char **)malloc(rulesCount*sizeof(char *)); rightSideDest=(char **)malloc(rulesCount*sizeof(char *)); for (i=0; i<rulesCount; i++) { rightSideSrc[i]=(char *)malloc(MAX_LENGTH); rightSideDest[i]=(char *)malloc(MAX_LENGTH); strcpy(rightSideSrc[i], rules[i]+2); // podretezec za znakem '=' } // nastaveni axiomu strcpy(ret, axiom); // hlavni iteracni smycka for (iter=0; iter<=maxiters; iter++) { printf("iteration=%d\n", iter); // pro vsechna pravidla for (rule=0; rule<rulesCount; rule++) { // vypis pravidla pred prepisem printf("%c\t%s\t", leftSide[rule], rightSideSrc[rule]); // projit celym retezcem a zpracovat jednotlive znaky for (i=0, j=0; rightSideSrc[rule][i]; i++) { int left; int found=0; // pro kazdy znak zjistit, zda pro nej neexistuje prepisovaci pravidlo // a pokud ano, provest prepis for (left=0; left<rulesCount; left++) { if (leftSide[left]==rightSideSrc[rule][i]) { for (k=0; rightSideSrc[left][k]; k++) // provest prepis rightSideDest[rule][j++]=rightSideSrc[left][k]; found=1; } } // zadne pravidlo pro dany znak jsme nenasli, proto se znak // pouze zkopiruje if (!found) { rightSideDest[rule][j]=rightSideSrc[rule][i]; j++; } } // ukonceni retezce rightSideDest[rule][j]=0; // vypis pravidla po prepisu printf("%s\n", rightSideDest[rule]); } // "paralelni" prepis novych retezcu na misto stavajicich // (lezi mimo predchozi smycku!) for (rule=0; rule<rulesCount; rule++) strcpy(rightSideSrc[rule], rightSideDest[rule]); } // prepis vysledku strcpy(ret, rightSideSrc[1]); // a doplneni posledniho posunu zelvy strcat(ret, "F"); puts(""); // vypis retezce v podobe, kdy jsou vypsany pouze znaky ovladajici zelvu for (i=0; i<strlen(ret); i++) if (ret[i]=='F' || ret[i]=='+' || ret[i]=='-') putchar(ret[i]); } //----------------------------------------------------------------------------- // Inicializace L-systemu //----------------------------------------------------------------------------- void initLSystem(int maxiters) { // aplikace prepisovacich pravidel applyRules(rules, axiom, retx, maxiters); } //----------------------------------------------------------------------------- // Nastaveni zelvy do pocatecni (domaci) pozice //----------------------------------------------------------------------------- void logo_home(double xpos, double ypos) { x=xpos; y=ypos; alpha=0.0; } //----------------------------------------------------------------------------- // Posun zelvy dopredu s kreslenim //----------------------------------------------------------------------------- void logo_forward(void) { glBegin(GL_LINES); glVertex2d(x,y); x+=step*cos(alpha); // posun v zadanem smeru y+=step*sin(alpha); glVertex2d(x,y); glEnd(); } //----------------------------------------------------------------------------- // Posun zelvy dozadu s kreslenim //----------------------------------------------------------------------------- void logo_backward(void) { glBegin(GL_LINES); glVertex2d(x,y); x-=step*cos(alpha); // posun v zadanem smeru y-=step*sin(alpha); glVertex2d(x,y); glEnd(); } //----------------------------------------------------------------------------- // Posun zelvy dopredu bez kresleni //----------------------------------------------------------------------------- void logo_move(void) { x+=step*cos(alpha); // posun v zadanem smeru y+=step*sin(alpha); } //----------------------------------------------------------------------------- // Otoceni zelvy doleva //----------------------------------------------------------------------------- void logo_left(void) { alpha+=delta; // zmena uhlu } //----------------------------------------------------------------------------- // Otoceni zelvy doprava //----------------------------------------------------------------------------- void logo_right(void) { alpha-=delta; // zmena uhlu } //----------------------------------------------------------------------------- // Prekresleni L-systemu //----------------------------------------------------------------------------- void recalcLsys(const char *ret, // ridici retezec double xpos, // posun obrazce double ypos) { int i; logo_home(xpos, ypos); // inicializace zelvy for (i=0; ret[i]; i++) { // projit celym retezcem switch (ret[i]) { // a reagovat na prikazy case 'F': // posun v zadanem smeru logo_forward(); break; case 'B': // zpetny posun v zadanem smeru logo_backward(); break; case 'G': // posun v zadanem smeru bez kresleni logo_move(); break; case '+': // zmena uhlu logo_left(); break; case '-': // zmena uhlu logo_right(); break; default: break; } } } //----------------------------------------------------------------------------- // 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 initLSystem(itersCount); } //----------------------------------------------------------------------------- // 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 recalcLsys(retx, xpos, ypos); // prekresleni L-systemu 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; // zmena poctu prepsani retezce if (key>='1' && key<='3') { itersCount=key-'1'; // zmena kroku v zavislosti na poctu prepisu //step=WINDOW_WIDTH/(pow(5, itersCount)); initLSystem(itersCount); glutPostRedisplay(); return; } switch (key) { case 27: // pokud byla stlacena klavesa ESC, konec programu case 'q': exit(0); break; // totez co klavesa ESC 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) { case GLUT_KEY_LEFT: xpos-=5; glutPostRedisplay(); break; case GLUT_KEY_RIGHT: xpos+=5; glutPostRedisplay(); break; case GLUT_KEY_UP: ypos+=5; glutPostRedisplay(); break; case GLUT_KEY_DOWN: ypos-=5; glutPostRedisplay(); break; case GLUT_KEY_PAGE_UP: step+=0.5; glutPostRedisplay(); break; case GLUT_KEY_PAGE_DOWN: step-=0.5; glutPostRedisplay(); break; 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 //-----------------------------------------------------------------------------