Лаба 4, 2013

// try4.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <windows.h>
#include <gl/GL.h>
#include <gl/GLU.h>
#include <gl/glut.h>
#include <math.h>
//#include <vld.h>


class UserPolygon;
class Framebuffer;

// Описание псевдо-глобальных переменных
class Scene {
public:
	UserPolygon *polyg;
	Framebuffer *buff;
	int screen_height, screen_width;
	bool smooth;
	~Scene();
	void initialization();
};

Scene sc;

// Структра для задания цвета пикселя
//#pragma pack(push, 1)
struct color {
	unsigned char r, g, b;
};

bool operator==(const color left, const color right) {
	return left.r == right.r && left.g == right.g && left.b == right.b;
}
const color operator+(const color &left, const color &right) {
	int c[3] = { left.r + right.r, left.g + right.g, left.b + right.b };
	for (int i = 0; i < 3; i++) {
		if (c[i] > 255) c[i] = 255;
	}
	color sum = { c[0], c[1], c[2] };
	return sum;
}
const color operator-(const color &left, const color &right) {
	int c[3] = { left.r - right.r, left.g - right.g, left.b - right.b };
	for (int i = 0; i < 3; i++) {
		if (c[i] < 0) c[i] = 0;
	}
	color sum = { c[0], c[1], c[2] };
	return sum;
}

color create_color(int r, int g, int b) {
	if (r > 255) r = 255; if (r < 0) r = 0;
	if (g > 255) g = 255; if (g < 0) g = 0;
	if (b > 255) b = 255; if (b < 0) b = 0;
	color c = {r, g, b};
	return c;
}

color alpha(color c1, color c2, double p) {
	if (p < 0) p = 0;
	if (p > 1) p = 1;
	//unsigned char s = ceil((1-p)*255);
	//color sub = { s, s, s };
	//if (!colf) {
	//	printf("color r: %d, g: %d, b: %d\n", c.r, c.g, c.b);
	///	printf("percent p: %f\n", p);
	//	printf("part p*g: %d\n", (char)ceil(p*c.g));
	//}
	//colf = true;
	color c1_p = { ceil(p*c1.r), ceil(p*c1.g), ceil(p*c1.b) };
	color c2_p = { ceil((1-p)*c2.r), ceil((1-p)*c2.g), ceil((1-p)*c2.b) };
	return c1_p + c2_p;
}
//#pragma pack(pop)

// Описание часто используемых констант
const color COLOR_WHITE = {255, 255, 255};
const color COLOR_BLACK = {0, 0, 0};
const color COLOR_GREEN = {0, 200, 0};
const color COLOR_RED = {200, 0, 0};
const color COLOR_LIGHT_GREEN = {100, 255, 100};
const color NO_COLOR = { 1, 1, 1 };

// Структура точки в двухмерном пространстве
struct point {
	int x, y;
};

// Класс промежуточного буфера цвета
class Framebuffer {
private:
	color *C; // Массив цветов
	int w, h; // Высота и ширина буфера
	color clear_color; // Цвет, которым заполняется буфер при очистке
	color current_color; // Цвет, которым рисуются примитивы
public:
	Framebuffer(int w, int h); // Прототип конструктора класса
	virtual ~Framebuffer(); // Прототип деструктора класса
	void increase(int w, int h); // Увеличивает рамеры буфера
	void set_clear_color(color); // Задает цвет, которым заполняется буфер при очистке
	void clear(); // Очищение буфера
	void set_color(color); // Задает цвет, которым рисуются примитивы
	void set_pixel(int x, int y, color c); // Задает пикселю (x,y) цвет c
	color get_pixel(int x, int y); // Возвращает цвет пикселя (x,y)
	void toogle_pixel(int x, int y, color on, color off); // Если цвет пикселя (x,y) не равен on, ставит on, инече - off
	void draw_line(int x1, int y1, int x2, int y2); // Рисует отрезок, используя целочисленный алгоритм Брезенхема
	void draw_line_old(int x1, int y1, int x2, int y2); // Рисует отрезок, используя целочисленный алгоритм Брезенхема
	void draw_line_smooth(int x1, int y1, int x2, int y2); // Алгоритм Брезенхема с устранением ступенчатости
	void draw_line_smooth_old(int x1, int y1, int x2, int y2); // Алгоритм Брезенхема с устранением ступенчатости
	void draw_polygon(point *C, int n); // Рисует многоугольник, закрашивая его по алгоритму со списком ребер и флагом
	void draw_loop_line(point *C, int n, bool smooth); // Рисует замкнутую ломаную
	void draw(); // Отображает на эране
};
Framebuffer::Framebuffer(int w, int h) {
	this->w = w;
	this->h = h;
	C = new color[w*h];
}
Framebuffer::~Framebuffer() {
	delete [] C;
}
void Framebuffer::increase(int new_w, int new_h) {
	if (new_w <= w) new_w = w;
	if (new_h <= h) new_h = h;
	if (new_w == w && new_h == h) return;

	color *new_C = new color[new_w*new_h];
	for (int i = 0; i < new_w*new_h; i++) {
		new_C[i] = clear_color;
	}
	for (int i = 0; i < w; i++) {
		for (int j = 0; j < h; j++) {
			new_C[i + j*new_w] = C[i + j*w];
		}
	}
	delete [] C;
	w = new_w;
	h = new_h;
	C = new_C;
}
void Framebuffer::set_clear_color(color c) {
	clear_color = c;
}
void Framebuffer::clear() {
	for (int i = 0; i < w*h; i++) {
		C[i] = clear_color;
	}
}
void Framebuffer::set_color(color c) {
	current_color = c;
}
void Framebuffer::set_pixel(int x, int y, color c) {
	if (x < 0 || x >= w || y < 0 || y >= h) return;
	C[x + y*w] = c;
}
color Framebuffer::get_pixel(int x, int y) {
	if (x < 0 || x >= w || y < 0 || y >= h) return NO_COLOR;
	return C[x + y*w];
}
void Framebuffer::draw_line(int x1, int y1, int x2, int y2) {
	color c = current_color;
	int dx = abs(x2 - x1);
	int dy = abs(y2 - y1);
	int dmax, dmin;
	if (dx > dy) {
		dmax = dx; dmin = dy;
	} else {
		dmax = dy; dmin = dx;
	}
	int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
	int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
	int e = 0;
	set_pixel(x2, y2, c);

	while (x1 != x2 || y1 != y2) {
		set_pixel(x1, y1, c);
		e += dmin;
		if (2*e > dmax) {
			if (dx > dy) y1 += sy;
			else		 x1 += sx;
			e -= dmax;
		}
		if (dx > dy) x1 += sx;
		else		 y1 += sy;
		
	}
}
void Framebuffer::draw_line_smooth(int x1, int y1, int x2, int y2) {
	color c = current_color;
	int dx = abs(x2 - x1);
	int dy = abs(y2 - y1);
	int dmax, dmin;
	if (dx > dy) {
		dmax = dx; dmin = dy;
	} else {
		dmax = dy; dmin = dx;
	}
	int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
	int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
	int e = 0;
	set_pixel(x2, y2, alpha(c, clear_color, 0.5));
	double brightness = 0.5;
	while (x1 != x2 || y1 != y2) {
		set_pixel(x1, y1, alpha(c, clear_color, brightness));
		e += dmin;
		if (2*e > dmax) {
			if (dx > dy) y1 += sy;
			else		 x1 += sx;
			e -= dmax;
		}
		if (dx > dy) x1 += sx;
		else		 y1 += sy;

		
		if (dx < dy && sy == sx || dx > dy && sy != sx) brightness = -((double)e)/dmax+0.5;
		else brightness =  ((double)e)/dmax+0.5;
	}
}
void Framebuffer::draw_line_old(int x1, int y1, int x2, int y2) {
	draw_line_smooth(x1,y1,x2,y2); return;
	color c = current_color;
	int dx = abs(x2 - x1);
	int dy = abs(y2 - y1);
	int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
	int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
	//
	int er = dx - dy;
	//
	set_pixel(x2, y2, c);

	while(x1 != x2 || y1 != y2) {
		set_pixel(x1, y1, c);

		const int er2 = er * 2;
		//
		if(er2 > -dy) {
			er -= dy;
			x1 += sx;
		}
		if(er2 < dx) {
			er += dx;
			y1 += sy;
		}
	}
}

void Framebuffer::draw_line_smooth_old(int x1, int y1, int x2, int y2) {
	color c = current_color;
	printf("draw_line_smooth {\n");

	int dx = abs(x2 - x1);
	int dy = abs(y2 - y1);
	printf("    dx = %d\n    dy = %d\n\n", dx, dy);
	int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
	int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
	//
	int er = dx - dy;
	//
	set_pixel(x2, y2, c);
	
	while(x1 != x2 || y1 != y2) {
		const int er2 = er * 2;
		int x_old = x1, y_old = y1;

		//
		if(er2 > -dy) {
			er -= dy;
			x1 += sx;
			//set_pixel(x1, y1, create_color(5,5,5));
		}
		if(er2 < dx) {
			er += dx;
			y1 += sy;
		}
	//	printf("    er = %d,   alpha = %f\n", er, (-(double)er)/dx + 1.5);
		set_pixel(x_old, y_old, alpha(c, clear_color, (-(double)er)/(2*dx) + 1.0));
	}
	printf("}\n");
	/*int x = x1;
	int y = y1;
	int I = 255;
	int dx = x2 - x1;
	int dy = y2 - y1;
	//if (!(x1 > x2 && y1 < y2 && dy < dx)) { return; }
	int m = (I*dy)/dx;
	int w = I - m;
	int e = 1/2;
	color c = current_color; 
	set_pixel(x, y, c);
	while(x < x2) {
		if (e < w) {
			x = x + 1;
			e = e + m;
		} else {
			x++;
			y++;
			e -= w;
		}
		c.g = 255-e; c.b = 255-e; c.r = 255-e;
		set_pixel(x, y, c);
	}*/
}

void Framebuffer::toogle_pixel(int x, int y, color on, color off) {
	if (get_pixel(x, y) == on) {
		set_pixel(x, y, off);
	} else {
		set_pixel(x, y, on);
	}
}

void Framebuffer::draw_loop_line(point *C, int n, bool smooth) {
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		int j = (i + 1)%n;
		if (smooth) draw_line_smooth(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
		else draw_line(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
	}
}
void Framebuffer::draw_polygon(point *C, int n) {

	// Первый этап: рисуем границу
	clear();
	color c = current_color;
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		int k = (i + n - 1)%n; // k - индекс предыдущего ребра
		int j = (i + 1)%n; // Собираемся провести ребро от C[i] до C[j] 
		int x1 = C[i].x, y1 = C[i].y;
		int x2 = C[j].x, y2 = C[j].y;

		// Определяем, является ли точка экстремумом
		bool extremum = (y1 >= y2)^(C[k].y >= y1); 
		//if (extremum) printf("%d: extremum, C[k].y = %d\n", i, C[k].y); else printf("%d: not extremum, C[k].y = %d\n", i, C[k].y);

		int dx = abs(x2 - x1);
		int dy = abs(y2 - y1);
		int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
		int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
		int er = dx - dy;

		toogle_pixel(x2, y2, c, clear_color);
		
		if (!extremum) toogle_pixel(x1, y1, c, clear_color); // Не зажигаем пиксель на экстремумах

		while(x1 != x2 || y1 != y2) {
			const int er2 = er * 2;
			if(er2 > -dy) {
				er -= dy;
				x1 += sx;
			}
			if(er2 < dx) {
				er += dx;
				y1 += sy;
				toogle_pixel(x1, y1, c, clear_color); // Ставим пиксель только при переходе через горизонталь
			}
		}
	}

	// Второй этап: построчное сканирование
	bool flag = false;
	for (int j = 0; j < h; j++) {
		flag = false;
		for (int i = 0; i < w; i++) {
			if (get_pixel(i, j) == current_color) {
				flag = !flag;
			} else {
				if (flag) set_pixel(i, j, current_color);
			}
		}
	}
	// Третий этап: дополняем границей
	//draw_loop_line(C, n, false);
}

void Framebuffer::draw() {
	glDrawPixels(w, h, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, C);
	glFlush();
}



class UserPolygon {
private:
	int n; // Количество вершин
	int capacity; // Вместимость стека вершин
	point *C; // Массив точек, реализующий стек вершин
	bool ready; // Показывает, закончено ли формирование многоугольника
public:
	int max_x, max_y, min_x, min_y; // Координаты границ многоугольника
	UserPolygon(point first_point) {
		n = 1;
		capacity = 10;
		C = new point[capacity];
		C[0] = first_point;
		max_x = min_x = first_point.x;
		max_y = min_y = first_point.y;
		ready = false;
	}
	virtual ~UserPolygon();
	bool is_ready() { return ready; }
	int get_n() { return n; }
	void increase() {
		int new_capacity = capacity * 2;
		point *new_C = new point[new_capacity];
		for (int i = 0; i < capacity; i++) {
			new_C[i] = C[i];
		}
		delete [] C;
		C = new_C;
		capacity = new_capacity;
	}
	int add_vertex(point p) {
		if (ready) return -1;
		if (p.x == C[n-1].x && p.y == C[n-1].y) return -1; // Нельзя добавить две одинак. вершины подряд

		// Проверяем, близко ли точка к началу кривой
		int dx = (p.x - C[0].x);
		int dy = (p.y - C[0].y);
		int r = 10;
		if (dx*dx + dy*dy < r*r) { // и, если близко, то замыкаем
			complete();
			return n+1;
		}
		
		C[n] = p;
		n++;
		if (p.x > max_x) max_x = p.x;
		if (p.x < min_x) min_x = p.x;
		if (p.y > max_y) max_y = p.y;
		if (p.y < min_y) min_y = p.y;
		if (n >= capacity) increase();
		printf("add(%d, %d)\n", p.x, p.y);
		
		
		return n;
	}
	int remove_vertex() {
		if (ready) return -1;
		if (n < 1) return -1;
		n--;
		return n;
	}
	void reset() {
		delete [] C;
		capacity = 10;
		n = 0;
		C = new point[capacity];
		ready = false;
	}
	int complete()  {
		if (ready) return -1;
		if (n < 3) return -1;
		ready = true;
		point *new_C = new point[n];
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			new_C[i] = C[i];
		}
		delete [] C;
		C = new_C;
		
		return n;
	}
	void draw() {
		//glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
		sc.buff->clear();
		if (ready) {
			sc.buff->draw_polygon(C, n);
		}
		for (int i = 1; i < n; i++) {
			sc.buff->draw_line(C[i-1].x, C[i-1].y, C[i].x, C[i].y);
		}
		//if (ready) {
		//	sc.buff->draw_line(C[0].x, C[0].y, C[n-1].x, C[n-1].y);
		//}
		//glFlush();
	}
	void draw_smooth() {
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			int j = (i + 1)%n;
			sc.buff->draw_line_smooth(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
		}
	}
	void draw_aliasing() {
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			int j = (i + 1)%n;
			sc.buff->draw_line(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
		}
	}
};
UserPolygon::~UserPolygon() { 
	delete [] C;
}

void Scene::initialization() {
	glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
	glPointSize(4.0);
	
	buff = new Framebuffer(screen_width, screen_height);
	buff->set_clear_color( COLOR_BLACK );
	buff->clear();
	buff->set_color( COLOR_GREEN );
}
Scene::~Scene() {
	delete polyg;
	delete buff;
}

void display_handler()
{
	sc.buff->draw();
}
void reshape_handler(int w, int h) {
	w = w - w%3;
	sc.screen_height = h;
	sc.screen_width = w;
	sc.buff->increase(w, h);

	glutPostRedisplay();
}

	
void mouse_handler(int button, int state, int x, int y) {
	if (x<0 || x >= sc.screen_width || y < 0 || y >= sc.screen_height) return;
	if (button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN) {
		point click_point = { x , sc.screen_height - y };

		if (!sc.polyg) {
			printf("\nnew polyg\n");
			printf("add(%d, %d)\n", click_point.x, click_point.y);
			sc.polyg = new UserPolygon(click_point);
		}
		else {
			if (sc.polyg->is_ready()) return;
			sc.polyg->add_vertex(click_point);
			sc.polyg->draw();
		}
	}
	glutPostRedisplay();
}
void motion_handler(int x, int y) {
	if (x < 0) x = 0; if (x >= sc.screen_width) x = sc.screen_width - 1;
	if (y < 0) y = 0; if (y >= sc.screen_height) y = sc.screen_height - 1;
	//if (x<0 || x >= sc.screen_width || y < 0 || y >= sc.screen_height) return;
	point click_point = { x , sc.screen_height - y - 1 };

	if (!sc.polyg) {
		printf("\nnew polyg\n");
		printf("add(%d, %d)\n", click_point.x, click_point.y);
		sc.polyg = new UserPolygon(click_point);
	}
	else {
		if (sc.polyg->is_ready()) return;
		sc.polyg->add_vertex(click_point);
		sc.polyg->draw();
	}

	glutPostRedisplay();
}
void draw_sample() {
	printf("sample");
	mouse_handler(GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_DOWN, 480, sc.screen_height - 258);
	mouse_handler(GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_DOWN, 352, sc.screen_height - 142);
	mouse_handler(GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_DOWN, 370, sc.screen_height - 244);
}
void keyboard_handler(unsigned char key, int x, int y) {
	if (!sc.polyg) return;
	switch(key) {
		case 8: // backspace key
			printf("remove\n");
			sc.polyg->remove_vertex();
			sc.polyg->draw();
			break;
		case ' ': // space key
			sc.polyg->complete();
			sc.polyg->draw();
			break;
		case '	': // tab key
			printf("clear polygon\n");
			delete sc.polyg;
			sc.polyg = 0;
			sc.buff->clear();
			break;
		case '1':
			if (sc.polyg && sc.polyg->is_ready()) {
				if (sc.smooth) sc.polyg->draw_smooth();
				else sc.polyg->draw_aliasing();
				sc.smooth =  !sc.smooth;
			}
			break;
		case '2':
			draw_sample();
			break;
			
	}
	glutPostRedisplay();
}

void main(int argc, char** argv)
{
	sc.screen_width = 800;
	sc.screen_height = 400;
	sc.smooth = true;

	printf("sizeof(color) = %d\n", sizeof(color));
	
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
	glutInitWindowSize(sc.screen_width, sc.screen_height);
	glutInitWindowPosition(100, 150);
	glutCreateWindow("Rasterization");

	glutMouseFunc(mouse_handler);
	glutMotionFunc(motion_handler);
	glutKeyboardFunc(keyboard_handler);

	glutDisplayFunc(display_handler);
	glutReshapeFunc(reshape_handler);

	sc.initialization();

	glutMainLoop();

}