wlroots/render/matrix.c

#include <math.h>
#include <string.h>
#include <wayland-server-protocol.h>
#include <wlr/render/matrix.h>
#include <wlr/types/wlr_box.h>
#include <wlr/types/wlr_output.h>

/* Obtains the index for the given row/column */
static inline int mind(int row, int col) {
	return (row - 1) * 4 + col - 1;
}

void wlr_matrix_identity(float (*output)[16]) {
	static const float identity[16] = {
		1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
		0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
		0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
		0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
	};
	memcpy(*output, identity, sizeof(identity));
}

void wlr_matrix_translate(float (*output)[16], float x, float y, float z) {
	wlr_matrix_identity(output);
	(*output)[mind(1, 4)] = x;
	(*output)[mind(2, 4)] = y;
	(*output)[mind(3, 4)] = z;
}

void wlr_matrix_scale(float (*output)[16], float x, float y, float z) {
	wlr_matrix_identity(output);
	(*output)[mind(1, 1)] = x;
	(*output)[mind(2, 2)] = y;
	(*output)[mind(3, 3)] = z;
}

void wlr_matrix_rotate(float (*output)[16], float radians) {
	wlr_matrix_identity(output);
	float _cos = cosf(radians);
	float _sin = sinf(radians);
	(*output)[mind(1, 1)] = _cos;
	(*output)[mind(1, 2)] = _sin;
	(*output)[mind(2, 1)] = -_sin;
	(*output)[mind(2, 2)] = _cos;
}

void wlr_matrix_mul(const float (*x)[16], const float (*y)[16], float (*product)[16]) {
	float _product[16] = {
		(*x)[mind(1, 1)] * (*y)[mind(1, 1)] + (*x)[mind(1, 2)] * (*y)[mind(2, 1)] +
			(*x)[mind(1, 3)] * (*y)[mind(3, 1)] + (*x)[mind(1, 4)] * (*y)[mind(4, 1)],
		(*x)[mind(1, 1)] * (*y)[mind(1, 2)] + (*x)[mind(1, 2)] * (*y)[mind(2, 2)] +
			(*x)[mind(1, 3)] * (*y)[mind(3, 2)] + (*x)[mind(1, 4)] * (*y)[mind(4, 2)],
		(*x)[mind(1, 1)] * (*y)[mind(1, 3)] + (*x)[mind(1, 2)] * (*y)[mind(2, 3)] +
			(*x)[mind(1, 3)] * (*y)[mind(3, 3)] + (*x)[mind(1, 4)] * (*y)[mind(4, 3)],
		(*x)[mind(1, 1)] * (*y)[mind(1, 4)] + (*x)[mind(1, 2)] * (*y)[mind(2, 4)] +
			(*x)[mind(1, 4)] * (*y)[mind(3, 4)] + (*x)[mind(1, 4)] * (*y)[mind(4, 4)],

		(*x)[mind(2, 1)] * (*y)[mind(1, 1)] + (*x)[mind(2, 2)] * (*y)[mind(2, 1)] +
			(*x)[mind(2, 3)] * (*y)[mind(3, 1)] + (*x)[mind(2, 4)] * (*y)[mind(4, 1)],
		(*x)[mind(2, 1)] * (*y)[mind(1, 2)] + (*x)[mind(2, 2)] * (*y)[mind(2, 2)] +
			(*x)[mind(2, 3)] * (*y)[mind(3, 2)] + (*x)[mind(2, 4)] * (*y)[mind(4, 2)],
		(*x)[mind(2, 1)] * (*y)[mind(1, 3)] + (*x)[mind(2, 2)] * (*y)[mind(2, 3)] +
			(*x)[mind(2, 3)] * (*y)[mind(3, 3)] + (*x)[mind(2, 4)] * (*y)[mind(4, 3)],
		(*x)[mind(2, 1)] * (*y)[mind(1, 4)] + (*x)[mind(2, 2)] * (*y)[mind(2, 4)] +
			(*x)[mind(2, 4)] * (*y)[mind(3, 4)] + (*x)[mind(2, 4)] * (*y)[mind(4, 4)],

		(*x)[mind(3, 1)] * (*y)[mind(1, 1)] + (*x)[mind(3, 2)] * (*y)[mind(2, 1)] +
			(*x)[mind(3, 3)] * (*y)[mind(3, 1)] + (*x)[mind(3, 4)] * (*y)[mind(4, 1)],
		(*x)[mind(3, 1)] * (*y)[mind(1, 2)] + (*x)[mind(3, 2)] * (*y)[mind(2, 2)] +
			(*x)[mind(3, 3)] * (*y)[mind(3, 2)] + (*x)[mind(3, 4)] * (*y)[mind(4, 2)],
		(*x)[mind(3, 1)] * (*y)[mind(1, 3)] + (*x)[mind(3, 2)] * (*y)[mind(2, 3)] +
			(*x)[mind(3, 3)] * (*y)[mind(3, 3)] + (*x)[mind(3, 4)] * (*y)[mind(4, 3)],
		(*x)[mind(3, 1)] * (*y)[mind(1, 4)] + (*x)[mind(3, 2)] * (*y)[mind(2, 4)] +
			(*x)[mind(3, 4)] * (*y)[mind(3, 4)] + (*x)[mind(3, 4)] * (*y)[mind(4, 4)],

		(*x)[mind(4, 1)] * (*y)[mind(1, 1)] + (*x)[mind(4, 2)] * (*y)[mind(2, 1)] +
			(*x)[mind(4, 3)] * (*y)[mind(3, 1)] + (*x)[mind(4, 4)] * (*y)[mind(4, 1)],
		(*x)[mind(4, 1)] * (*y)[mind(1, 2)] + (*x)[mind(4, 2)] * (*y)[mind(2, 2)] +
			(*x)[mind(4, 3)] * (*y)[mind(3, 2)] + (*x)[mind(4, 4)] * (*y)[mind(4, 2)],
		(*x)[mind(4, 1)] * (*y)[mind(1, 3)] + (*x)[mind(4, 2)] * (*y)[mind(2, 3)] +
			(*x)[mind(4, 3)] * (*y)[mind(3, 3)] + (*x)[mind(4, 4)] * (*y)[mind(4, 3)],
		(*x)[mind(4, 1)] * (*y)[mind(1, 4)] + (*x)[mind(4, 2)] * (*y)[mind(2, 4)] +
			(*x)[mind(4, 4)] * (*y)[mind(3, 4)] + (*x)[mind(4, 4)] * (*y)[mind(4, 4)],
	};
	memcpy(*product, _product, sizeof(_product));
}

static const float transforms[][4] = {
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_NORMAL] = {
		1.0f, 0.0f,
		0.0f, 1.0f,
	},
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_90] = {
		0.0f, -1.0f,
		1.0f, 0.0f,
	},
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_180] = {
		-1.0f, 0.0f,
		0.0f, -1.0f,
	},
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_270] = {
		0.0f, 1.0f,
		-1.0f, 0.0f,
	},
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_FLIPPED] = {
		-1.0f, 0.0f,
		0.0f, 1.0f,
	},
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_FLIPPED_90] = {
		0.0f, -1.0f,
		-1.0f, 0.0f,
	},
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_FLIPPED_180] = {
		1.0f, 0.0f,
		0.0f, -1.0f,
	},
	[WL_OUTPUT_TRANSFORM_FLIPPED_270] = {
		0.0f, 1.0f,
		1.0f, 0.0f,
	},
};

void wlr_matrix_transform(float mat[static 16],
		enum wl_output_transform transform) {
	memset(mat, 0, sizeof(*mat) * 16);

	const float *t = transforms[transform];

	// Rotation + reflection
	mat[0] = t[0];
	mat[1] = t[1];
	mat[4] = t[2];
	mat[5] = t[3];

	// Identity
	mat[10] = 1.0f;
	mat[15] = 1.0f;
}

// Equivilent to glOrtho(0, width, 0, height, 1, -1) with the transform applied
void wlr_matrix_texture(float mat[static 16], int32_t width, int32_t height,
		enum wl_output_transform transform) {
	memset(mat, 0, sizeof(*mat) * 16);

	const float *t = transforms[transform];
	float x = 2.0f / width;
	float y = 2.0f / height;

	// Rotation + reflection
	mat[0] = x * t[0];
	mat[1] = x * t[1];
	mat[4] = y * -t[2];
	mat[5] = y * -t[3];

	// Translation
	mat[3] = -copysign(1.0f, mat[0] + mat[1]);
	mat[7] = -copysign(1.0f, mat[4] + mat[5]);

	// Identity
	mat[10] = 1.0f;
	mat[15] = 1.0f;
}

void wlr_matrix_project_box(float (*mat)[16], struct wlr_box *box,
		enum wl_output_transform transform, float rotation,
		float (*projection)[16]) {
	int x = box->x;
	int y = box->y;
	int width = box->width;
	int height = box->height;

	wlr_matrix_translate(mat, x, y, 0);

	if (rotation != 0) {
		float translate_center[16];
		wlr_matrix_translate(&translate_center, width/2, height/2, 0);

		float rotate[16];
		wlr_matrix_rotate(&rotate, rotation);

		float translate_origin[16];
		wlr_matrix_translate(&translate_origin, -width/2, -height/2, 0);

		wlr_matrix_mul(mat, &translate_center, mat);
		wlr_matrix_mul(mat, &rotate, mat);
		wlr_matrix_mul(mat, &translate_origin, mat);
	}

	float scale[16];
	wlr_matrix_scale(&scale, width, height, 1);

	wlr_matrix_mul(mat, &scale, mat);

	if (transform != WL_OUTPUT_TRANSFORM_NORMAL) {
		float surface_translate_center[16];
		wlr_matrix_translate(&surface_translate_center, 0.5, 0.5, 0);

		float surface_transform[16];
		wlr_matrix_transform(surface_transform, transform);

		float surface_translate_origin[16];
		wlr_matrix_translate(&surface_translate_origin, -0.5, -0.5, 0);

		wlr_matrix_mul(mat, &surface_translate_center, mat);
		wlr_matrix_mul(mat, &surface_transform, mat);
		wlr_matrix_mul(mat, &surface_translate_origin, mat);
	}

	wlr_matrix_mul(projection, mat, mat);
}