src/noise.cpp

   1 /*
   2  * Minetest
   3  * Copyright (C) 2010-2014 celeron55, Perttu Ahola <celeron55@gmail.com>
   4  * Copyright (C) 2010-2014 kwolekr, Ryan Kwolek <kwolekr@minetest.net>
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification, are
   8  * permitted provided that the following conditions are met:
   9  *  1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice, this list of
  10  *     conditions and the following disclaimer.
  11  *  2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice, this list
  12  *     of conditions and the following disclaimer in the documentation and/or other materials
  13  *     provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
  16  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND
  17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR
  18  * CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
  19  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
  20  * SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON
  21  * ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  22  * NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF
  23  * ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  24  */
  25
  26 #include <math.h>
  27 #include "noise.h"
  28 #include <iostream>
  29 #include <string.h> // memset
  30 #include "debug.h"
  31 #include "util/numeric.h"
  32 #include "util/string.h"
  33 #include "exceptions.h"
  34
  35 #define NOISE_MAGIC_X    1619
  36 #define NOISE_MAGIC_Y    31337
  37 #define NOISE_MAGIC_Z    52591
  38 #define NOISE_MAGIC_SEED 1013
  39
  40 typedef float (*Interp2dFxn)(
  41                 float v00, float v10, float v01, float v11,
  42                 float x, float y);
  43
  44 typedef float (*Interp3dFxn)(
  45                 float v000, float v100, float v010, float v110,
  46                 float v001, float v101, float v011, float v111,
  47                 float x, float y, float z);
  48
  49 float cos_lookup[16] = {
  50         1.0,  0.9238,  0.7071,  0.3826, 0, -0.3826, -0.7071, -0.9238,
  51         1.0, -0.9238, -0.7071, -0.3826, 0,  0.3826,  0.7071,  0.9238
  52 };
  53
  54 FlagDesc flagdesc_noiseparams[] = {
  55         {"defaults",    NOISE_FLAG_DEFAULTS},
  56         {"eased",       NOISE_FLAG_EASED},
  57         {"absvalue",    NOISE_FLAG_ABSVALUE},
  58         {"pointbuffer", NOISE_FLAG_POINTBUFFER},
  59         {"simplex",     NOISE_FLAG_SIMPLEX},
  60         {NULL,          0}
  61 };
  62
  63 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  64
  65 PcgRandom::PcgRandom(u64 state, u64 seq)
  66 {
  67         seed(state, seq);
  68 }
  69
  70 void PcgRandom::seed(u64 state, u64 seq)
  71 {
  72         m_state = 0U;
  73         m_inc = (seq << 1u) | 1u;
  74         next();
  75         m_state += state;
  76         next();
  77 }
  78
  79
  80 u32 PcgRandom::next()
  81 {
  82         u64 oldstate = m_state;
  83         m_state = oldstate * 6364136223846793005ULL + m_inc;
  84
  85         u32 xorshifted = ((oldstate >> 18u) ^ oldstate) >> 27u;
  86         u32 rot = oldstate >> 59u;
  87         return (xorshifted >> rot) | (xorshifted << ((-rot) & 31));
  88 }
  89
  90
  91 u32 PcgRandom::range(u32 bound)
  92 {
  93         /*
  94         If the bound is not a multiple of the RNG's range, it may cause bias,
  95         e.g. a RNG has a range from 0 to 3 and we take want a number 0 to 2.
  96         Using rand() % 3, the number 0 would be twice as likely to appear.
  97         With a very large RNG range, the effect becomes less prevalent but
  98         still present.  This can be solved by modifying the range of the RNG
  99         to become a multiple of bound by dropping values above the a threshhold.
 100         In our example, threshhold == 4 - 3 = 1 % 3 == 1, so reject 0, thus
 101         making the range 3 with no bias.
 102
 103         This loop looks dangerous, but will always terminate due to the
 104         RNG's property of uniformity.
 105         */
 106         u32 threshhold = -bound % bound;
 107         u32 r;
 108
 109         while ((r = next()) < threshhold)
 110                 ;
 111
 112         return r % bound;
 113 }
 114
 115
 116 s32 PcgRandom::range(s32 min, s32 max)
 117 {
 118         assert(max >= min);
 119         u32 bound = max - min + 1;
 120         return range(bound) + min;
 121 }
 122
 123
 124 void PcgRandom::bytes(void *out, size_t len)
 125 {
 126         u8 *outb = (u8 *)out;
 127         int bytes_left = 0;
 128         u32 r;
 129
 130         while (len--) {
 131                 if (bytes_left == 0) {
 132                         bytes_left = sizeof(u32);
 133                         r = next();
 134                 }
 135
 136                 *outb = r & 0xFF;
 137                 outb++;
 138                 bytes_left--;
 139                 r >>= 8;
 140         }
 141 }
 142
 143
 144 s32 PcgRandom::randNormalDist(s32 min, s32 max, int num_trials)
 145 {
 146         s32 accum = 0;
 147         for (int i = 0; i != num_trials; i++)
 148                 accum += range(min, max);
 149         return ((float)accum / num_trials) + 0.5f;
 150 }
 151
 152 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 153
 154 float noise2d(int x, int y, int seed)
 155 {
 156         int n = (NOISE_MAGIC_X * x + NOISE_MAGIC_Y * y
 157                         + NOISE_MAGIC_SEED * seed) & 0x7fffffff;
 158         n = (n >> 13) ^ n;
 159         n = (n * (n * n * 60493 + 19990303) + 1376312589) & 0x7fffffff;
 160         return 1.f - (float)n / 0x40000000;
 161 }
 162
 163
 164 float noise3d(int x, int y, int z, int seed)
 165 {
 166         int n = (NOISE_MAGIC_X * x + NOISE_MAGIC_Y * y + NOISE_MAGIC_Z * z
 167                         + NOISE_MAGIC_SEED * seed) & 0x7fffffff;
 168         n = (n >> 13) ^ n;
 169         n = (n * (n * n * 60493 + 19990303) + 1376312589) & 0x7fffffff;
 170         return 1.f - (float)n / 0x40000000;
 171 }
 172
 173
 174 inline float dotProduct(float vx, float vy, float wx, float wy)
 175 {
 176         return vx * wx + vy * wy;
 177 }
 178
 179
 180 inline float linearInterpolation(float v0, float v1, float t)
 181 {
 182         return v0 + (v1 - v0) * t;
 183 }
 184
 185
 186 inline float biLinearInterpolation(
 187         float v00, float v10,
 188         float v01, float v11,
 189         float x, float y)
 190 {
 191         float tx = easeCurve(x);
 192         float ty = easeCurve(y);
 193 #if 0
 194         return (
 195                 v00 * (1 - tx) * (1 - ty) +
 196                 v10 *      tx  * (1 - ty) +
 197                 v01 * (1 - tx) *      ty  +
 198                 v11 *      tx  *      ty
 199         );
 200 #endif
 201         float u = linearInterpolation(v00, v10, tx);
 202         float v = linearInterpolation(v01, v11, tx);
 203         return linearInterpolation(u, v, ty);
 204 }
 205
 206
 207 inline float biLinearInterpolationNoEase(
 208         float v00, float v10,
 209         float v01, float v11,
 210         float x, float y)
 211 {
 212         float u = linearInterpolation(v00, v10, x);
 213         float v = linearInterpolation(v01, v11, x);
 214         return linearInterpolation(u, v, y);
 215 }
 216
 217
 218 float triLinearInterpolation(
 219         float v000, float v100, float v010, float v110,
 220         float v001, float v101, float v011, float v111,
 221         float x, float y, float z)
 222 {
 223         float tx = easeCurve(x);
 224         float ty = easeCurve(y);
 225         float tz = easeCurve(z);
 226 #if 0
 227         return (
 228                 v000 * (1 - tx) * (1 - ty) * (1 - tz) +
 229                 v100 *      tx  * (1 - ty) * (1 - tz) +
 230                 v010 * (1 - tx) *      ty  * (1 - tz) +
 231                 v110 *      tx  *      ty  * (1 - tz) +
 232                 v001 * (1 - tx) * (1 - ty) *      tz  +
 233                 v101 *      tx  * (1 - ty) *      tz  +
 234                 v011 * (1 - tx) *      ty  *      tz  +
 235                 v111 *      tx  *      ty  *      tz
 236         );
 237 #endif
 238         float u = biLinearInterpolationNoEase(v000, v100, v010, v110, tx, ty);
 239         float v = biLinearInterpolationNoEase(v001, v101, v011, v111, tx, ty);
 240         return linearInterpolation(u, v, tz);
 241 }
 242
 243 float triLinearInterpolationNoEase(
 244         float v000, float v100, float v010, float v110,
 245         float v001, float v101, float v011, float v111,
 246         float x, float y, float z)
 247 {
 248         float u = biLinearInterpolationNoEase(v000, v100, v010, v110, x, y);
 249         float v = biLinearInterpolationNoEase(v001, v101, v011, v111, x, y);
 250         return linearInterpolation(u, v, z);
 251 }
 252
 253
 254 #if 0
 255 float noise2d_gradient(float x, float y, int seed)
 256 {
 257         // Calculate the integer coordinates
 258         int x0 = (x > 0.0 ? (int)x : (int)x - 1);
 259         int y0 = (y > 0.0 ? (int)y : (int)y - 1);
 260         // Calculate the remaining part of the coordinates
 261         float xl = x - (float)x0;
 262         float yl = y - (float)y0;
 263         // Calculate random cosine lookup table indices for the integer corners.
 264         // They are looked up as unit vector gradients from the lookup table.
 265         int n00 = (int)((noise2d(x0, y0, seed)+1)*8);
 266         int n10 = (int)((noise2d(x0+1, y0, seed)+1)*8);
 267         int n01 = (int)((noise2d(x0, y0+1, seed)+1)*8);
 268         int n11 = (int)((noise2d(x0+1, y0+1, seed)+1)*8);
 269         // Make a dot product for the gradients and the positions, to get the values
 270         float s = dotProduct(cos_lookup[n00], cos_lookup[(n00+12)%16], xl, yl);
 271         float u = dotProduct(-cos_lookup[n10], cos_lookup[(n10+12)%16], 1.-xl, yl);
 272         float v = dotProduct(cos_lookup[n01], -cos_lookup[(n01+12)%16], xl, 1.-yl);
 273         float w = dotProduct(-cos_lookup[n11], -cos_lookup[(n11+12)%16], 1.-xl, 1.-yl);
 274         // Interpolate between the values
 275         return biLinearInterpolation(s,u,v,w,xl,yl);
 276 }
 277 #endif
 278
 279
 280 float noise2d_gradient(float x, float y, int seed, bool eased)
 281 {
 282         // Calculate the integer coordinates
 283         int x0 = myfloor(x);
 284         int y0 = myfloor(y);
 285         // Calculate the remaining part of the coordinates
 286         float xl = x - (float)x0;
 287         float yl = y - (float)y0;
 288         // Get values for corners of square
 289         float v00 = noise2d(x0, y0, seed);
 290         float v10 = noise2d(x0+1, y0, seed);
 291         float v01 = noise2d(x0, y0+1, seed);
 292         float v11 = noise2d(x0+1, y0+1, seed);
 293         // Interpolate
 294         if (eased)
 295                 return biLinearInterpolation(v00, v10, v01, v11, xl, yl);
 296         else
 297                 return biLinearInterpolationNoEase(v00, v10, v01, v11, xl, yl);
 298 }
 299
 300
 301 float noise3d_gradient(float x, float y, float z, int seed, bool eased)
 302 {
 303         // Calculate the integer coordinates
 304         int x0 = myfloor(x);
 305         int y0 = myfloor(y);
 306         int z0 = myfloor(z);
 307         // Calculate the remaining part of the coordinates
 308         float xl = x - (float)x0;
 309         float yl = y - (float)y0;
 310         float zl = z - (float)z0;
 311         // Get values for corners of cube
 312         float v000 = noise3d(x0,     y0,     z0,     seed);
 313         float v100 = noise3d(x0 + 1, y0,     z0,     seed);
 314         float v010 = noise3d(x0,     y0 + 1, z0,     seed);
 315         float v110 = noise3d(x0 + 1, y0 + 1, z0,     seed);
 316         float v001 = noise3d(x0,     y0,     z0 + 1, seed);
 317         float v101 = noise3d(x0 + 1, y0,     z0 + 1, seed);
 318         float v011 = noise3d(x0,     y0 + 1, z0 + 1, seed);
 319         float v111 = noise3d(x0 + 1, y0 + 1, z0 + 1, seed);
 320         // Interpolate
 321         if (eased) {
 322                 return triLinearInterpolation(
 323                         v000, v100, v010, v110,
 324                         v001, v101, v011, v111,
 325                         xl, yl, zl);
 326         } else {
 327                 return triLinearInterpolationNoEase(
 328                         v000, v100, v010, v110,
 329                         v001, v101, v011, v111,
 330                         xl, yl, zl);
 331         }
 332 }
 333
 334
 335 float noise2d_perlin(float x, float y, int seed,
 336         int octaves, float persistence, bool eased)
 337 {
 338         float a = 0;
 339         float f = 1.0;
 340         float g = 1.0;
 341         for (int i = 0; i < octaves; i++)
 342         {
 343                 a += g * noise2d_gradient(x * f, y * f, seed + i, eased);
 344                 f *= 2.0;
 345                 g *= persistence;
 346         }
 347         return a;
 348 }
 349
 350
 351 float noise2d_perlin_abs(float x, float y, int seed,
 352         int octaves, float persistence, bool eased)
 353 {
 354         float a = 0;
 355         float f = 1.0;
 356         float g = 1.0;
 357         for (int i = 0; i < octaves; i++) {
 358                 a += g * fabs(noise2d_gradient(x * f, y * f, seed + i, eased));
 359                 f *= 2.0;
 360                 g *= persistence;
 361         }
 362         return a;
 363 }
 364
 365
 366 float noise3d_perlin(float x, float y, float z, int seed,
 367         int octaves, float persistence, bool eased)
 368 {
 369         float a = 0;
 370         float f = 1.0;
 371         float g = 1.0;
 372         for (int i = 0; i < octaves; i++) {
 373                 a += g * noise3d_gradient(x * f, y * f, z * f, seed + i, eased);
 374                 f *= 2.0;
 375                 g *= persistence;
 376         }
 377         return a;
 378 }
 379
 380
 381 float noise3d_perlin_abs(float x, float y, float z, int seed,
 382         int octaves, float persistence, bool eased)
 383 {
 384         float a = 0;
 385         float f = 1.0;
 386         float g = 1.0;
 387         for (int i = 0; i < octaves; i++) {
 388                 a += g * fabs(noise3d_gradient(x * f, y * f, z * f, seed + i, eased));
 389                 f *= 2.0;
 390                 g *= persistence;
 391         }
 392         return a;
 393 }
 394
 395
 396 float contour(float v)
 397 {
 398         v = fabs(v);
 399         if (v >= 1.0)
 400                 return 0.0;
 401         return (1.0 - v);
 402 }
 403
 404
 405 ///////////////////////// [ New noise ] ////////////////////////////
 406
 407
 408 float NoisePerlin2D(NoiseParams *np, float x, float y, int seed)
 409 {
 410         float a = 0;
 411         float f = 1.0;
 412         float g = 1.0;
 413
 414         x /= np->spread.X;
 415         y /= np->spread.Y;
 416         seed += np->seed;
 417
 418         for (size_t i = 0; i < np->octaves; i++) {
 419                 float noiseval = noise2d_gradient(x * f, y * f, seed + i,
 420                         np->flags & (NOISE_FLAG_DEFAULTS | NOISE_FLAG_EASED));
 421
 422                 if (np->flags & NOISE_FLAG_ABSVALUE)
 423                         noiseval = fabs(noiseval);
 424
 425                 a += g * noiseval;
 426                 f *= np->lacunarity;
 427                 g *= np->persist;
 428         }
 429
 430         return np->offset + a * np->scale;
 431 }
 432
 433
 434 float NoisePerlin3D(NoiseParams *np, float x, float y, float z, int seed)
 435 {
 436         float a = 0;
 437         float f = 1.0;
 438         float g = 1.0;
 439
 440         x /= np->spread.X;
 441         y /= np->spread.Y;
 442         z /= np->spread.Z;
 443         seed += np->seed;
 444
 445         for (size_t i = 0; i < np->octaves; i++) {
 446                 float noiseval = noise3d_gradient(x * f, y * f, z * f, seed + i,
 447                         np->flags & NOISE_FLAG_EASED);
 448
 449                 if (np->flags & NOISE_FLAG_ABSVALUE)
 450                         noiseval = fabs(noiseval);
 451
 452                 a += g * noiseval;
 453                 f *= np->lacunarity;
 454                 g *= np->persist;
 455         }
 456
 457         return np->offset + a * np->scale;
 458 }
 459
 460
 461 Noise::Noise(NoiseParams *np_, int seed, int sx, int sy, int sz)
 462 {
 463         memcpy(&np, np_, sizeof(np));
 464         this->seed = seed;
 465         this->sx   = sx;
 466         this->sy   = sy;
 467         this->sz   = sz;
 468
 469         this->persist_buf  = NULL;
 470         this->gradient_buf = NULL;
 471         this->result       = NULL;
 472
 473         allocBuffers();
 474 }
 475
 476
 477 Noise::~Noise()
 478 {
 479         delete[] gradient_buf;
 480         delete[] persist_buf;
 481         delete[] noise_buf;
 482         delete[] result;
 483 }
 484
 485
 486 void Noise::allocBuffers()
 487 {
 488         this->noise_buf = NULL;
 489         resizeNoiseBuf(sz > 1);
 490
 491         delete[] gradient_buf;
 492         delete[] persist_buf;
 493         delete[] result;
 494
 495         try {
 496                 size_t bufsize = sx * sy * sz;
 497                 this->persist_buf  = NULL;
 498                 this->gradient_buf = new float[bufsize];
 499                 this->result       = new float[bufsize];
 500         } catch (std::bad_alloc &e) {
 501                 throw InvalidNoiseParamsException();
 502         }
 503 }
 504
 505
 506 void Noise::setSize(int sx, int sy, int sz)
 507 {
 508         this->sx = sx;
 509         this->sy = sy;
 510         this->sz = sz;
 511
 512         allocBuffers();
 513 }
 514
 515
 516 void Noise::setSpreadFactor(v3f spread)
 517 {
 518         this->np.spread = spread;
 519
 520         resizeNoiseBuf(sz > 1);
 521 }
 522
 523
 524 void Noise::setOctaves(int octaves)
 525 {
 526         this->np.octaves = octaves;
 527
 528         resizeNoiseBuf(sz > 1);
 529 }
 530
 531
 532 void Noise::resizeNoiseBuf(bool is3d)
 533 {
 534         int nlx, nly, nlz;
 535         float ofactor;
 536
 537         //maximum possible spread value factor
 538         ofactor = pow(np.lacunarity, np.octaves - 1);
 539
 540         //noise lattice point count
 541         //(int)(sz * spread * ofactor) is # of lattice points crossed due to length
 542         // + 2 for the two initial endpoints
 543         // + 1 for potentially crossing a boundary due to offset
 544         nlx = (int)ceil(sx * ofactor / np.spread.X) + 3;
 545         nly = (int)ceil(sy * ofactor / np.spread.Y) + 3;
 546         nlz = is3d ? (int)ceil(sz * ofactor / np.spread.Z) + 3 : 1;
 547
 548         delete[] noise_buf;
 549         try {
 550                 noise_buf = new float[nlx * nly * nlz];
 551         } catch (std::bad_alloc &e) {
 552                 throw InvalidNoiseParamsException();
 553         }
 554 }
 555
 556
 557 /*
 558  * NB:  This algorithm is not optimal in terms of space complexity.  The entire
 559  * integer lattice of noise points could be done as 2 lines instead, and for 3D,
 560  * 2 lines + 2 planes.
 561  * However, this would require the noise calls to be interposed with the
 562  * interpolation loops, which may trash the icache, leading to lower overall
 563  * performance.
 564  * Another optimization that could save half as many noise calls is to carry over
 565  * values from the previous noise lattice as midpoints in the new lattice for the
 566  * next octave.
 567  */
 568 #define idx(x, y) ((y) * nlx + (x))
 569 void Noise::gradientMap2D(
 570                 float x, float y,
 571                 float step_x, float step_y,
 572                 int seed)
 573 {
 574         float v00, v01, v10, v11, u, v, orig_u;
 575         int index, i, j, x0, y0, noisex, noisey;
 576         int nlx, nly;
 577
 578         bool eased = np.flags & (NOISE_FLAG_DEFAULTS | NOISE_FLAG_EASED);
 579         Interp2dFxn interpolate = eased ?
 580                 biLinearInterpolation : biLinearInterpolationNoEase;
 581
 582         x0 = floor(x);
 583         y0 = floor(y);
 584         u = x - (float)x0;
 585         v = y - (float)y0;
 586         orig_u = u;
 587
 588         //calculate noise point lattice
 589         nlx = (int)(u + sx * step_x) + 2;
 590         nly = (int)(v + sy * step_y) + 2;
 591         index = 0;
 592         for (j = 0; j != nly; j++)
 593                 for (i = 0; i != nlx; i++)
 594                         noise_buf[index++] = noise2d(x0 + i, y0 + j, seed);
 595
 596         //calculate interpolations
 597         index  = 0;
 598         noisey = 0;
 599         for (j = 0; j != sy; j++) {
 600                 v00 = noise_buf[idx(0, noisey)];
 601                 v10 = noise_buf[idx(1, noisey)];
 602                 v01 = noise_buf[idx(0, noisey + 1)];
 603                 v11 = noise_buf[idx(1, noisey + 1)];
 604
 605                 u = orig_u;
 606                 noisex = 0;
 607                 for (i = 0; i != sx; i++) {
 608                         gradient_buf[index++] = interpolate(v00, v10, v01, v11, u, v);
 609
 610                         u += step_x;
 611                         if (u >= 1.0) {
 612                                 u -= 1.0;
 613                                 noisex++;
 614                                 v00 = v10;
 615                                 v01 = v11;
 616                                 v10 = noise_buf[idx(noisex + 1, noisey)];
 617                                 v11 = noise_buf[idx(noisex + 1, noisey + 1)];
 618                         }
 619                 }
 620
 621                 v += step_y;
 622                 if (v >= 1.0) {
 623                         v -= 1.0;
 624                         noisey++;
 625                 }
 626         }
 627 }
 628 #undef idx
 629
 630
 631 #define idx(x, y, z) ((z) * nly * nlx + (y) * nlx + (x))
 632 void Noise::gradientMap3D(
 633                 float x, float y, float z,
 634                 float step_x, float step_y, float step_z,
 635                 int seed)
 636 {
 637         float v000, v010, v100, v110;
 638         float v001, v011, v101, v111;
 639         float u, v, w, orig_u, orig_v;
 640         int index, i, j, k, x0, y0, z0, noisex, noisey, noisez;
 641         int nlx, nly, nlz;
 642
 643         Interp3dFxn interpolate = (np.flags & NOISE_FLAG_EASED) ?
 644                 triLinearInterpolation : triLinearInterpolationNoEase;
 645
 646         x0 = floor(x);
 647         y0 = floor(y);
 648         z0 = floor(z);
 649         u = x - (float)x0;
 650         v = y - (float)y0;
 651         w = z - (float)z0;
 652         orig_u = u;
 653         orig_v = v;
 654
 655         //calculate noise point lattice
 656         nlx = (int)(u + sx * step_x) + 2;
 657         nly = (int)(v + sy * step_y) + 2;
 658         nlz = (int)(w + sz * step_z) + 2;
 659         index = 0;
 660         for (k = 0; k != nlz; k++)
 661                 for (j = 0; j != nly; j++)
 662                         for (i = 0; i != nlx; i++)
 663                                 noise_buf[index++] = noise3d(x0 + i, y0 + j, z0 + k, seed);
 664
 665         //calculate interpolations
 666         index  = 0;
 667         noisey = 0;
 668         noisez = 0;
 669         for (k = 0; k != sz; k++) {
 670                 v = orig_v;
 671                 noisey = 0;
 672                 for (j = 0; j != sy; j++) {
 673                         v000 = noise_buf[idx(0, noisey,     noisez)];
 674                         v100 = noise_buf[idx(1, noisey,     noisez)];
 675                         v010 = noise_buf[idx(0, noisey + 1, noisez)];
 676                         v110 = noise_buf[idx(1, noisey + 1, noisez)];
 677                         v001 = noise_buf[idx(0, noisey,     noisez + 1)];
 678                         v101 = noise_buf[idx(1, noisey,     noisez + 1)];
 679                         v011 = noise_buf[idx(0, noisey + 1, noisez + 1)];
 680                         v111 = noise_buf[idx(1, noisey + 1, noisez + 1)];
 681
 682                         u = orig_u;
 683                         noisex = 0;
 684                         for (i = 0; i != sx; i++) {
 685                                 gradient_buf[index++] = interpolate(
 686                                         v000, v100, v010, v110,
 687                                         v001, v101, v011, v111,
 688                                         u, v, w);
 689
 690                                 u += step_x;
 691                                 if (u >= 1.0) {
 692                                         u -= 1.0;
 693                                         noisex++;
 694                                         v000 = v100;
 695                                         v010 = v110;
 696                                         v100 = noise_buf[idx(noisex + 1, noisey,     noisez)];
 697                                         v110 = noise_buf[idx(noisex + 1, noisey + 1, noisez)];
 698                                         v001 = v101;
 699                                         v011 = v111;
 700                                         v101 = noise_buf[idx(noisex + 1, noisey,     noisez + 1)];
 701                                         v111 = noise_buf[idx(noisex + 1, noisey + 1, noisez + 1)];
 702                                 }
 703                         }
 704
 705                         v += step_y;
 706                         if (v >= 1.0) {
 707                                 v -= 1.0;
 708                                 noisey++;
 709                         }
 710                 }
 711
 712                 w += step_z;
 713                 if (w >= 1.0) {
 714                         w -= 1.0;
 715                         noisez++;
 716                 }
 717         }
 718 }
 719 #undef idx
 720
 721
 722 float *Noise::perlinMap2D(float x, float y, float *persistence_map)
 723 {
 724         float f = 1.0, g = 1.0;
 725         size_t bufsize = sx * sy;
 726
 727         x /= np.spread.X;
 728         y /= np.spread.Y;
 729
 730         memset(result, 0, sizeof(float) * bufsize);
 731
 732         if (persistence_map) {
 733                 if (!persist_buf)
 734                         persist_buf = new float[bufsize];
 735                 for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
 736                         persist_buf[i] = 1.0;
 737         }
 738
 739         for (size_t oct = 0; oct < np.octaves; oct++) {
 740                 gradientMap2D(x * f, y * f,
 741                         f / np.spread.X, f / np.spread.Y,
 742                         seed + np.seed + oct);
 743
 744                 updateResults(g, persist_buf, persistence_map, bufsize);
 745
 746                 f *= np.lacunarity;
 747                 g *= np.persist;
 748         }
 749
 750         if (fabs(np.offset - 0.f) > 0.00001 || fabs(np.scale - 1.f) > 0.00001) {
 751                 for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
 752                         result[i] = result[i] * np.scale + np.offset;
 753         }
 754
 755         return result;
 756 }
 757
 758
 759 float *Noise::perlinMap3D(float x, float y, float z, float *persistence_map)
 760 {
 761         float f = 1.0, g = 1.0;
 762         size_t bufsize = sx * sy * sz;
 763
 764         x /= np.spread.X;
 765         y /= np.spread.Y;
 766         z /= np.spread.Z;
 767
 768         memset(result, 0, sizeof(float) * bufsize);
 769
 770         if (persistence_map) {
 771                 if (!persist_buf)
 772                         persist_buf = new float[bufsize];
 773                 for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
 774                         persist_buf[i] = 1.0;
 775         }
 776
 777         for (size_t oct = 0; oct < np.octaves; oct++) {
 778                 gradientMap3D(x * f, y * f, z * f,
 779                         f / np.spread.X, f / np.spread.Y, f / np.spread.Z,
 780                         seed + np.seed + oct);
 781
 782                 updateResults(g, persist_buf, persistence_map, bufsize);
 783
 784                 f *= np.lacunarity;
 785                 g *= np.persist;
 786         }
 787
 788         if (fabs(np.offset - 0.f) > 0.00001 || fabs(np.scale - 1.f) > 0.00001) {
 789                 for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
 790                         result[i] = result[i] * np.scale + np.offset;
 791         }
 792
 793         return result;
 794 }
 795
 796
 797 void Noise::updateResults(float g, float *gmap,
 798         float *persistence_map, size_t bufsize)
 799 {
 800         // This looks very ugly, but it is 50-70% faster than having
 801         // conditional statements inside the loop
 802         if (np.flags & NOISE_FLAG_ABSVALUE) {
 803                 if (persistence_map) {
 804                         for (size_t i = 0; i != bufsize; i++) {
 805                                 result[i] += gmap[i] * fabs(gradient_buf[i]);
 806                                 gmap[i] *= persistence_map[i];
 807                         }
 808                 } else {
 809                         for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
 810                                 result[i] += g * fabs(gradient_buf[i]);
 811                 }
 812         } else {
 813                 if (persistence_map) {
 814                         for (size_t i = 0; i != bufsize; i++) {
 815                                 result[i] += gmap[i] * gradient_buf[i];
 816                                 gmap[i] *= persistence_map[i];
 817                         }
 818                 } else {
 819                         for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
 820                                 result[i] += g * gradient_buf[i];
 821                 }
 822         }
 823 }