]> git.lizzy.rs Git - minetest.git/blobdiff - src/noise.cpp
Fix CAO light calculation issue
[minetest.git] / src / noise.cpp
index 2ddc3926f56ca430a6010b06aa281010c24f4d89..99624f80d36097c2457a61d00ba299c934db01a3 100644 (file)
  * ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  */
 
-#include <math.h>
+#include <cmath>
 #include "noise.h"
 #include <iostream>
-#include <string.h> // memset
+#include <cstring> // memset
 #include "debug.h"
 #include "util/numeric.h"
 #include "util/string.h"
 #define NOISE_MAGIC_X    1619
 #define NOISE_MAGIC_Y    31337
 #define NOISE_MAGIC_Z    52591
-#define NOISE_MAGIC_SEED 1013
-
-typedef float (*Interp2dFxn)(
-               float v00, float v10, float v01, float v11,
-               float x, float y);
-
-typedef float (*Interp3dFxn)(
-               float v000, float v100, float v010, float v110,
-               float v001, float v101, float v011, float v111,
-               float x, float y, float z);
-
-float cos_lookup[16] = {
-       1.0,  0.9238,  0.7071,  0.3826, 0, -0.3826, -0.7071, -0.9238,
-       1.0, -0.9238, -0.7071, -0.3826, 0,  0.3826,  0.7071,  0.9238
-};
+// Unsigned magic seed prevents undefined behavior.
+#define NOISE_MAGIC_SEED 1013U
 
 FlagDesc flagdesc_noiseparams[] = {
        {"defaults",    NOISE_FLAG_DEFAULTS},
@@ -93,22 +80,31 @@ u32 PcgRandom::range(u32 bound)
        // If the bound is 0, we cover the whole RNG's range
        if (bound == 0)
                return next();
+
        /*
-       If the bound is not a multiple of the RNG's range, it may cause bias,
-       e.g. a RNG has a range from 0 to 3 and we take want a number 0 to 2.
-       Using rand() % 3, the number 0 would be twice as likely to appear.
-       With a very large RNG range, the effect becomes less prevalent but
-       still present.  This can be solved by modifying the range of the RNG
-       to become a multiple of bound by dropping values above the a threshold.
-       In our example, threshold == 4 - 3 = 1 % 3 == 1, so reject 0, thus
-       making the range 3 with no bias.
-
-       This loop looks dangerous, but will always terminate due to the
-       RNG's property of uniformity.
+               This is an optimization of the expression:
+                 0x100000000ull % bound
+               since 64-bit modulo operations typically much slower than 32.
        */
        u32 threshold = -bound % bound;
        u32 r;
 
+       /*
+               If the bound is not a multiple of the RNG's range, it may cause bias,
+               e.g. a RNG has a range from 0 to 3 and we take want a number 0 to 2.
+               Using rand() % 3, the number 0 would be twice as likely to appear.
+               With a very large RNG range, the effect becomes less prevalent but
+               still present.
+
+               This can be solved by modifying the range of the RNG to become a
+               multiple of bound by dropping values above the a threshold.
+
+               In our example, threshold == 4 % 3 == 1, so reject values < 1
+               (that is, 0), thus making the range == 3 with no bias.
+
+               This loop may look dangerous, but will always terminate due to the
+               RNG's property of uniformity.
+       */
        while ((r = next()) < threshold)
                ;
 
@@ -121,7 +117,9 @@ s32 PcgRandom::range(s32 min, s32 max)
        if (max < min)
                throw PrngException("Invalid range (max < min)");
 
-       u32 bound = max - min + 1;
+       // We have to cast to s64 because otherwise this could overflow,
+       // and signed overflow is undefined behavior.
+       u32 bound = (s64)max - (s64)min + 1;
        return range(bound) + min;
 }
 
@@ -156,7 +154,7 @@ s32 PcgRandom::randNormalDist(s32 min, s32 max, int num_trials)
 
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
-float noise2d(int x, int y, int seed)
+float noise2d(int x, int y, s32 seed)
 {
        unsigned int n = (NOISE_MAGIC_X * x + NOISE_MAGIC_Y * y
                        + NOISE_MAGIC_SEED * seed) & 0x7fffffff;
@@ -166,7 +164,7 @@ float noise2d(int x, int y, int seed)
 }
 
 
-float noise3d(int x, int y, int z, int seed)
+float noise3d(int x, int y, int z, s32 seed)
 {
        unsigned int n = (NOISE_MAGIC_X * x + NOISE_MAGIC_Y * y + NOISE_MAGIC_Z * z
                        + NOISE_MAGIC_SEED * seed) & 0x7fffffff;
@@ -191,51 +189,38 @@ inline float linearInterpolation(float v0, float v1, float t)
 inline float biLinearInterpolation(
        float v00, float v10,
        float v01, float v11,
-       float x, float y)
-{
-       float tx = easeCurve(x);
-       float ty = easeCurve(y);
-       float u = linearInterpolation(v00, v10, tx);
-       float v = linearInterpolation(v01, v11, tx);
-       return linearInterpolation(u, v, ty);
-}
-
-
-inline float biLinearInterpolationNoEase(
-       float v00, float v10,
-       float v01, float v11,
-       float x, float y)
+       float x, float y,
+       bool eased)
 {
+       // Inlining will optimize this branch out when possible
+       if (eased) {
+               x = easeCurve(x);
+               y = easeCurve(y);
+       }
        float u = linearInterpolation(v00, v10, x);
        float v = linearInterpolation(v01, v11, x);
        return linearInterpolation(u, v, y);
 }
 
 
-float triLinearInterpolation(
+inline float triLinearInterpolation(
        float v000, float v100, float v010, float v110,
        float v001, float v101, float v011, float v111,
-       float x, float y, float z)
+       float x, float y, float z,
+       bool eased)
 {
-       float tx = easeCurve(x);
-       float ty = easeCurve(y);
-       float tz = easeCurve(z);
-       float u = biLinearInterpolationNoEase(v000, v100, v010, v110, tx, ty);
-       float v = biLinearInterpolationNoEase(v001, v101, v011, v111, tx, ty);
-       return linearInterpolation(u, v, tz);
-}
-
-float triLinearInterpolationNoEase(
-       float v000, float v100, float v010, float v110,
-       float v001, float v101, float v011, float v111,
-       float x, float y, float z)
-{
-       float u = biLinearInterpolationNoEase(v000, v100, v010, v110, x, y);
-       float v = biLinearInterpolationNoEase(v001, v101, v011, v111, x, y);
+       // Inlining will optimize this branch out when possible
+       if (eased) {
+               x = easeCurve(x);
+               y = easeCurve(y);
+               z = easeCurve(z);
+       }
+       float u = biLinearInterpolation(v000, v100, v010, v110, x, y, false);
+       float v = biLinearInterpolation(v001, v101, v011, v111, x, y, false);
        return linearInterpolation(u, v, z);
 }
 
-float noise2d_gradient(float x, float y, int seed, bool eased)
+float noise2d_gradient(float x, float y, s32 seed, bool eased)
 {
        // Calculate the integer coordinates
        int x0 = myfloor(x);
@@ -249,14 +234,11 @@ float noise2d_gradient(float x, float y, int seed, bool eased)
        float v01 = noise2d(x0, y0+1, seed);
        float v11 = noise2d(x0+1, y0+1, seed);
        // Interpolate
-       if (eased)
-               return biLinearInterpolation(v00, v10, v01, v11, xl, yl);
-       else
-               return biLinearInterpolationNoEase(v00, v10, v01, v11, xl, yl);
+       return biLinearInterpolation(v00, v10, v01, v11, xl, yl, eased);
 }
 
 
-float noise3d_gradient(float x, float y, float z, int seed, bool eased)
+float noise3d_gradient(float x, float y, float z, s32 seed, bool eased)
 {
        // Calculate the integer coordinates
        int x0 = myfloor(x);
@@ -276,21 +258,15 @@ float noise3d_gradient(float x, float y, float z, int seed, bool eased)
        float v011 = noise3d(x0,     y0 + 1, z0 + 1, seed);
        float v111 = noise3d(x0 + 1, y0 + 1, z0 + 1, seed);
        // Interpolate
-       if (eased) {
-               return triLinearInterpolation(
-                       v000, v100, v010, v110,
-                       v001, v101, v011, v111,
-                       xl, yl, zl);
-       } else {
-               return triLinearInterpolationNoEase(
-                       v000, v100, v010, v110,
-                       v001, v101, v011, v111,
-                       xl, yl, zl);
-       }
+       return triLinearInterpolation(
+               v000, v100, v010, v110,
+               v001, v101, v011, v111,
+               xl, yl, zl,
+               eased);
 }
 
 
-float noise2d_perlin(float x, float y, int seed,
+float noise2d_perlin(float x, float y, s32 seed,
        int octaves, float persistence, bool eased)
 {
        float a = 0;
@@ -306,54 +282,9 @@ float noise2d_perlin(float x, float y, int seed,
 }
 
 
-float noise2d_perlin_abs(float x, float y, int seed,
-       int octaves, float persistence, bool eased)
-{
-       float a = 0;
-       float f = 1.0;
-       float g = 1.0;
-       for (int i = 0; i < octaves; i++) {
-               a += g * fabs(noise2d_gradient(x * f, y * f, seed + i, eased));
-               f *= 2.0;
-               g *= persistence;
-       }
-       return a;
-}
-
-
-float noise3d_perlin(float x, float y, float z, int seed,
-       int octaves, float persistence, bool eased)
-{
-       float a = 0;
-       float f = 1.0;
-       float g = 1.0;
-       for (int i = 0; i < octaves; i++) {
-               a += g * noise3d_gradient(x * f, y * f, z * f, seed + i, eased);
-               f *= 2.0;
-               g *= persistence;
-       }
-       return a;
-}
-
-
-float noise3d_perlin_abs(float x, float y, float z, int seed,
-       int octaves, float persistence, bool eased)
-{
-       float a = 0;
-       float f = 1.0;
-       float g = 1.0;
-       for (int i = 0; i < octaves; i++) {
-               a += g * fabs(noise3d_gradient(x * f, y * f, z * f, seed + i, eased));
-               f *= 2.0;
-               g *= persistence;
-       }
-       return a;
-}
-
-
 float contour(float v)
 {
-       v = fabs(v);
+       v = std::fabs(v);
        if (v >= 1.0)
                return 0.0;
        return (1.0 - v);
@@ -363,7 +294,7 @@ float contour(float v)
 ///////////////////////// [ New noise ] ////////////////////////////
 
 
-float NoisePerlin2D(NoiseParams *np, float x, float y, int seed)
+float NoisePerlin2D(const NoiseParams *np, float x, float y, s32 seed)
 {
        float a = 0;
        float f = 1.0;
@@ -378,7 +309,7 @@ float NoisePerlin2D(NoiseParams *np, float x, float y, int seed)
                        np->flags & (NOISE_FLAG_DEFAULTS | NOISE_FLAG_EASED));
 
                if (np->flags & NOISE_FLAG_ABSVALUE)
-                       noiseval = fabs(noiseval);
+                       noiseval = std::fabs(noiseval);
 
                a += g * noiseval;
                f *= np->lacunarity;
@@ -389,7 +320,7 @@ float NoisePerlin2D(NoiseParams *np, float x, float y, int seed)
 }
 
 
-float NoisePerlin3D(NoiseParams *np, float x, float y, float z, int seed)
+float NoisePerlin3D(const NoiseParams *np, float x, float y, float z, s32 seed)
 {
        float a = 0;
        float f = 1.0;
@@ -405,7 +336,7 @@ float NoisePerlin3D(NoiseParams *np, float x, float y, float z, int seed)
                        np->flags & NOISE_FLAG_EASED);
 
                if (np->flags & NOISE_FLAG_ABSVALUE)
-                       noiseval = fabs(noiseval);
+                       noiseval = std::fabs(noiseval);
 
                a += g * noiseval;
                f *= np->lacunarity;
@@ -416,18 +347,14 @@ float NoisePerlin3D(NoiseParams *np, float x, float y, float z, int seed)
 }
 
 
-Noise::Noise(NoiseParams *np_, int seed, u32 sx, u32 sy, u32 sz)
+Noise::Noise(const NoiseParams *np_, s32 seed, u32 sx, u32 sy, u32 sz)
 {
-       memcpy(&np, np_, sizeof(np));
+       np = *np_;
        this->seed = seed;
        this->sx   = sx;
        this->sy   = sy;
        this->sz   = sz;
 
-       this->persist_buf  = NULL;
-       this->gradient_buf = NULL;
-       this->result       = NULL;
-
        allocBuffers();
 }
 
@@ -496,28 +423,37 @@ void Noise::setOctaves(int octaves)
 
 void Noise::resizeNoiseBuf(bool is3d)
 {
-       //maximum possible spread value factor
+       // Maximum possible spread value factor
        float ofactor = (np.lacunarity > 1.0) ?
                pow(np.lacunarity, np.octaves - 1) :
                np.lacunarity;
 
-       // noise lattice point count
+       // Noise lattice point count
        // (int)(sz * spread * ofactor) is # of lattice points crossed due to length
        float num_noise_points_x = sx * ofactor / np.spread.X;
        float num_noise_points_y = sy * ofactor / np.spread.Y;
        float num_noise_points_z = sz * ofactor / np.spread.Z;
 
-       // protect against obviously invalid parameters
+       // Protect against obviously invalid parameters
        if (num_noise_points_x > 1000000000.f ||
-               num_noise_points_y > 1000000000.f ||
-               num_noise_points_z > 1000000000.f)
+                       num_noise_points_y > 1000000000.f ||
+                       num_noise_points_z > 1000000000.f)
                throw InvalidNoiseParamsException();
 
+       // Protect against an octave having a spread < 1, causing broken noise values
+       if (np.spread.X / ofactor < 1.0f ||
+                       np.spread.Y / ofactor < 1.0f ||
+                       np.spread.Z / ofactor < 1.0f) {
+               errorstream << "A noise parameter has too many octaves: "
+                       << np.octaves << " octaves" << std::endl;
+               throw InvalidNoiseParamsException("A noise parameter has too many octaves");
+       }
+
        // + 2 for the two initial endpoints
        // + 1 for potentially crossing a boundary due to offset
-       size_t nlx = (size_t)ceil(num_noise_points_x) + 3;
-       size_t nly = (size_t)ceil(num_noise_points_y) + 3;
-       size_t nlz = is3d ? (size_t)ceil(num_noise_points_z) + 3 : 1;
+       size_t nlx = (size_t)std::ceil(num_noise_points_x) + 3;
+       size_t nly = (size_t)std::ceil(num_noise_points_y) + 3;
+       size_t nlz = is3d ? (size_t)std::ceil(num_noise_points_z) + 3 : 1;
 
        delete[] noise_buf;
        try {
@@ -543,7 +479,7 @@ void Noise::resizeNoiseBuf(bool is3d)
 void Noise::gradientMap2D(
                float x, float y,
                float step_x, float step_y,
-               int seed)
+               s32 seed)
 {
        float v00, v01, v10, v11, u, v, orig_u;
        u32 index, i, j, noisex, noisey;
@@ -551,11 +487,8 @@ void Noise::gradientMap2D(
        s32 x0, y0;
 
        bool eased = np.flags & (NOISE_FLAG_DEFAULTS | NOISE_FLAG_EASED);
-       Interp2dFxn interpolate = eased ?
-               biLinearInterpolation : biLinearInterpolationNoEase;
-
-       x0 = floor(x);
-       y0 = floor(y);
+       x0 = std::floor(x);
+       y0 = std::floor(y);
        u = x - (float)x0;
        v = y - (float)y0;
        orig_u = u;
@@ -580,7 +513,8 @@ void Noise::gradientMap2D(
                u = orig_u;
                noisex = 0;
                for (i = 0; i != sx; i++) {
-                       gradient_buf[index++] = interpolate(v00, v10, v01, v11, u, v);
+                       gradient_buf[index++] =
+                               biLinearInterpolation(v00, v10, v01, v11, u, v, eased);
 
                        u += step_x;
                        if (u >= 1.0) {
@@ -607,7 +541,7 @@ void Noise::gradientMap2D(
 void Noise::gradientMap3D(
                float x, float y, float z,
                float step_x, float step_y, float step_z,
-               int seed)
+               s32 seed)
 {
        float v000, v010, v100, v110;
        float v001, v011, v101, v111;
@@ -616,12 +550,11 @@ void Noise::gradientMap3D(
        u32 nlx, nly, nlz;
        s32 x0, y0, z0;
 
-       Interp3dFxn interpolate = (np.flags & NOISE_FLAG_EASED) ?
-               triLinearInterpolation : triLinearInterpolationNoEase;
+       bool eased = np.flags & NOISE_FLAG_EASED;
 
-       x0 = floor(x);
-       y0 = floor(y);
-       z0 = floor(z);
+       x0 = std::floor(x);
+       y0 = std::floor(y);
+       z0 = std::floor(z);
        u = x - (float)x0;
        v = y - (float)y0;
        w = z - (float)z0;
@@ -658,10 +591,11 @@ void Noise::gradientMap3D(
                        u = orig_u;
                        noisex = 0;
                        for (i = 0; i != sx; i++) {
-                               gradient_buf[index++] = interpolate(
+                               gradient_buf[index++] = triLinearInterpolation(
                                        v000, v100, v010, v110,
                                        v001, v101, v011, v111,
-                                       u, v, w);
+                                       u, v, w,
+                                       eased);
 
                                u += step_x;
                                if (u >= 1.0) {
@@ -723,7 +657,7 @@ float *Noise::perlinMap2D(float x, float y, float *persistence_map)
                g *= np.persist;
        }
 
-       if (fabs(np.offset - 0.f) > 0.00001 || fabs(np.scale - 1.f) > 0.00001) {
+       if (std::fabs(np.offset - 0.f) > 0.00001 || std::fabs(np.scale - 1.f) > 0.00001) {
                for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
                        result[i] = result[i] * np.scale + np.offset;
        }
@@ -761,7 +695,7 @@ float *Noise::perlinMap3D(float x, float y, float z, float *persistence_map)
                g *= np.persist;
        }
 
-       if (fabs(np.offset - 0.f) > 0.00001 || fabs(np.scale - 1.f) > 0.00001) {
+       if (std::fabs(np.offset - 0.f) > 0.00001 || std::fabs(np.scale - 1.f) > 0.00001) {
                for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
                        result[i] = result[i] * np.scale + np.offset;
        }
@@ -771,19 +705,19 @@ float *Noise::perlinMap3D(float x, float y, float z, float *persistence_map)
 
 
 void Noise::updateResults(float g, float *gmap,
-       float *persistence_map, size_t bufsize)
+       const float *persistence_map, size_t bufsize)
 {
        // This looks very ugly, but it is 50-70% faster than having
        // conditional statements inside the loop
        if (np.flags & NOISE_FLAG_ABSVALUE) {
                if (persistence_map) {
                        for (size_t i = 0; i != bufsize; i++) {
-                               result[i] += gmap[i] * fabs(gradient_buf[i]);
+                               result[i] += gmap[i] * std::fabs(gradient_buf[i]);
                                gmap[i] *= persistence_map[i];
                        }
                } else {
                        for (size_t i = 0; i != bufsize; i++)
-                               result[i] += g * fabs(gradient_buf[i]);
+                               result[i] += g * std::fabs(gradient_buf[i]);
                }
        } else {
                if (persistence_map) {