X-Git-Url: http://nitlanguage.org diff --git a/lib/noise.nit b/lib/noise.nit index 9c77d5c..cf4d0fa 100644 --- a/lib/noise.nit +++ b/lib/noise.nit @@ -12,8 +12,10 @@ # See the License for the specific language governing permissions and # limitations under the License. -# Provides the noise generators `PerlinNoise` and `InterpolatedNoise` -module noise +# Noise generators `PerlinNoise` and `InterpolatedNoise` +module noise is serialize + +import serialization # 2D noise generator abstract class Noise @@ -64,7 +66,7 @@ abstract class Noise # Seed to the random number generator `gradient_vector` # # By default, `seed` has a random value created with `Int::rand`. - var seed: Int = 19559.rand is lazy, writable + var seed: Int = 19511359.rand is lazy, writable end # 2D Perlin noise generator using layered `InterpolatedNoise` @@ -114,36 +116,36 @@ end # ## Result at seed == 0 # # ~~~raw -# 7778887888899999888777666666666666666667777877776666666677777777788888 -# 7788877788899999998877776666666666666667777777766666666667777777778888 -# 77877777888999aa999888777777776666666667777777666666666666667777778888 -# 7777777888899aaaa99988877777776666666667777777666666666666667777778888 -# 7777777888899aaaa99998877777776666666667777777666666666666666777778888 -# 7777778888999aaaa99999887777777666666666777667666666666656667777788888 -# 7777778888899aaaa99999888877776666666666666666666666666555666777888888 -# 7777778888999aaaa99999888887777666666666666666666666666555666778888888 -# 6677778888999aaaa99999888887777666666677766666666666666555667778888888 -# 6677788889999aaa999998888877777766666677766667666666666656667788888888 -# 777788889999999a999998888777777766666677777777766666666666667788888888 -# 6677888899999999999988888777667776677777777777766666666666666788888888 -# 6677888999999999999988888776667777777777777777766666665566666788888888 -# 6777788999999999998888887766667777777777777777666666665566666788888889 -# 6777788999999999998888877766677777777777777777667666655566666788988999 -# 7777888999988999988888877766677777777777877777777665555666667788999999 -# 6778888899888889988888877766666777777777777776666665555666667888999999 -# 7788888899888888888888877666666777777777777766666665556666677888898999 -# 7788888899888888888888776666666777777777777666666666566666677888899999 -# 7788889998888888888877766666666777777777777666666666666666777888899999 -# 7888999988888888888777666666666777777777776666666666666667777788899988 -# 7888999988888887777776666666666777777777776666766666666677788888899988 -# 7788999998888877777776666666666777777777776667776666667778888888899988 -# 7788999988888777777776666666666777776677766777776677777788888889999988 -# 6788999988888777777766666666666677676677667777766677777888999999999998 -# 7788888888888777777776666666666666676677777776666777778889999999999998 -# 6778888888888777777766666566666666667777666776667777888999999999999999 -# 6778888888888777777766666566666666667776666776667778889999999999999999 -# 6778888888777777777666666566666666667776666777677788899999999999888999 -# 6777787777777777776666666666666666677777677777777888999999999998888899 +# 76666555444322234567789abbcbbaabbaa98777766665665566667888987655444444 +# 776665554443322234567789abbbbbbbbba98777766666665556666788998654444444 +# 777766544443322234566789abbbbbbbbaa99877777776665556666788888655444444 +# 777776444443322244556679abbbccbbbaa99877777776655556666688888655444444 +# 777766444444332244555678abbbccbbbaa99887787877655556666678888654444444 +# 8887654344443333444456789abcccbbaa999877888886555555666688777654444455 +# 8887654344443333444456789abbcdcbaa999887889887655555566677777654444456 +# 7876654434444444444456778abbcccaaa999888899888655555566677777654444556 +# 78765544344445544444567789bbccca99999888899988765555566666667654445566 +# 77765444344455554445567889bbccba99999998999988765555566555666654445667 +# 7765444334555665445556788abbbba988998999999988765555566545556554456677 +# 87654444334556655455567899bbbba998888899999887766555566544556555456777 +# 87655444334566665555567899bbbbba98888899988888776555566544556555556777 +# 97655544334566665555567899abbbba98888899988888776555655544456555667777 +# 97655544444566665556667899aaaaba98888999877777776555555444456666667777 +# 866555444456666666566789999aaaaa98889998877777766556544443456667777777 +# 976555445556776666666789aa99aaaa98889998876777666555544444456677887777 +# 9765554556667777776667899999aaaa98889988876676666555443444446678888888 +# 87655555666777788766678999899aaa99889988776666666554433344446789998888 +# 876555566777788888766889998899a999889987776666666543333334456899a99899 +# 766556677877889998877888888889a99998888777666666653222233345799aaa999a +# 6665556777777899998878988888899999999887777656666543222233446899aa999a +# 6655456777777899999888988888889999a988887776566666532222233457899a999a +# 665555677777789999998998888878899aa9888887765666655322222234578899aa9a +# 665555677777789999a98888888877899aa9888887766666655322222234467899aa9a +# 65666677667778999aaa988878877789aaa9888887776676654322222344467889aa9a +# 55566677767788899aaa987777777789aaa9888887776666654322222344567889aaa9 +# 5566767777788889aaaa987777777789aaaa988887777666555432122344556899aaa9 +# 5567777777788889aaaa977777777789aaaa99888777766555543212234555689aaaaa +# 5667877777889989aaa9876677777889aaaa99888777765554443212334555689aaaaa # ~~~ class PerlinNoise super Noise @@ -195,7 +197,7 @@ class PerlinNoise # Used to get seeds for layers from the previous layers or `seed`. protected fun pseudo_random(value: Int): Int do - return value + 2935391 % 954847 + return (value * 3537391).mask % 1291377 end end @@ -241,36 +243,36 @@ end # ## Result at seed == 0 # # ~~~raw -# 8777766666666666777787777666666666667777888999aaaaaaaaa999888777766666 -# 88877776666666667777777766666666666667777889999aaaaaaa9999887777666666 -# 98887777776666667777777666666666666666777889999aaaaaaa9999887776666666 -# 998888777777766777777776666666666666667778889999aaaaa99998887776666666 -# a998888777777777777777666666666666666667778899999aaa999998877766666666 -# aa99888877777777777777666666655566666667778899999999999998877766666665 -# aa99988877777777777777666666555556666667778889999999999988877766666655 -# aaa9988887777777777777666665555555666667778889999999999988877766666555 -# baa9998887777777777776666665555555666666778889999999999988877666666555 -# baa9998887777777777776666665555555666666778889999999999988877666666555 -# baa9998887777777777776666655555555566666778889999999999988877666665555 -# baa9998887777777777776666665555555666666778889999999999988877666666555 -# baa9998887777777777776666665555555666666778889999999999988877666666555 -# aaa9988887777777777777666665555555666667778889999999999988877766666555 -# aa99988877777777777777666666555556666667778889999999999988877766666655 -# aa99888877777777777777666666655566666667778899999999999998877766666665 -# a998888777777777777777666666666666666667778899999aaa999998877766666666 -# 998888777777766777777776666666666666667778889999aaaaa99998887776666666 -# 98887777776666667777777666666666666666777889999aaaaaaa9999887776666666 -# 88877776666666667777777766666666666667777889999aaaaaaa9999887777666666 -# 8777766666666666777787777666666666667777888999aaaaaaaaa999888777766666 -# 777766666666666667777777777666677777778889999aaaaaaaaaa999887777666666 -# 7776666666666666667777777777777777778888999aaaaaaaaaaa9999887776666666 -# 777666666666666666777777777777777888889999aaaaaaaaaaaa9998887776666666 -# 7766666666666666666777777777778888889999aaaaaaaaaaaaa99998877766666666 -# 776666666555666666677777777888888899999aaaaaaaaaaaaaa99998877766666665 -# 7766666655555666666777777788888899999aaaaaaaaaaaaaaa999988877766666655 -# 776666655555556666677777788888999999aaaaaaaaaaaaaaaa999988877766666555 -# 7666666555555566666677778888899999aaaaaabbbbaaaaaaa9999888777666666555 -# 766666655555556666667778888899999aaaaaabbbbaaaaaaa99999888777666666555 +# 89abcddeeeeeeeddcba9877666555555555666778766555544444555566789abcddeee +# 789abcddeeeeeeddccba887766655555555566677766555544444555566779abcddeee +# 689abcddeeeeeeeddcba988776655555555555667666555554455555566778abccdeee +# 678abccdeeeeeeeedccba988766655555555555666655555555555556666789abcddee +# 5789abcddeeeeeeeddcba998776655544444555666655555555555556666789abcddee +# 5689abcddeeeeeeeedccba98776655544444455566555555555555566666789abccdde +# 4679abccdeeeffeeeddcba98776655444444445565555555555555666666789abbcddd +# 4678abccdeeeffeeeedcba98876555444444444555555555566666666666689aabccdd +# 46789abcdeeeeffeeedccb988765544443344445555566666666666666666789abccdd +# 45789abcddeeeffeeeddcb987765544433334445555666666666666666666789abbccd +# 45789abcddeeeeeeeeddcb987665444333333445556666666777777777766789aabccc +# 45789abcddeeeeeeeeddca987655443333333445566666777777777777776789aabbcc +# 45789abcddeeeeeeeedcca9876544333333333455666777777788877777767899aabbc +# 46789abcddeeeeeeeddcba9876544333222333455667777888888888877767899aabbb +# 46789abcdddeeeeedddcba87655433222223334566777888889998888877778899aabb +# 5678aabcdddeeeedddccb987654332222222334566778889999999998887778899aaab +# 5689abbcddddeedddccba9865443222222223345677889999aaaa99998877788999aaa +# 6789abbcddddddddccbba8765432221111223345678899aaaaaaaaaa9988778889999a +# 6789abccdddddddccbba9865433221111122344577899aabbbbbbbaaa9987788889999 +# 789abbccddddddccbba9876543211111111234567899aabbbccccbbbaa987788888899 +# 889abbccdddddccbba9886543211000001123456889abbcccccccccbba988888888888 +# 899abbcccddddcccbaa9875432211000011223457899abbcccccccccbba98888888888 +# 899abbccccddccccbba9876533211000001123456789aabccccddcccbbaa9998888888 +# 899abbccccccccccbbaa9765432111000011223456899abbcccdddcccbba9999988888 +# 899abbbcccccccccbbaa9865432211000011123456789abbccdddddcccbba999988888 +# 899aabbcccccccccbbaa9875433211100001122346789abbccddddddcccbaa99988888 +# 899aabbbcccccccbbbbaa876543211100001122345689aabccdddddddccbaaa9988887 +# 899aabbbbbbccbbbbbbaa876543221110001112335679aabccddddddddcbbaa9988877 +# 899aaabbbbbbbbbbbbbaa9765433211111111123356789abccddddddddccbaa9988777 +# 8999aaaabbbbbbbbbbaaa9765433221111111122356789abccdddeedddccbaa9988777 # ~~~ class InterpolatedNoise super Noise @@ -299,14 +301,17 @@ class InterpolatedNoise var ix1 = sx.lerp(n0, n1) var val = sy.lerp(ix0, ix1) - # Return value in [min...max] from val in [-0.5...0.5] + # Return value in [min...max] from val in [-1.0...1.0] + val /= 2.0 val += 0.5 return val.lerp(min, max) end - # Get the gradient vector at `x`, `y` on the axis `w` + # Get the component `w` of the gradient unit vector at `x`, `y` + # + # `w` at 0 targets the X axis, at 1 the Y axis. # - # Returns a value between 0.0 and 1.0. + # Returns a value between -1.0 and 1.0. # # Require: `w == 0 or w == 1` protected fun gradient_vector(x, y, w: Int): Float @@ -317,10 +322,22 @@ class InterpolatedNoise # # These magic prime numbers were determined good enough by # non-emperical experimentation. They may need to be changed/improved. - var i = 17957*seed + 45127*x + 22613*y + 36919*w - var mod = 19031 + var seed = 817721 + self.seed + var i = seed * (x+seed) * 25111217 * (y+seed) * 72233613 + var mod = 137121 + var angle = (i.mask.abs%mod).to_f*2.0*pi/mod.to_f + + # Debug code to evaluate the efficiency of the random angle generator + # The average of the produced angles should be at pi + # + #var sum = once new Container[Float](0.0) + #var count = once new Container[Float](0.0) + #sum.item += angle + #count.item += 1.0 + #if count.item.to_i % 1000 == 0 then print "avg:{sum.item/count.item}/{count.item} i:{i} a:{angle} ({x}, {y}: {seed})" - return (i%mod).to_f/mod.to_f + if w == 0 then return angle.cos + return angle.sin end private fun gradient_dot_product(ix, iy: Int, x, y: Float): Float @@ -331,3 +348,83 @@ class InterpolatedNoise return dx*gradient_vector(ix, iy, 0) + dy*gradient_vector(ix, iy, 1) end end + +redef universal Int + # The value of the least-significant 30 bits of `self` + # + # This mask is used as compatibility with 32 bits architecture. + # The missing 2 bits are used to tag integers by the Nit system. + private fun mask: Int + do + return self & 0x3FFF_FFFF + end +end + +redef universal Float + # Smoothened `self`, used by `ImprovedNoise` + private fun fade: Float do return self*self*self*(self*(self*6.0-15.0)+10.0) +end + +# Direct translation of Ken Perlin's improved noise Java implementation +# +# This implementation differs from `PerlinNoise` on two main points. +# This noise is calculated for a 3D point, vs 2D in `PerlinNoise`. +# `PerlinNoise` is based off a customizable seed, while this noise has a static data source. +class ImprovedNoise + + # Permutations + private var p: Array[Int] = [151,160,137,91,90,15, + 131,13,201,95,96,53,194,233,7,225,140,36,103,30,69,142,8,99,37,240,21,10,23, + 190, 6,148,247,120,234,75,0,26,197,62,94,252,219,203,117,35,11,32,57,177,33, + 88,237,149,56,87,174,20,125,136,171,168, 68,175,74,165,71,134,139,48,27,166, + 77,146,158,231,83,111,229,122,60,211,133,230,220,105,92,41,55,46,245,40,244, + 102,143,54, 65,25,63,161, 1,216,80,73,209,76,132,187,208, 89,18,169,200,196, + 135,130,116,188,159,86,164,100,109,198,173,186, 3,64,52,217,226,250,124,123, + 5,202,38,147,118,126,255,82,85,212,207,206,59,227,47,16,58,17,182,189,28,42, + 223,183,170,213,119,248,152, 2,44,154,163, 70,221,153,101,155,167, 43,172,9, + 129,22,39,253, 19,98,108,110,79,113,224,232,178,185, 112,104,218,246,97,228, + 251,34,242,193,238,210,144,12,191,179,162,241, 81,51,145,235,249,14,239,107, + 49,192,214, 31,181,199,106,157,184, 84,204,176,115,121,50,45,127, 4,150,254, + 138,236,205,93,222,114,67,29,24,72,243,141,128,195,78,66,215,61,156,180] * 2 + + # Noise value in [-1..1] at 3D coordinates `x, y, z` + fun noise(x, y, z: Float): Float + do + var xx = x.floor.to_i & 255 + var yy = y.floor.to_i & 255 + var zz = z.floor.to_i & 255 + + x -= x.floor + y -= y.floor + z -= z.floor + + var u = x.fade + var v = y.fade + var w = z.fade + + var a = p[xx ] + yy + var aa = p[a ] + zz + var ab = p[a+1 ] + zz + var b = p[xx+1] + yy + var ba = p[b ] + zz + var bb = p[b+1 ] + zz + + return w.lerp(v.lerp(u.lerp(grad(p[aa ], x, y, z ), + grad(p[ba ], x-1.0, y, z )), + u.lerp(grad(p[ab ], x, y-1.0, z ), + grad(p[bb ], x-1.0, y-1.0, z ))), + v.lerp(u.lerp(grad(p[aa+1], x, y, z-1.0), + grad(p[ba+1], x-1.0, y, z-1.0)), + u.lerp(grad(p[ab+1], x, y-1.0, z-1.0), + grad(p[bb+1], x-1.0, y-1.0, z-1.0)))) + end + + # Value at a corner of the grid + private fun grad(hash: Int, x, y, z: Float): Float + do + var h = hash & 15 + var u = if h < 8 then x else y + var v = if h < 4 then y else if h == 12 or h == 14 then x else z + return (if h.is_even then u else -u) + (if h & 2 == 0 then v else -v) + end +end