xref: /NW4C-1.3.3/include/nw/demo/demo_Particle.h

/*---------------------------------------------------------------------------*
  Project:  NintendoWare
  File:     demo_Particle.h

  Copyright (C)2009-2010 Nintendo Co., Ltd./HAL Laboratory, Inc.  All rights reserved.

  These coded instructions, statements, and computer programs contain
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  $Revision: 28494 $
 *---------------------------------------------------------------------------*/

#ifndef NW_DEMO_PARTICLE_H_
#define NW_DEMO_PARTICLE_H_

#include <nw/gfx.h>
#include <nw/ut.h>
#include <nw/demo/demo_GraphicsSystem.h>

namespace nw
{

namespace demo
{

//! @brief パーティクル管理用のクラスです。
//! Transformノードに管理用の情報を付加しています。
class ParticleHandle : public gfx::TransformNode
{
private:
    NW_DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(ParticleHandle);

public:
    NW_UT_RUNTIME_TYPEINFO;

    //----------------------------------------
    //! @name 作成／破棄
    //@{

    //! @brief シーンノードを動的に構築するためのクラスです。
    //!
    //! IsFixedSizeMemory の初期値は true です。false に変更すると、各種最大数の設定は無視されます。
    class DynamicBuilder
    {
    public:
        //! コンストラクタです。
        DynamicBuilder() {}
        //! デストラクタです。
        ~DynamicBuilder() {}

        //! @brief 生成時以外にもメモリを確保するかどうかのフラグを設定します。
        //!
        //!        true を指定すると、生成時のみ固定サイズのメモリ確保を行います。
        //!
        //!        false を指定すると、生成時以外にも必要に応じて動的にメモリ確保が行われます。
        DynamicBuilder& IsFixedSizeMemory(bool isFixedSizeMemory)
        {
            m_Description.isFixedSizeMemory = isFixedSizeMemory;
            return *this;
        }

        //! 子の最大数を設定します。
        DynamicBuilder& MaxChildren(int maxChildren)
        {
            m_Description.maxChildren = maxChildren;
            return *this;
        }

        //! 管理できるコールバックの最大数を設定します。
        DynamicBuilder& MaxCallbacks(int maxCallbacks)
        {
            m_Description.maxCallbacks = maxCallbacks;
            return *this;
        }

        //! @brief        シーンノードを生成します。
        //!
        //! @param[in]    allocator アロケータです。
        //!
        //! @return       生成したシーンノードを返します。
        //!
        ParticleHandle* Create(os::IAllocator* allocator);

    private:
        gfx::TransformNode::Description m_Description;
    };

    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name パーティクル操作
    //@{

    //! @brief IDを取得します。
    //!
    //! @return IDです。
    int GetID() const
    {
        return m_Id;
    }

    //! @brief IDを設定します。
    //!
    //! @param[in] id 設定するIDです。
    void SetID(int id)
    {
        m_Id = id;
    }

    //! @brief 位置を設定します。
    //!
    //! @param[in] x 設定する位置Xです。
    //! @param[in] y 設定する位置Yです。
    //! @param[in] z 設定する位置Zです。
    void SetTranslate(f32 x, f32 y, f32 z)
    {
        this->Transform().SetTranslate(x, y, z);
    }

    //! @brief 位置を設定します。
    //!
    //! @param[in] translate 設定する位置です。
    void SetTranslate(const nw::math::VEC3& translate)
    {
        this->Transform().SetTranslate(translate);
    }

    //! @brief 位置を取得します。
    void GetTranslate(nw::math::VEC3* translate) const
    {
        this->Transform().GetTranslate(translate);
    }

    //! @brief 回転を設定します。
    //!
    //! @param[in] x 設定する回転値X(ラジアン)です。
    //! @param[in] y 設定する回転値Y(ラジアン)です。
    //! @param[in] z 設定する回転値Z(ラジアン)です。
    void SetRotate(f32 radX, f32 radY, f32 radZ)
    {
        this->Transform().SetRotateXYZ(radX, radY, radZ );
    }

    //! @brief 拡縮を設定します。
    //!
    //! @param[in] x 設定する拡縮値Xです。
    //! @param[in] y 設定する拡縮値Yです。
    //! @param[in] z 設定する拡縮値Zです。
    void SetScale(f32 x, f32 y, f32 z)
    {
        this->Transform().SetScale(x, y, z);
    }

    //! @brief ステップフレームを設定します。
    //!
    //! @param[in] 設定するステップフレームです。
    void SetStepFrame(f32 stepFrame)
    {
        u32 emitterNum = this->GetParticleEmitterSize();
        for (u32 i = 0; i < emitterNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter = this->GetParticleEmitter(i);
            emitter->ParticleAnimFrameController().SetStepFrame(stepFrame);
        }

        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();

        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);
            model->ParticleAnimFrameController().SetStepFrame(stepFrame);
        }
    }

    //! @brief フレームを設定します。
    //!
    //! @param[in] 設定するフレームです。
    void SetFrame(f32 frame)
    {
        u32 emitterNum = this->GetParticleEmitterSize();
        for (u32 i = 0; i < emitterNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter = this->GetParticleEmitter(i);
            emitter->ParticleAnimFrameController().SetFrame(frame);
        }

        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();

        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);
            model->ParticleAnimFrameController().SetFrame(frame);
        }
    }

    //! @brief 指定数だけフレームを回します。
    //!
    //! @param[in] times フレームを回す回数です。
    //! @param[in] addFrame 進めるフレーム数です。
    //! @param[in] particleContext パーティクルコンテキストです。
    void AddTimes(uint times, gfx::ParticleContext* particleContext)
    {
        for (u32 k = 0; k < times; ++k)
        {
            for (u32 i = 0; i < this->GetParticleModelSize(); ++i)
            {
                this->GetParticleModel(i)->UpdateParticleFrame();
            }

            for (u32 i = 0; i < this->GetParticleEmitterSize(); ++i)
            {
                this->GetParticleEmitter(i)->UpdateParticleFrame();
                this->GetParticleEmitter(i)->Emission(particleContext);
            }

            for (u32 i = 0; i < this->GetParticleModelSize(); ++i)
            {
                for (u32 j = 0; j < this->GetParticleModel(i)->GetParticleSetsCount(); ++j)
                {
                    this->GetParticleModel(i)->GetParticleSets(j)->UpdateParticles(particleContext);
                }
            }
        }
    }

    //! @brief リセットします。
    //!        GPU処理中はコールできません。
    //!
    //! @param[in] リセットを行い、初期状態に戻します。
    void Reset()
    {
        u32 emitterNum = this->GetParticleEmitterSize();
        for (u32 i = 0; i < emitterNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter = this->GetParticleEmitter(i);
            emitter->Reset();
        }

        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();

        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);
            model->ForeachParticleSet(nw::gfx::ParticleSetsClear());
            model->ParticleAnimFrameController().SetFrame(0.f);
        }
    }

    //! @brief 放出量をセットします。
    //!
    //! @param[in] ratio 設定する放出量です。
    void SetEmissionRatio(f32 ratio)
    {
        u32 emitterNum = this->GetParticleEmitterSize();
        for (u32 i = 0; i < emitterNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter = this->GetParticleEmitter(i);
            nw::gfx::ResParticleEmitterParameter resParameter = emitter->GetResParticleEmitterParameterCopy();
            NW_ASSERT(resParameter.IsValid());

            resParameter.SetEmissionRatio(ratio);
        }
    }

    //! @brief 現在のパーティクルの個数を取得します。
    //!
    //! @return 現在のパーティクルの個数です。
    u32 GetParticleSize()
    {
        u32 particleNum = 0;

        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();

        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);
            for (u32 j = 0; j < model->GetParticleSetsCount(); ++j )
            {
                nw::gfx::ParticleSet* particleSet = model->GetParticleSets(j);
                particleNum += particleSet->GetParticleCollection()->GetCount();
            }
        }

        return particleNum;
    }

    //! @brief 終了状態かどうかを取得します。
    //!
    //! @return 終了状態であれば、trueが返ります。
    bool IsDone()
    {
        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();
        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);
            if (model->HasParticle())
            {
                return false;
            }
        }

        u32 emitterNum = this->GetParticleEmitterSize();
        for (u32 i = 0; i < emitterNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter = this->GetParticleEmitter(i);
            if (emitter->IsAlive())
            {
                return false;
            }
        }

        return true;
    }

    //! @brief 再生中のエフェクトがループエフェクト(無限ループ)かどうかを取得します。
    //!
    //! @return ループエフェクト(無限ループ)であれば、trueが返ります。
    bool IsInfinity()
    {
        bool isInfinity = false;

        u32 emitterNum = this->GetParticleEmitterSize();
        for (u32 i = 0; i < emitterNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter = this->GetParticleEmitter(i);
            const nw::gfx::ResParticleEmitterParameter resource = emitter->GetResParticleEmitterParameterCopy(false);
            NW_ASSERT(resource.IsValid());

            if (resource.GetEmissionSpanInfinity())
            {
                isInfinity = true;
            }
        }

        return isInfinity;
    }

    //! @brief 粒子のスケールのオフセット値設定します。
    //!
    //! @param[in] particleOffset 設定する粒子のスケールのオフセットです。
    void SetParticleScaleOffset( f32 particleOffset )
    {
        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();

        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);

            for (int j = 0; j < (int)model->GetParticleSetsCount(); ++j)
            {
                nw::gfx::ParticleSet* particleSet = model->GetParticleSets(j);
                particleSet->SetScaleOffset(nw::math::VEC3(particleOffset, particleOffset, particleOffset));
            }
        }
    }

    //! @brief 粒子のスケールのオフセット値設定します。
    //!
    //! @param[in] particleOffsetX 設定する粒子のスケールのオフセットXです。
    //! @param[in] particleOffsetY 設定する粒子のスケールのオフセットYです。
    //! @param[in] particleOffsetZ 設定する粒子のスケールのオフセットZです。
    void SetParticleScaleOffset( f32 particleOffsetX, f32 particleOffsetY, f32 particleOffsetZ = 1.f )
    {
        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();

        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);

            for (int j = 0; j < (int)model->GetParticleSetsCount(); ++j)
            {
                nw::gfx::ParticleSet* particleSet = model->GetParticleSets(j);
                particleSet->SetScaleOffset(nw::math::VEC3(particleOffsetX, particleOffsetY, particleOffsetZ));
            }
        }
    }

    //! @brief 放出処理を行います。
    //!
    //! @param[in] particleContext パーティクルコンテキストです。
    void Emission(gfx::ParticleContext* particleContext)
    {
        for (u32 i = 0; i < this->GetParticleEmitterSize(); ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter = this->GetParticleEmitter(i);
            emitter->UpdateParticleFrame();
            emitter->Emission(particleContext);
            emitter->Reset();
        }
    }

    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name インスタンス管理
    //@{

    //! @brief パーティクルモデルのインスタンスを登録します。
    //!
    //! @param[in] 登録するパーティクルモデルのインスタンスです。
    void RegisterParticleModel( nw::gfx::ParticleModel* model )
    {
        m_ModelInstances.PushBack(model);
    }

    //! @brief パーティクルエミッタのインスタンスを登録します。
    //!
    //! @param[in] 登録するパーティクルエミッタのインスタンスです。
    void RegisterParticleEmitter( nw::gfx::ParticleEmitter* emitter )
    {
        m_EmitterInstances.PushBack(emitter);
    }

    //! @brief 保持しているパーティクルモデル数を取得します。
    //!
    //! @return 保持しているパーティクルモデル数です。
    u32 GetParticleModelSize() const
    {
        return m_ModelInstances.size();
    }

    //! @brief 保持しているパーティクルエミッタ数を取得します。
    //!
    //! @return 保持しているパーティクルエミッタ数です。
    u32 GetParticleEmitterSize() const
    {
        return m_EmitterInstances.size();
    }

    //! @brief 保持しているパーティクルモデルインスタンスを取得します。
    //!
    //! @return パーティクルモデルのインスタンスです。
    nw::gfx::ParticleModel* GetParticleModel(u32 index)
    {
        if (this->GetParticleModelSize() > index)
        {
            return m_ModelInstances[index];
        }
        return NULL;
    }

    //! @brief 保持しているパーティクルエミッタインスタンスを取得します。
    //!
    //! @return パーティクルエミッタのインスタンスです。
    nw::gfx::ParticleEmitter* GetParticleEmitter(u32 index)
    {
        if (this->GetParticleEmitterSize() > index)
        {
            return m_EmitterInstances[index];
        }
        return NULL;
    }

    //! @brief パーティクルセットを取得します。
    //!
    //! @param[in] name パーティクルセットの名前です。
    //! @return パーティクルセットを返します。
    nw::gfx::ParticleSet* GetParticleSet(const char* name)
    {
        u32 modelNum = this->GetParticleModelSize();

        for (u32 i = 0; i < modelNum; ++i)
        {
            nw::gfx::ParticleModel* model = this->GetParticleModel(i);

            for (int j = 0; j < (int)model->GetParticleSetsCount(); ++j)
            {
                nw::gfx::ParticleSet* particleSet = model->GetParticleSets(j);
                const char* particleSetName = particleSet->GetResParticleSet().GetName();

                if (std::strcmp(particleSetName, name) == 0)
                {
                    return particleSet;
                }
            }
        }

        return NULL;
    }

    //@}

protected:
    //----------------------------------------
    //! @name コンストラクタ／デストラクタ
    //@{

    //! コンストラクタです。
    ParticleHandle(
        os::IAllocator* allocator,
        gfx::ResTransformNode resObj,
        const gfx::TransformNode::Description& description);

    //! デストラクタです。
    virtual ~ParticleHandle()
    {

    }

    //@}

private:
    int m_Id;
    ut::MoveArray<nw::gfx::ParticleModel*>      m_ModelInstances;
    ut::MoveArray<nw::gfx::ParticleEmitter*>    m_EmitterInstances;
};


// NW4C1.2.0との互換性維持の為。
typedef ParticleHandle ParticleNode;



//! @brief 一表現のためのパーティクル一式です
// パーティクルを管理する機能はアプリケーション毎の実装になります。
// このクラスは参考のための実装例です。
// パフォーマンスよりも簡便性を重視した実装です。
class ParticleEffect
{
public:
    //----------------------------------------
    //! @name 初期化・終了処理
    //@{

    //! @brief ParticleEffectクラスを生成します。
    //!
    //! @return 生成したParticleEffectクラスを返します。
    //!
    static ParticleEffect* Create(os::IAllocator* mainAllocator,
                                  os::IAllocator* deviceAllocator,
                                  bool autoAlocate,
                                  gfx::ParticleContext* particleContext);

    //! @brief ParticleEffectクラスを破棄します。
    //!
    void Destroy();

private:
    //! @brief コンストラクタです。
    //!
    //! @param[in] mainAllocator メインメモリのアロケータです。
    //! @param[in] deviceAllocator デバイスメモリのアロケータです。
    //! @param[in] autoAlocate 足りない時に自動でアロケートすることを許可するフラグです。
    //! @param[in] particleContext パーティクルコンテキストです。
    //!
    ParticleEffect(
        os::IAllocator* mainAllocator,
        os::IAllocator* deviceAllocator,
        bool autoAlocate,
        gfx::ParticleContext* particleContext
        )
        : m_NextId(0),
        m_MainAllocator(mainAllocator),
        m_DeviceAllocator(deviceAllocator),
        m_AutoAlocate(autoAlocate),
        m_ResModels(mainAllocator),
        m_ResEmitters(mainAllocator),
        m_FreeInstances(mainAllocator),
        m_ActiveInstances(mainAllocator),
        m_ParticleContext(particleContext)
    {
    }

    //! デストラクタです。
    ~ParticleEffect()
    {
        NW_ASSERT(this->GetActiveSize() == 0);
        this->FreePool();
    }
public:
    //! @brief リソースのセットアップを行います。
    //!
    //! @param[in] useParticleMaterial パーティクルマテリアルを使用する場合はtrueを指定します。
    void Setup(gfx::ResGraphicsFile resource, bool useParticleMaterial = false);

    //! @brief リソースから指定された名前のノードを管理対象として登録します。
    //!
    //! @param[in] resource グラフィックスリソースです。
    //! @param[in] nodeNames 登録するノード一覧です。
    void Register(gfx::ResGraphicsFile resource, const char** nodeNames);

    //! @brief 全てのリソースを管理対象として登録します。
    //!
    //! @param[in] resource グラフィックスリソースです。
    void Register(gfx::ResGraphicsFile resource);

    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name 生成・破棄
    //@{

    //! @brief  ParticleHandleを生成します。
    //! @return 生成されたParticleHandleインスタンスを返します。
    ParticleHandle* CreateMultiEmitterParticleHandle(u32 particleEmitterNum);

    //! @brief  生成済みのParticleHandleをリース(レンタル)します。
    //! @return 生成済みのParticleHandleインスタンスを返します。
    ParticleHandle* LeaseInstance()
    {
        if (this->GetFreeSize() == 0)
        {
            if (this->m_AutoAlocate)
            {
                this->AddPool(1);
            }
            else
            {
                return NULL;
            }
        }

        ParticleHandle* node = this->m_FreeInstances.Back();
        this->m_FreeInstances.PopBack();
        this->m_ActiveInstances.PushBack(node);

        this->ResetParticle(node);

        return node;
    }

    //! @brief リース済みのParticleHandleを返却します。
    //! @param[in] node 開放するトップノードです。
    void ReleaseInstance(gfx::SceneNode* node)
    {
        ParticleHandle* topNode = ut::DynamicCast<ParticleHandle*>(node);

        if (topNode != NULL)
        {
            int activeCount = this->GetActiveSize();
            this->m_ActiveInstances.EraseFind(topNode);
            NW_ASSERT(this->GetActiveSize() == activeCount - 1);

            this->m_FreeInstances.PushBack(topNode);
        }
    }

    //! @details :private
    void DestroyParticleHandle(ParticleHandle* node);
    void DestroyParticleNode(ParticleHandle* node)
    {
        return DestroyParticleHandle(node);
    }

    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name 取得
    //@{

    //! @brief インデックスでリース中のエフェクトを取得します。
    //! @param[in] index インデックスです。
    //! @return 該当するトップノードです。
    ParticleHandle* GetActiveEffect(int index)
    {
        if (index < 0 || index >= this->GetActiveSize())
        {
            return NULL;
        }

        return this->m_ActiveInstances[index];
    }

    //! @brief ノードを初期化します。
    //! @param[in] topNode 初期化するエフェクトをトップノードで指定します。
    void ResetParticle(nw::gfx::SceneNode* topNode)
    {
        if (nw::ut::IsTypeOf<nw::gfx::ParticleModel>(topNode))
        {
            nw::gfx::ParticleModel* particleModel =
                nw::ut::DynamicCast<nw::gfx::ParticleModel*>(topNode);

            particleModel->ForeachParticleSet(nw::gfx::ParticleSetsClear());
            particleModel->ParticleAnimFrameController().SetFrame(0);
        }
        else if (nw::ut::IsTypeOf<nw::gfx::ParticleEmitter>(topNode))
        {
            nw::gfx::ParticleEmitter* emitter =
                nw::ut::DynamicCast<nw::gfx::ParticleEmitter*>(topNode);

            emitter->Reset();
        }

        nw::gfx::SceneNodeChildren::iterator end = topNode->GetChildEnd();
        for (nw::gfx::SceneNodeChildren::iterator child = topNode->GetChildBegin();
            child != end;
            ++child)
        {
            ResetParticle(*child);
        }
    }

    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name インスタンスプール
    //@{

    //! @brief リース中を含む確保済みのインスタンスの総数を取得します。
    int GetPoolSize() const
    {
        return this->GetFreeSize() + this->GetActiveSize();
    }

    //! @brief リース中のでないフリーのインスタンスの数を取得します。
    int GetFreeSize() const
    {
        return this->m_FreeInstances.Size();
    }

    //! @brief リース中のインスタンスの数を取得します。
    int GetActiveSize() const
    {
        return this->m_ActiveInstances.Size();
    }

    //! @brief 指定数のインスタンスを新しくプールします。
    void AddPool(int num)
    {
        for (int i = 0 ; i < num ; ++i)
        {
            ParticleHandle* node = this->Allocate();
            this->m_FreeInstances.push_back(node);
        }
    }

    //! @brief リース中以外の全てのインスタンスを破棄します。
    void FreePool()
    {
        while (this->m_FreeInstances.Size() > 0)
        {
            ParticleHandle* node = this->m_FreeInstances.Back();
            this->m_FreeInstances.PopBack();
            DestroyParticleHandle(node);
        }
    }

    //@}


    //----------------------------------------
    //! @name シェーダバイナリ管理
    //@{

    //! @brief 外部シェーダファイルをロードします。
    static void InitializeShaderBinary(const wchar_t* shaderFilePath, os::IAllocator* deviceAllocator);

    //! @brief ロードした外部シェーダファイルを破棄します。
    static void FinalizeShaderBinary();

    //@}

private:
    //! @details :private
    ParticleHandle* Allocate();

    int m_NextId;

    os::IAllocator* m_MainAllocator;
    os::IAllocator* m_DeviceAllocator;


    bool m_AutoAlocate;

    ut::MoveArray<gfx::ResParticleModel> m_ResModels;
    ut::MoveArray<gfx::ResParticleEmitter> m_ResEmitters;

    ut::MoveArray<ParticleHandle*> m_FreeInstances;
    ut::MoveArray<ParticleHandle*> m_ActiveInstances;

    gfx::ParticleContext* m_ParticleContext;

    static nw::demo::ResourceSet* m_ShaderResource;
    static os::IAllocator* m_ShaderAllocator;
};


} // namespace demo

} // namespace nw

#endif // NW_DEMO_PARTICLE_H_