Refactored level generation + fixed bug with wall finding
[kaka/rust-sdl-test.git] / src / core / level / lvlgen.rs
diff --git a/src/core/level/lvlgen.rs b/src/core/level/lvlgen.rs
new file mode 100644 (file)
index 0000000..3dcc3a7
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,351 @@
+use {point, time_scope};
+use common::Point2D;
+use super::{Grid, Level};
+use noise::{NoiseFn, OpenSimplex, Seedable};
+use rand::Rng;
+
+////////// LEVEL GENERATOR /////////////////////////////////////////////////////
+
+#[derive(Default)]
+pub struct LevelGenerator {
+    pub seed: u32,
+    pub iterations: u8,
+}
+
+impl LevelGenerator {
+    pub fn new(seed: u32, iterations: u8) -> Self{
+       LevelGenerator { seed, iterations }
+    }
+
+    pub fn generate(&self) -> Level {
+       time_scope!("grid generation");
+
+       let cell_size = 20;
+       let (width, height) = (2560 / cell_size, 1440 / cell_size);
+
+       let mut grid = Grid {
+           cell_size,
+           width,
+           height,
+           cells: vec!(vec!(true; height); width),
+       };
+
+       // start with some noise
+//     self.simplex_noise(&mut grid);
+       self.random_noise(&mut grid);
+
+       // smooth with cellular automata
+       self.smooth(&mut grid);
+//     grid.smooth_until_equilibrium(&mut grid);
+
+       // increase resolution
+       for _i in 0..1 {
+           grid = self.subdivide(&mut grid);
+           self.smooth(&mut grid);
+//         self.smooth_until_equilibrium(&mut grid);
+       }
+
+       self.filter_regions(&mut grid);
+
+       let walls = self.find_walls(&grid);
+       Level {
+           gravity: point!(0.0, 0.1),
+           grid,
+           walls,
+       }
+    }
+
+    #[allow(dead_code)]
+    fn simplex_noise(&self, grid: &mut Grid) {
+       let noise = OpenSimplex::new().set_seed(self.seed);
+       self.set_each(grid, |x, y| noise.get([x as f64 / 12.0, y as f64 / 12.0]) > 0.055, 1);
+    }
+
+    #[allow(dead_code)]
+    fn random_noise(&self, grid: &mut Grid) {
+       let mut rng: rand::prelude::StdRng = rand::SeedableRng::seed_from_u64(self.seed as u64);
+       let noise = OpenSimplex::new().set_seed(self.seed);
+       self.set_each(grid, |_x, _y| rng.gen_range(0, 100) > (45 + (150.0 * noise.get([_x as f64 / 40.0, _y as f64 / 10.0])) as usize), 1); // more horizontal platforms
+       // let w = self.width as f64;
+       // self.set_each(|_x, _y| rng.gen_range(0, 100) > (45 + ((15 * _x) as f64 / w) as usize), 1); // opens up to the right
+    }
+
+    #[allow(dead_code)]
+    fn smooth(&self, grid: &mut Grid) {
+       let distance = 1;
+       for _i in 0..self.iterations {
+           let mut next = vec!(vec!(true; grid.height); grid.width);
+           for x in distance..(grid.width - distance) {
+               for y in distance..(grid.height - distance) {
+                   match self.neighbours(&grid.cells, x, y, distance) {
+                       n if n < 4 => next[x][y] = false,
+                       n if n > 4 => next[x][y] = true,
+                       _ => next[x][y] = grid.cells[x][y]
+                   }
+               }
+           }
+           if grid.cells == next {
+               break; // exit early
+           } else {
+               grid.cells = next;
+           }
+       }
+    }
+
+    #[allow(dead_code)]
+    fn smooth_until_equilibrium(&self, grid: &mut Grid) {
+       let distance = 1;
+       let mut count = 0;
+       loop {
+           count += 1;
+           let mut next = vec!(vec!(true; grid.height); grid.width);
+           for x in distance..(grid.width - distance) {
+               for y in distance..(grid.height - distance) {
+                   match self.neighbours(&grid.cells, x, y, distance) {
+                       n if n < 4 => next[x][y] = false,
+                       n if n > 4 => next[x][y] = true,
+                       _ => next[x][y] = grid.cells[x][y]
+                   };
+               }
+           }
+           if grid.cells == next {
+               break;
+           } else {
+               grid.cells = next;
+           }
+       }
+       println!("{} iterations needed", count);
+    }
+
+    fn neighbours(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>, px: usize, py: usize, distance: usize) -> u8 {
+       let mut count = 0;
+       for x in (px - distance)..=(px + distance) {
+           for y in (py - distance)..=(py + distance) {
+               if !(x == px && y == py) && grid[x][y] {
+                   count += 1;
+               }
+           }
+       }
+       count
+    }
+
+    fn set_each<F: FnMut(usize, usize) -> bool>(&self, grid: &mut Grid, mut func: F, walls: usize) {
+       for x in walls..(grid.width - walls) {
+           for y in walls..(grid.height - walls) {
+               grid.cells[x][y] = func(x, y);
+           }
+       }
+    }
+
+    fn subdivide(&self, grid: &mut Grid) -> Grid {
+       let (width, height) = (grid.width * 2, grid.height * 2);
+       let mut cells = vec!(vec!(true; height); width);
+       for x in 1..(width - 1) {
+           for y in 1..(height - 1) {
+               cells[x][y] = grid.cells[x / 2][y / 2];
+           }
+       }
+       Grid {
+           cell_size: grid.cell_size / 2,
+           width,
+           height,
+           cells
+       }
+    }
+
+    fn find_regions(&self, grid: &Grid) -> Vec<Region> {
+       time_scope!("finding all regions");
+       let mut regions = vec!();
+       let mut marked = vec!(vec!(false; grid.height); grid.width);
+       for x in 0..grid.width {
+           for y in 0..grid.height {
+               if !marked[x][y] {
+                   regions.push(self.get_region_at_point(grid, x, y, &mut marked));
+               }
+           }
+       }
+       regions
+    }
+
+    fn get_region_at_point(&self, grid: &Grid, x: usize, y: usize, marked: &mut Vec<Vec<bool>>) -> Region {
+       let value = grid.cells[x][y];
+       let mut cells = vec!();
+       let mut queue = vec!((x, y));
+       marked[x][y] = true;
+
+       while let Some(p) = queue.pop() {
+           cells.push(p);
+           for i in &[(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)] {
+               let ip = (p.0 as isize + i.0, p.1 as isize + i.1);
+               if ip.0 >= 0 && ip.0 < grid.width as isize && ip.1 >= 0 && ip.1 < grid.height as isize {
+                   let up = (ip.0 as usize, ip.1 as usize);
+                   if grid.cells[up.0][up.1] == value && !marked[up.0][up.1] {
+                       marked[up.0][up.1] = true;
+                       queue.push(up);
+                   }
+               }
+           }
+       }
+
+       Region { value, cells }
+    }
+
+    fn delete_region(&self, grid: &mut Grid, region: &Region) {
+       for c in &region.cells {
+           grid.cells[c.0][c.1] = !region.value;
+       }
+    }
+
+    fn filter_regions(&self, grid: &mut Grid) {
+       let min_wall_size = 0.0015;
+       println!("grid size: ({}, {}) = {} cells", grid.width, grid.height, grid.width * grid.height);
+       println!("min wall size: {}", (grid.width * grid.height) as f64 * min_wall_size);
+
+       // delete all smaller wall regions
+       for r in self.find_regions(grid).iter().filter(|r| r.value) {
+           let percent = r.cells.len() as f64 / (grid.width * grid.height) as f64;
+           if percent < min_wall_size {
+               // println!("delete wall region of size {}", r.cells.len());
+               self.delete_region(grid, r);
+           }
+       }
+
+       // delete all rooms but the largest
+       let regions = self.find_regions(grid); // check again, because if a removed room contains a removed wall, the removed wall will become a room
+       let mut rooms: Vec<&Region> = regions.iter().filter(|r| !r.value).collect();
+       rooms.sort_by_key(|r| r.cells.len());
+       rooms.reverse();
+       while rooms.len() > 1 {
+           self.delete_region(grid, rooms.pop().unwrap());
+       }
+    }
+
+    fn find_walls(&self, grid: &Grid) -> Vec<Vec<Point2D<isize>>> {
+       let mut walls = vec!();
+       for r in self.find_regions(&grid) {
+           if r.value {
+               let mut outline = r.outline(grid.cell_size);
+               for i in 2..(outline.len() - 2) {
+//                 outline[i] = (outline[i - 1] + outline[i] + outline[i + 1]) / 3;
+                   outline[i] = (outline[i - 2] + outline[i - 1] + outline[i] + outline[i + 1] + outline[i + 2]) / 5;
+               }
+               walls.push(outline);
+           }
+       }
+       walls
+    }
+}
+
+////////// REGION //////////////////////////////////////////////////////////////
+
+struct Region {
+    value: bool,
+    cells: Vec<(usize, usize)>,
+}
+
+impl Region {
+    fn enclosing_rect(&self) -> (usize, usize, usize, usize) {
+       let mut min = (usize::MAX, usize::MAX);
+       let mut max = (0, 0);
+       for c in &self.cells {
+           if      c.0 < min.0 { min.0 = c.0; }
+           else if c.0 > max.0 { max.0 = c.0; }
+           if      c.1 < min.1 { min.1 = c.1; }
+           else if c.1 > max.1 { max.1 = c.1; }
+       }
+       (min.0, min.1, 1 + max.0 - min.0, 1 + max.1 - min.1)
+    }
+
+    pub fn outline(&self, scale: usize) -> Vec<Point2D<isize>> {
+       let rect = self.enclosing_rect();
+       let (ox, oy, w, h) = rect;
+       let grid = self.grid(&rect);
+       let mut marked = vec!(vec!(false; h); w);
+       let mut outline = vec!();
+       let mut directions = vec!((1, 0), (1, 1), (0, 1), (-1, 1), (-1, 0), (-1, -1), (0, -1), (1, -1)); // 8 directions rotating right from starting direction right
+
+       let mut p = self.find_first_point_of_outline(&rect, &grid);
+       marked[p.x as usize][p.y as usize] = true;
+       loop {
+           outline.push((p + (ox as isize, oy as isize)) * scale as isize);
+           self.find_next_point_of_outline(&grid, &mut p, &mut directions);
+           if marked[p.x as usize][p.y as usize] {
+               // we're back at the beginning
+               break;
+           }
+           marked[p.x as usize][p.y as usize] = true;
+       }
+
+       outline
+    }
+
+    #[allow(dead_code)]
+    fn print_grid(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>) {
+       let w = grid.len();
+       let h = grid[0].len();
+       let mut g = vec!(vec!(false; w); h);
+       for x in 0..w {
+           for y in 0..h {
+               g[y][x] = grid[x][y];
+           }
+       }
+       println!("grid {} x {}", w, h);
+       print!("    ");
+       for n in 0..w {
+           print!("{}", n % 10);
+       }
+       println!();
+       for (n, row) in g.iter().enumerate() {
+           print!("{:>3}|", n);
+           for col in row {
+               print!("{}", if *col { "#" } else { " " });
+           }
+           println!("|");
+       }
+    }
+
+    fn grid(&self, rect: &(usize, usize, usize, usize)) -> Vec<Vec<bool>> {
+       let (x, y, w, h) = rect;
+       let mut grid = vec!(vec!(false; *h); *w);
+       for c in &self.cells {
+           grid[c.0 - x][c.1 - y] = true;
+       }
+       grid
+    }
+
+    fn find_first_point_of_outline(&self, rect: &(usize, usize, usize, usize), grid: &Vec<Vec<bool>>) -> Point2D<isize> {
+       let (ox, oy, w, h) = rect;
+       let is_outer_wall = (ox, oy) == (&0, &0); // we know this is always the outer wall of the level
+       for x in 0..*w {
+           for y in 0..*h {
+               if is_outer_wall && !grid[x][y] {
+                   return point!(x as isize, y as isize - 1); // one step back because we're not on a wall tile
+               }
+               else if !is_outer_wall && grid[x][y] {
+                   return point!(x as isize, y as isize);
+               }
+           }
+       }
+       panic!("no wall found!");
+    }
+
+    fn find_next_point_of_outline(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>, p: &mut Point2D<isize>, directions: &mut Vec<(isize, isize)>) {
+       directions.rotate_left(2);
+       loop {
+           let d = directions[0];
+           if self.check(*p + d, grid) {
+               *p += d;
+               break;
+           }
+           directions.rotate_right(1);
+       }
+    }
+
+    fn check(&self, p: Point2D<isize>, grid: &Vec<Vec<bool>>) -> bool {
+       if p.x < 0 || p.x >= grid.len() as isize || p.y < 0 || p.y >= grid[0].len() as isize {
+           false
+       } else {
+           grid[p.x as usize][p.y as usize]
+       }
+    }
+}