src/core/level/lvlgen.rs

   1 use {point, time_scope};
   2 use common::Point;
   3 use super::{Grid, Level};
   4 use noise::{NoiseFn, OpenSimplex, Seedable};
   5 use rand::Rng;
   6
   7 ////////// LEVEL GENERATOR /////////////////////////////////////////////////////
   8
   9 #[derive(Debug, Default)]
  10 pub struct LevelGenerator {
  11     pub seed: u32,
  12     pub iterations: u8,
  13     pub wall_smooth_radius: u8,
  14 }
  15
  16 impl LevelGenerator {
  17     pub fn new(seed: u32) -> Self{
  18         LevelGenerator {
  19             seed,
  20             iterations: 5,
  21             wall_smooth_radius: 2,
  22         }
  23     }
  24
  25     pub fn generate(&self) -> Level {
  26         println!("new level from {:?}", self);
  27         time_scope!("level generation");
  28
  29         let cell_size = 20;
  30         let (width, height) = (2560 / cell_size, 1440 / cell_size);
  31
  32         let mut grid = Grid {
  33             cell_size,
  34             width,
  35             height,
  36             cells: vec!(vec!(true; height); width),
  37         };
  38
  39         // start with some noise
  40 //      self.simplex_noise(&mut grid);
  41         self.random_noise(&mut grid);
  42
  43         // smooth with cellular automata
  44         self.smooth(&mut grid);
  45 //      grid.smooth_until_equilibrium(&mut grid);
  46
  47         // increase resolution
  48         for _i in 0..1 {
  49             grid = self.subdivide(&mut grid);
  50             self.smooth(&mut grid);
  51 //          self.smooth_until_equilibrium(&mut grid);
  52         }
  53
  54         self.filter_regions(&mut grid);
  55
  56         let walls = self.find_walls(&grid);
  57         Level {
  58             gravity: point!(0.0, 0.1),
  59             grid,
  60             walls,
  61         }
  62     }
  63
  64     #[allow(dead_code)]
  65     fn simplex_noise(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
  66         let noise = OpenSimplex::new().set_seed(self.seed);
  67         self.set_each(grid, |x, y| noise.get([x as f64 / 12.0, y as f64 / 12.0]) > 0.055, 1);
  68     }
  69
  70     #[allow(dead_code)]
  71     fn random_noise(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
  72         let mut rng: rand::prelude::StdRng = rand::SeedableRng::seed_from_u64(self.seed as u64);
  73         let noise = OpenSimplex::new().set_seed(self.seed);
  74         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
  75         // let w = self.width as f64;
  76         // self.set_each(|_x, _y| rng.gen_range(0, 100) > (45 + ((15 * _x) as f64 / w) as usize), 1); // opens up to the right
  77     }
  78
  79     #[allow(dead_code)]
  80     fn smooth(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
  81         let distance = 1;
  82         for _i in 0..self.iterations {
  83             let mut next = vec!(vec!(true; grid.height); grid.width);
  84             for x in distance..(grid.width - distance) {
  85                 for y in distance..(grid.height - distance) {
  86                     match self.neighbours(&grid.cells, x, y, distance) {
  87                         n if n < 4 => next[x][y] = false,
  88                         n if n > 4 => next[x][y] = true,
  89                         _ => next[x][y] = grid.cells[x][y]
  90                     }
  91                 }
  92             }
  93             if grid.cells == next {
  94                 break; // exit early
  95             } else {
  96                 grid.cells = next;
  97             }
  98         }
  99     }
 100
 101     #[allow(dead_code)]
 102     fn smooth_until_equilibrium(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
 103         let distance = 1;
 104         let mut count = 0;
 105         loop {
 106             count += 1;
 107             let mut next = vec!(vec!(true; grid.height); grid.width);
 108             for x in distance..(grid.width - distance) {
 109                 for y in distance..(grid.height - distance) {
 110                     match self.neighbours(&grid.cells, x, y, distance) {
 111                         n if n < 4 => next[x][y] = false,
 112                         n if n > 4 => next[x][y] = true,
 113                         _ => next[x][y] = grid.cells[x][y]
 114                     };
 115                 }
 116             }
 117             if grid.cells == next {
 118                 break;
 119             } else {
 120                 grid.cells = next;
 121             }
 122         }
 123         println!("  {} iterations needed", count);
 124     }
 125
 126     fn neighbours(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>, px: usize, py: usize, distance: usize) -> u8 {
 127         let mut count = 0;
 128         for x in (px - distance)..=(px + distance) {
 129             for y in (py - distance)..=(py + distance) {
 130                 if !(x == px && y == py) && grid[x][y] {
 131                     count += 1;
 132                 }
 133             }
 134         }
 135         count
 136     }
 137
 138     fn set_each<F: FnMut(usize, usize) -> bool>(&self, grid: &mut Grid<bool>, mut func: F, walls: usize) {
 139         for x in walls..(grid.width - walls) {
 140             for y in walls..(grid.height - walls) {
 141                 grid.cells[x][y] = func(x, y);
 142             }
 143         }
 144     }
 145
 146     fn subdivide(&self, grid: &mut Grid<bool>) -> Grid<bool> {
 147         let (width, height) = (grid.width * 2, grid.height * 2);
 148         let mut cells = vec!(vec!(true; height); width);
 149         for x in 1..(width - 1) {
 150             for y in 1..(height - 1) {
 151                 cells[x][y] = grid.cells[x / 2][y / 2];
 152             }
 153         }
 154         Grid {
 155             cell_size: grid.cell_size / 2,
 156             width,
 157             height,
 158             cells
 159         }
 160     }
 161
 162     fn find_regions(&self, grid: &Grid<bool>) -> Vec<Region> {
 163         time_scope!("  finding all regions");
 164         let mut regions = vec!();
 165         let mut marked = vec!(vec!(false; grid.height); grid.width);
 166         for x in 0..grid.width {
 167             for y in 0..grid.height {
 168                 if !marked[x][y] {
 169                     regions.push(self.get_region_at_point(grid, x, y, &mut marked));
 170                 }
 171             }
 172         }
 173         regions
 174     }
 175
 176     fn get_region_at_point(&self, grid: &Grid<bool>, x: usize, y: usize, marked: &mut Vec<Vec<bool>>) -> Region {
 177         let value = grid.cells[x][y];
 178         let mut cells = vec!();
 179         let mut queue = vec!((x, y));
 180         marked[x][y] = true;
 181
 182         while let Some(p) = queue.pop() {
 183             cells.push(p);
 184             for i in &[(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)] {
 185                 let ip = (p.0 as isize + i.0, p.1 as isize + i.1);
 186                 if ip.0 >= 0 && ip.0 < grid.width as isize && ip.1 >= 0 && ip.1 < grid.height as isize {
 187                     let up = (ip.0 as usize, ip.1 as usize);
 188                     if grid.cells[up.0][up.1] == value && !marked[up.0][up.1] {
 189                         marked[up.0][up.1] = true;
 190                         queue.push(up);
 191                     }
 192                 }
 193             }
 194         }
 195
 196         Region { value, cells }
 197     }
 198
 199     fn delete_region(&self, grid: &mut Grid<bool>, region: &Region) {
 200         for c in &region.cells {
 201             grid.cells[c.0][c.1] = !region.value;
 202         }
 203     }
 204
 205     fn filter_regions(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
 206         let min_wall_size = 0.0015;
 207         println!("  grid size: ({}, {}) = {} cells", grid.width, grid.height, grid.width * grid.height);
 208         println!("  min wall size: {}", (grid.width * grid.height) as f64 * min_wall_size);
 209
 210         // delete all smaller wall regions
 211         for r in self.find_regions(grid).iter().filter(|r| r.value) {
 212             let percent = r.cells.len() as f64 / (grid.width * grid.height) as f64;
 213             if percent < min_wall_size {
 214                 // println!("  delete wall region of size {}", r.cells.len());
 215                 self.delete_region(grid, r);
 216             }
 217         }
 218
 219         // delete all rooms but the largest
 220         let regions = self.find_regions(grid); // check again, because if a removed room contains a removed wall, the removed wall will become a room
 221         let mut rooms: Vec<&Region> = regions.iter().filter(|r| !r.value).collect();
 222         rooms.sort_by_key(|r| r.cells.len());
 223         rooms.reverse();
 224         while rooms.len() > 1 {
 225             self.delete_region(grid, rooms.pop().unwrap());
 226         }
 227     }
 228
 229     fn find_walls(&self, grid: &Grid<bool>) -> Vec<Vec<Point<isize>>> {
 230         let mut walls = vec!();
 231         for r in self.find_regions(&grid) {
 232             if r.value {
 233                 let mut outline = r.outline(grid.cell_size);
 234                 for i in 2..(outline.len() - 2) {
 235 //                  outline[i] = (outline[i - 1] + outline[i] + outline[i + 1]) / 3;
 236                     outline[i] = (outline[i - 2] + outline[i - 1] + outline[i] + outline[i + 1] + outline[i + 2]) / 5;
 237                 }
 238                 walls.push(outline);
 239             }
 240         }
 241         walls
 242     }
 243 }
 244
 245 ////////// REGION //////////////////////////////////////////////////////////////
 246
 247 struct Region {
 248     value: bool,
 249     cells: Vec<(usize, usize)>,
 250 }
 251
 252 impl Region {
 253     fn enclosing_rect(&self) -> (usize, usize, usize, usize) {
 254         let mut min = (usize::MAX, usize::MAX);
 255         let mut max = (0, 0);
 256         for c in &self.cells {
 257             if      c.0 < min.0 { min.0 = c.0; }
 258             else if c.0 > max.0 { max.0 = c.0; }
 259             if      c.1 < min.1 { min.1 = c.1; }
 260             else if c.1 > max.1 { max.1 = c.1; }
 261         }
 262         (min.0, min.1, 1 + max.0 - min.0, 1 + max.1 - min.1)
 263     }
 264
 265     pub fn outline(&self, scale: usize) -> Vec<Point<isize>> {
 266         let rect = self.enclosing_rect();
 267         let (ox, oy, w, h) = rect;
 268         let grid = self.grid(&rect);
 269         let mut marked = vec!(vec!(false; h); w);
 270         let mut outline = vec!();
 271         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
 272
 273         let start = self.find_first_point_of_outline(&rect, &grid);
 274         let mut p = start;
 275         marked[p.x as usize][p.y as usize] = true;
 276         loop {
 277             outline.push((p + (ox as isize, oy as isize)) * scale as isize);
 278             self.find_next_point_of_outline(&grid, &mut p, &mut directions);
 279             if p == start {
 280                 break;
 281             }
 282             marked[p.x as usize][p.y as usize] = true;
 283         }
 284
 285         outline
 286     }
 287
 288     #[allow(dead_code)]
 289     fn print_grid(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>) {
 290         let w = grid.len();
 291         let h = grid[0].len();
 292         let mut g = vec!(vec!(false; w); h);
 293         for x in 0..w {
 294             for y in 0..h {
 295                 g[y][x] = grid[x][y];
 296             }
 297         }
 298         println!("grid {} x {}", w, h);
 299         print!("    ");
 300         for n in 0..w {
 301             print!("{}", n % 10);
 302         }
 303         println!();
 304         for (n, row) in g.iter().enumerate() {
 305             print!("{:>3}|", n);
 306             for col in row {
 307                 print!("{}", if *col { "#" } else { " " });
 308             }
 309             println!("|");
 310         }
 311     }
 312
 313     fn grid(&self, rect: &(usize, usize, usize, usize)) -> Vec<Vec<bool>> {
 314         let (x, y, w, h) = rect;
 315         let mut grid = vec!(vec!(false; *h); *w);
 316         for c in &self.cells {
 317             grid[c.0 - x][c.1 - y] = true;
 318         }
 319         grid
 320     }
 321
 322     fn find_first_point_of_outline(&self, rect: &(usize, usize, usize, usize), grid: &Vec<Vec<bool>>) -> Point<isize> {
 323         let (ox, oy, w, h) = rect;
 324         let is_outer_wall = (ox, oy) == (&0, &0); // we know this is always the outer wall of the level
 325         for x in 0..*w {
 326             for y in 0..*h {
 327                 if is_outer_wall && !grid[x][y] {
 328                     return point!(x as isize, y as isize - 1); // one step back because we're not on a wall tile
 329                 }
 330                 else if !is_outer_wall && grid[x][y] {
 331                     return point!(x as isize, y as isize);
 332                 }
 333             }
 334         }
 335         panic!("no wall found!");
 336     }
 337
 338     fn find_next_point_of_outline(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>, p: &mut Point<isize>, directions: &mut Vec<(isize, isize)>) {
 339         directions.rotate_left(2);
 340         loop {
 341             let d = directions[0];
 342             if self.check(*p + d, grid) {
 343                 *p += d;
 344                 break;
 345             }
 346             directions.rotate_right(1);
 347         }
 348     }
 349
 350     fn check(&self, p: Point<isize>, grid: &Vec<Vec<bool>>) -> bool {
 351         if p.x < 0 || p.x >= grid.len() as isize || p.y < 0 || p.y >= grid[0].len() as isize {
 352             false
 353         } else {
 354             grid[p.x as usize][p.y as usize]
 355         }
 356     }
 357 }