blob: 74e131cae52e64a51cf0f5a14703b3d36c9f72ab (
plain)
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;;; guile-sdl3 -- Scheme bindings for SDL3
;;; Copyright © 2024 David Thompson <dthompson2@worcester.edu>
;;;
;;; Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
;;; you may not use this file except in compliance with the License.
;;; You may obtain a copy of the License at
;;;
;;; http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
;;;
;;; Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
;;; distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
;;; WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
;;; See the License for the specific language governing permissions and
;;; limitations under the License.
;;; Commentary:
;;
;; Adapted from https://github.com/thatcosmonaut/SDL/blob/main/test/testgpu_spinning_cube.c
;;
;;; Code:
(use-modules (bstruct)
(ice-9 match)
(rnrs bytevectors)
(sdl3)
(sdl3 events)
(sdl3 gpu)
(sdl3 video))
;; These SPIR-V blobs are taken directly from SDL.
(define vert-spirv
#vu8(#x03 #x02 #x23 #x07 #x00 #x00 #x01 #x00 #x0b #x00 #x08 #x00
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#x10 #x00 #x00 #x00 #x0d #x00 #x00 #x00 #x01 #x00 #x00 #x00
#x51 #x00 #x05 #x00 #x06 #x00 #x00 #x00 #x11 #x00 #x00 #x00
#x0d #x00 #x00 #x00 #x02 #x00 #x00 #x00 #x50 #x00 #x07 #x00
#x07 #x00 #x00 #x00 #x12 #x00 #x00 #x00 #x0f #x00 #x00 #x00
#x10 #x00 #x00 #x00 #x11 #x00 #x00 #x00 #x0e #x00 #x00 #x00
#x3e #x00 #x03 #x00 #x09 #x00 #x00 #x00 #x12 #x00 #x00 #x00
#x41 #x00 #x05 #x00 #x1f #x00 #x00 #x00 #x20 #x00 #x00 #x00
#x1e #x00 #x00 #x00 #x1a #x00 #x00 #x00 #x3d #x00 #x04 #x00
#x1b #x00 #x00 #x00 #x21 #x00 #x00 #x00 #x20 #x00 #x00 #x00
#x3d #x00 #x04 #x00 #x0a #x00 #x00 #x00 #x23 #x00 #x00 #x00
#x22 #x00 #x00 #x00 #x51 #x00 #x05 #x00 #x06 #x00 #x00 #x00
#x24 #x00 #x00 #x00 #x23 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00
#x51 #x00 #x05 #x00 #x06 #x00 #x00 #x00 #x25 #x00 #x00 #x00
#x23 #x00 #x00 #x00 #x01 #x00 #x00 #x00 #x51 #x00 #x05 #x00
#x06 #x00 #x00 #x00 #x26 #x00 #x00 #x00 #x23 #x00 #x00 #x00
#x02 #x00 #x00 #x00 #x50 #x00 #x07 #x00 #x07 #x00 #x00 #x00
#x27 #x00 #x00 #x00 #x24 #x00 #x00 #x00 #x25 #x00 #x00 #x00
#x26 #x00 #x00 #x00 #x0e #x00 #x00 #x00 #x91 #x00 #x05 #x00
#x07 #x00 #x00 #x00 #x28 #x00 #x00 #x00 #x21 #x00 #x00 #x00
#x27 #x00 #x00 #x00 #x41 #x00 #x05 #x00 #x08 #x00 #x00 #x00
#x29 #x00 #x00 #x00 #x18 #x00 #x00 #x00 #x1a #x00 #x00 #x00
#x3e #x00 #x03 #x00 #x29 #x00 #x00 #x00 #x28 #x00 #x00 #x00
#xfd #x00 #x01 #x00 #x38 #x00 #x01 #x00))
(define frag-spirv
#vu8( #x03 #x02 #x23 #x07 #x00 #x00 #x01 #x00 #x0b #x00 #x08 #x00
#x0d #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x11 #x00 #x02 #x00
#x01 #x00 #x00 #x00 #x0b #x00 #x06 #x00 #x01 #x00 #x00 #x00
#x47 #x4c #x53 #x4c #x2e #x73 #x74 #x64 #x2e #x34 #x35 #x30
#x00 #x00 #x00 #x00 #x0e #x00 #x03 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00
#x01 #x00 #x00 #x00 #x0f #x00 #x07 #x00 #x04 #x00 #x00 #x00
#x04 #x00 #x00 #x00 #x6d #x61 #x69 #x6e #x00 #x00 #x00 #x00
#x09 #x00 #x00 #x00 #x0b #x00 #x00 #x00 #x10 #x00 #x03 #x00
#x04 #x00 #x00 #x00 #x07 #x00 #x00 #x00 #x03 #x00 #x03 #x00
#x02 #x00 #x00 #x00 #xc2 #x01 #x00 #x00 #x05 #x00 #x04 #x00
#x04 #x00 #x00 #x00 #x6d #x61 #x69 #x6e #x00 #x00 #x00 #x00
#x05 #x00 #x05 #x00 #x09 #x00 #x00 #x00 #x6f #x75 #x74 #x5f
#x63 #x6f #x6c #x6f #x72 #x00 #x00 #x00 #x05 #x00 #x05 #x00
#x0b #x00 #x00 #x00 #x69 #x6e #x5f #x63 #x6f #x6c #x6f #x72
#x00 #x00 #x00 #x00 #x47 #x00 #x04 #x00 #x09 #x00 #x00 #x00
#x1e #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x47 #x00 #x04 #x00
#x0b #x00 #x00 #x00 #x1e #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00
#x13 #x00 #x02 #x00 #x02 #x00 #x00 #x00 #x21 #x00 #x03 #x00
#x03 #x00 #x00 #x00 #x02 #x00 #x00 #x00 #x16 #x00 #x03 #x00
#x06 #x00 #x00 #x00 #x20 #x00 #x00 #x00 #x17 #x00 #x04 #x00
#x07 #x00 #x00 #x00 #x06 #x00 #x00 #x00 #x04 #x00 #x00 #x00
#x20 #x00 #x04 #x00 #x08 #x00 #x00 #x00 #x03 #x00 #x00 #x00
#x07 #x00 #x00 #x00 #x3b #x00 #x04 #x00 #x08 #x00 #x00 #x00
#x09 #x00 #x00 #x00 #x03 #x00 #x00 #x00 #x20 #x00 #x04 #x00
#x0a #x00 #x00 #x00 #x01 #x00 #x00 #x00 #x07 #x00 #x00 #x00
#x3b #x00 #x04 #x00 #x0a #x00 #x00 #x00 #x0b #x00 #x00 #x00
#x01 #x00 #x00 #x00 #x36 #x00 #x05 #x00 #x02 #x00 #x00 #x00
#x04 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x00 #x03 #x00 #x00 #x00
#xf8 #x00 #x02 #x00 #x05 #x00 #x00 #x00 #x3d #x00 #x04 #x00
#x07 #x00 #x00 #x00 #x0c #x00 #x00 #x00 #x0b #x00 #x00 #x00
#x3e #x00 #x03 #x00 #x09 #x00 #x00 #x00 #x0c #x00 #x00 #x00
#xfd #x00 #x01 #x00 #x38 #x00 #x01 #x00))
(define data-vert
#f32(
;; Front face.
;; Bottom left
-0.5 0.5 -0.5 1.0 0.0 0.0 ; red
0.5 -0.5 -0.5 0.0 0.0 1.0 ; blue
-0.5 -0.5 -0.5 0.0 1.0 0.0 ; green
;; Top right
-0.5 0.5 -0.5 1.0 0.0 0.0 ; red
0.5 0.5 -0.5 1.0 1.0 0.0 ; yellow
0.5 -0.5 -0.5 0.0 0.0 1.0 ; blue
;; Left face
;; Bottom left
-0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 ; white
-0.5 -0.5 -0.5 0.0 1.0 0.0 ; green
-0.5 -0.5 0.5 0.0 1.0 1.0 ; cyan
;; Top right
-0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 ; white
-0.5 0.5 -0.5 1.0 0.0 0.0 ; red
-0.5 -0.5 -0.5 0.0 1.0 0.0 ; green
;; Top face
;; Bottom left
-0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 ; white
0.5 0.5 -0.5 1.0 1.0 0.0 ; yellow
-0.5 0.5 -0.5 1.0 0.0 0.0 ; red
;; Top right
-0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 ; white
0.5 0.5 0.5 0.0 0.0 0.0 ; black
0.5 0.5 -0.5 1.0 1.0 0.0 ; yellow
;; Right face
;; Bottom left
0.5 0.5 -0.5 1.0 1.0 0.0 ; yellow
0.5 -0.5 0.5 1.0 0.0 1.0 ; magenta
0.5 -0.5 -0.5 0.0 0.0 1.0 ; blue
;; Top right
0.5 0.5 -0.5 1.0 1.0 0.0 ; yellow
0.5 0.5 0.5 0.0 0.0 0.0 ; black
0.5 -0.5 0.5 1.0 0.0 1.0 ; magenta
;; Back face
;; Bottom left
0.5 0.5 0.5 0.0 0.0 0.0 ; black
-0.5 -0.5 0.5 0.0 1.0 1.0 ; cyan
0.5 -0.5 0.5 1.0 0.0 1.0 ; magenta
;; Top right
0.5 0.5 0.5 0.0 0.0 0.0 ; black
-0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 ; white
-0.5 -0.5 0.5 0.0 1.0 1.0 ; cyan
;; Bottom face
;; Bottom left
-0.5 -0.5 -0.5 0.0 1.0 0.0 ; green
0.5 -0.5 0.5 1.0 0.0 1.0 ; magenta
-0.5 -0.5 0.5 0.0 1.0 1.0 ; cyan
;; Top right
-0.5 -0.5 -0.5 0.0 1.0 0.0 ; green
0.5 -0.5 -0.5 0.0 0.0 1.0 ; blue
0.5 -0.5 0.5 1.0 0.0 1.0 ; magenta
))
;; Initialize SDL. All we need is the video subsystem.
(sdl-init '(video))
;; Open window.
(define window (make-window "SDL3 GPU" 800 600))
;; Create GPU device.
(define device (make-gpu-device '(spirv)))
(claim-window-for-gpu-device! device window)
;; Create shaders.
(define shader-vert (make-gpu-shader device 'vertex 'spirv vert-spirv
#:uniform-buffers 1))
(define shader-frag (make-gpu-shader device 'fragment 'spirv frag-spirv))
;; Create empty vertex buffer
(define nbytes-vert (bytevector-length data-vert))
(define buffer-vert (make-gpu-buffer device nbytes-vert '(vertex)))
(set-gpu-buffer-name! device buffer-vert "vertex buffer")
;; Create transfer buffer and copy vertex data into it.
(define buffer-transfer (make-gpu-transfer-buffer device nbytes-vert 'upload))
(define mapped (map-gpu-transfer-buffer! device buffer-transfer nbytes-vert))
(bytevector-copy! data-vert 0 mapped 0 nbytes-vert)
(unmap-gpu-transfer-buffer! device buffer-transfer)
;; Upload vertex data to vertex buffer.
(define cmd (acquire-gpu-command-buffer device))
(define copy-pass (begin-gpu-copy-pass cmd))
(upload-to-gpu-buffer copy-pass buffer-transfer 0 buffer-vert 0 nbytes-vert)
(end-gpu-copy-pass copy-pass)
(submit-gpu-command-buffer! cmd)
(release-gpu-transfer-buffer! device buffer-transfer)
;; Figure out our sample rate.
(define swapchain-texture-format (gpu-swapchain-texture-format device window))
(define sample-count
(if (gpu-texture-supports-sample-count? device swapchain-texture-format 4)
4 1))
;; Setup graphics pipeline.
(define color-target-desc
(make-gpu-color-target-description
#:format swapchain-texture-format))
(define target-info
(make-gpu-graphics-pipeline-target-info
#:color-targets (vector color-target-desc)
#:depth-stencil-format 'd16-unorm))
(define depth-stencil-state
(make-gpu-depth-stencil-state
#:compare-op 'less-or-equal))
(define multisample-state
(make-gpu-multisample-state
#:sample-count sample-count))
(define vertex-buffer-desc
(make-gpu-vertex-buffer-description
#:slot 0
#:pitch (* 4 6)))
(define vertex-attrib-position
(make-gpu-vertex-attribute
#:buffer-slot 0
#:format 'float3
#:location 0))
(define vertex-attrib-color
(make-gpu-vertex-attribute
#:buffer-slot 0
#:format 'float3
#:location 1
#:offset (* 4 3)))
(define vertex-input-state
(make-gpu-vertex-input-state
#:vertex-buffer-descriptions (vector vertex-buffer-desc)
#:vertex-attributes (vector vertex-attrib-position
vertex-attrib-color)))
(define pipeline
(make-gpu-graphics-pipeline device
#:vertex-shader shader-vert
#:fragment-shader shader-frag
#:vertex-input-state vertex-input-state
#:multisample-state multisample-state
#:depth-stencil-state depth-stencil-state
#:target-info target-info))
;; Shaders can be released once the pipeline has been built.
(release-gpu-shader! device shader-vert)
(release-gpu-shader! device shader-frag)
;; Create textures.
(define-values (width height) (window-size-in-pixels window))
(define tex-depth
(make-gpu-texture device
#:format 'd16-unorm
#:width width
#:height height
#:sample-count sample-count
#:usage '(depth-stencil-target)))
(define tex-msaa
(make-gpu-texture device
#:format swapchain-texture-format
#:width width
#:height height
#:sample-count sample-count))
(define tex-resolve
(make-gpu-texture device
#:format swapchain-texture-format
#:width width
#:height height
#:usage '(color-target sampler)))
;; Transformation matrices.
(define pi 3.1415926535897932)
(define tau (* 2.0 pi))
(define-bstruct <mat4> (array 16 f32))
(define (make-mat4) (bstruct-alloc <mat4>))
(define (make-identity-mat4)
(bstruct-alloc
<mat4>
(0 1.0) (1 0.0) (2 0.0) (3 0.0)
(4 0.0) (5 1.0) (6 0.0) (7 0.0)
(8 0.0) (9 0.0) (10 1.0) (11 0.0)
(12 0.0) (13 0.0) (14 0.0) (15 1.0)))
(define (mat4-identity! m)
(bstruct-set!
<mat4> m
(0 1.0) (1 0.0) (2 0.0) (3 0.0)
(4 0.0) (5 1.0) (6 0.0) (7 0.0)
(8 0.0) (9 0.0) (10 1.0) (11 0.0)
(12 0.0) (13 0.0) (14 0.0) (15 1.0)))
(define (mat4-perspective! m fovy aspect znear zfar)
(let ((f (/ 1.0 (tan (* fovy 0.5)))))
(bstruct-set!
<mat4> m
(0 (/ f aspect)) (1 0.0) (2 0.0) (3 0.0)
(4 0.0) (5 f) (6 0.0) (7 0.0)
(8 0.0) (9 0.0) (10 (/ (+ znear zfar) (- znear zfar))) (11 -1.0)
(12 0.0) (13 0.0) (14 (/ (* 2.0 znear zfar) (- znear zfar))) (15 0.0))))
(define (mat4-rotate! m angle x y z)
(let* ((c (cos angle))
(s (sin angle))
(xx (* x x))
(yy (* y y))
(zz (* z z))
(xy (* x y))
(xz (* x z))
(yz (* y z)))
(bstruct-set!
<mat4> m
(0 (+ xx (* c (- 1.0 xx))))
(1 (+ (- xy (* c xy)) (* s z)))
(2 (- xz (* c xz) (* s y)))
(3 0.0)
(4 (- xy (* c xy) (* s z)))
(5 (+ yy (* c (- 1.0 yy))))
(6 (+ (- yz (* c yz)) (* s x)))
(7 0.0)
(8 (+ (- xz (* c xz)) (* s y)))
(9 (- yz (* c yz) (* s x)))
(10 (+ zz (* c (- 1.0 zz))))
(11 0.0)
(12 0.0)
(13 0.0)
(14 0.0)
(15 1.0))))
(define (mat4-mult! a b c)
(let ((a0 (bstruct-ref <mat4> a 0))
(a1 (bstruct-ref <mat4> a 1))
(a2 (bstruct-ref <mat4> a 2))
(a3 (bstruct-ref <mat4> a 3))
(a4 (bstruct-ref <mat4> a 4))
(a5 (bstruct-ref <mat4> a 5))
(a6 (bstruct-ref <mat4> a 6))
(a7 (bstruct-ref <mat4> a 7))
(a8 (bstruct-ref <mat4> a 8))
(a9 (bstruct-ref <mat4> a 9))
(a10 (bstruct-ref <mat4> a 10))
(a11 (bstruct-ref <mat4> a 11))
(a12 (bstruct-ref <mat4> a 12))
(a13 (bstruct-ref <mat4> a 13))
(a14 (bstruct-ref <mat4> a 14))
(a15 (bstruct-ref <mat4> a 15))
(b0 (bstruct-ref <mat4> b 0))
(b1 (bstruct-ref <mat4> b 1))
(b2 (bstruct-ref <mat4> b 2))
(b3 (bstruct-ref <mat4> b 3))
(b4 (bstruct-ref <mat4> b 4))
(b5 (bstruct-ref <mat4> b 5))
(b6 (bstruct-ref <mat4> b 6))
(b7 (bstruct-ref <mat4> b 7))
(b8 (bstruct-ref <mat4> b 8))
(b9 (bstruct-ref <mat4> b 9))
(b10 (bstruct-ref <mat4> b 10))
(b11 (bstruct-ref <mat4> b 11))
(b12 (bstruct-ref <mat4> b 12))
(b13 (bstruct-ref <mat4> b 13))
(b14 (bstruct-ref <mat4> b 14))
(b15 (bstruct-ref <mat4> b 15)))
(bstruct-set!
<mat4> c
(0 (+ (* a0 b0) (* a1 b4) (* a2 b8) (* a3 b12)))
(1 (+ (* a0 b1) (* a1 b5) (* a2 b9) (* a3 b13)))
(2 (+ (* a0 b2) (* a1 b6) (* a2 b10) (* a3 b14)))
(3 (+ (* a0 b3) (* a1 b7) (* a2 b11) (* a3 b15)))
(4 (+ (* a4 b0) (* a5 b4) (* a6 b8) (* a7 b12)))
(5 (+ (* a4 b1) (* a5 b5) (* a6 b9) (* a7 b13)))
(6 (+ (* a4 b2) (* a5 b6) (* a6 b10) (* a7 b14)))
(7 (+ (* a4 b3) (* a5 b7) (* a6 b11) (* a7 b15)))
(8 (+ (* a8 b0) (* a9 b4) (* a10 b8) (* a11 b12)))
(9 (+ (* a8 b1) (* a9 b5) (* a10 b9) (* a11 b13)))
(10 (+ (* a8 b2) (* a9 b6) (* a10 b10) (* a11 b14)))
(11 (+ (* a8 b3) (* a9 b7) (* a10 b11) (* a11 b15)))
(12 (+ (* a12 b0) (* a13 b4) (* a14 b8) (* a15 b12)))
(13 (+ (* a12 b1) (* a13 b5) (* a14 b9) (* a15 b13)))
(14 (+ (* a12 b2) (* a13 b6) (* a14 b10) (* a15 b14)))
(15 (+ (* a12 b3) (* a13 b7) (* a14 b11) (* a15 b15))))))
(define perspective (make-mat4))
(define modelview (make-mat4))
(define rotation (make-mat4))
(define mvp (make-mat4))
(define angle-x 0.0)
(define angle-y 0.0)
(define angle-z 0.0)
(define aspect-ratio (exact->inexact (/ width height)))
;; Setup various command buffer state.
(define vertex-bindings
(vector (make-gpu-buffer-binding buffer-vert)))
(define main-color-target
(if (= sample-count 1)
(make-gpu-color-target #f #:load-op 'clear)
(make-gpu-color-target tex-msaa
#:load-op 'clear
#:store-op 'resolve
#:resolve-texture tex-resolve
#:cycle? #t
#:cycle-resolve-texture? #t)))
(define blit-info
(and (> sample-count 1)
(make-gpu-blit-info
#:source-texture tex-resolve
#:source-width width
#:source-height height
#:destination-texture tex-resolve
#:destination-width width
#:destination-height height)))
(define color-targets (vector main-color-target))
(define depth-target
(make-gpu-depth-stencil-target tex-depth
#:load-op 'clear
#:clear-depth 1.0
#:cycle? #t))
(define (render)
(define cmd (acquire-gpu-command-buffer device))
;; TODO: This could fail. Catch exception and try again next frame
;; in that case.
(define-values (tex-swapchain width height)
(acquire-gpu-swapchain-texture cmd window))
;; Setup transformation matrix.
(mat4-rotate! modelview angle-x 1.0 0.0 0.0)
(mat4-rotate! rotation angle-y 0.0 1.0 0.0)
(mat4-mult! modelview rotation modelview)
(mat4-rotate! rotation angle-z 0.0 1.0 0.0)
(mat4-mult! modelview rotation modelview)
(let ((z (bstruct-ref <mat4> modelview 14)))
(bstruct-set! <mat4> modelview (14 (- z 2.5))))
(mat4-perspective! perspective 45.0 aspect-ratio 0.01 100.0)
(mat4-mult! modelview perspective mvp)
;; Setup matrix uniform buffer.
(call-with-values (lambda () (bstruct-unwrap <mat4> mvp))
(lambda (bv offset)
(push-gpu-vertex-uniform-data cmd 0 bv (bstruct-sizeof <mat4>) offset)))
;; Step rotation.
(set! angle-x (+ angle-x 0.03))
(set! angle-y (+ angle-y 0.02))
(set! angle-z (+ angle-z 0.01))
(when (>= angle-x tau) (set! angle-x (- angle-x tau)))
(when (>= angle-y tau) (set! angle-y (- angle-y tau)))
(when (>= angle-z tau) (set! angle-z (- angle-z tau)))
;; Write directly to swapchain texture when not multisampling.
(when (= sample-count 1)
(set-gpu-color-target-texture! main-color-target tex-swapchain))
;; Draw the cube!
(define pass (begin-gpu-render-pass cmd color-targets depth-target))
(bind-gpu-graphics-pipeline pass pipeline)
(bind-gpu-vertex-buffers pass 0 vertex-bindings)
(draw-gpu-primitives pass 36 1)
(end-gpu-render-pass pass)
;; Blit to swapchain texture when multisampling.
(when (> sample-count 1)
(set-gpu-blit-info-destination-texture! blit-info tex-swapchain)
(blit-gpu-texture cmd blit-info))
;; Submit commands!
(submit-gpu-command-buffer! cmd))
(define (handle-events)
(match (poll-event)
(#f #t)
(event
(match (event-type event)
((or 'quit 'key-down) #f)
(_ (handle-events))))))
(let lp ()
(when (handle-events)
(render)
(lp)))
(release-gpu-texture! device tex-depth)
(release-gpu-texture! device tex-msaa)
(release-gpu-texture! device tex-resolve)
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