1️⃣ 목표

이번 목표는 미니맵상에서 플레이어(player)의 광선(ray)을 구현하는 것이 목표입니다.
이때 광선(ray)은 벽(wall)을 통과하지 못합니다.
즉, player부터 벽(wall)까지의 거리(distance)를 구할 수도 있습니다. 이 거리(distance)것이 이번 목표에서 가장중요한 부분인데, 여기서 구한 거리(distance)는 향후에 3D로 이미지를 구현할 때 중요한 요소가 될 것입니다.

2️⃣ 임시 draw_ray함수 구현

/* cub3d.h */
#define RAY_RANGE (PI / 3.0)
#define RAY_COUNT 121  // It must be bigger than 2 and recommend odd numbers.

/* ray.c */
void    draw_ray(t_god *god)
{
    double angle;
    double maxAngle;

    angle = god->player.rotationAngle;
    maxAngle = god->player.rotationAngle + (RAY_RANGE / 2.0);

    while (angle <= maxAngle)
    {
        draw_one_ray(god, angle);
        draw_one_ray(god, angle - (RAY_RANGE / 2.0));
        angle += (RAY_RANGE / 2.0) / ((RAY_COUNT - 1) / 2.0);
    }
}

RAY_RANGE는 player의 시야각을 나타냅니다. 무난하게 (PI / 3)(60도)로 시야범위를 매크로로 정의했습니다.
player의 시야각도는 player.rotationAngle입니다. 그렇기 때문에 player.rotationAngle을 기준으로 양옆으로 시야(RAY_RANGE / 2)까지가 시야범위가 됩니다.
RAY_COUNT는 광선의 갯수를 지정해줍니다. 하지만 만들어준 while문의 특성상 항상 2개 이상의의 광선이 그려집니다. (광선을 한개씩 그리도록 while문을 구성해도 되지만 RAY_COUNT를 의도적으로 2개이상 지정해주는 것은 어려운일이 아니기 때문에 그대로 나뒀습니다. + while문을 한번이라도 적게 돌리는 것이 성능향상에 도움이 될듯..)

2️⃣ draw_one_ray함수

(1) 임시 draw_one_ray함수 구현

void    draw_one_ray(t_god *god, double angle)
{
    t_dpable_ray horz;
    t_dpable_ray vert;

    ray_init(&god->ray, angle);
    cal_horz_ray(god, &horz);
    cal_vert_ray(god, &vert);

    /* 코드 생략 */
}

위의 draw_one_ray함수에는 다음과 같은 새로운 함수와 새로운 구조체 변수를 포함하고 있습니다.
- t_dpable_ray구조체
- ray_init함수
- cal_horz_ray함수
- cal_vert_ray함수
- draw_line함수

(2) t_dpable_ray 구조체

typedef struct s_dpable_ray {
    double  xintercept;
    double  yintercept;
    double  xstep;
    double  ystep;
    int     found_wallHit;
    double  wall_hitX;
    double  wall_hitY;
    double  distance;
} t_dpable_ray;

disposable은 “일회용”이라는 뜻으로 구조체이름을 t_dpable_ray로 작명하였습니다.
각각의 요소들은 광선을 한개 그릴 때만 유효한 요소들입니다.

(3) ray_init함수

/* cub3d.h */
typedef struct s_ray {
    double  ray_angle;
    double  wall_hitX;
    double  wall_hitY;
    double  distance;
    int     wasHit_vertical;
    int     isRay_facingDown;
    int     isRay_facingUp;
    int     isRay_facingRight;
    int     isRay_facingLeft;
} t_ray;

typedef struct s_god {
    /* 코드 생략 */
    t_ray    ray;
} t_god;

/* ray.c */
void ray_init(t_ray *ray, double rayAngle)
{
    ray->ray_angle = rayAngle;
    ray->wall_hitX = 0;
    ray->wall_hitY = 0;
    ray->distance = 0;
    ray->wasHit_vertical = FALSE;

    ray->isRay_facingDown = ray->ray_angle > 0 && ray->ray_angle < PI;
    ray->isRay_facingUp = !ray->isRay_facingDown;
    ray->isRay_facingRight = ray->ray_angle < 0.5 * PI || ray->ray_angle > 1.5 * PI;
    ray->isRay_facingLeft = !ray->isRay_facingRight;
}

t_ray ray는 t_god구조체에 포홤되어 있는 구조체로 광선이 벽과만나는좌표와 광선의 방향적인 요소를 담고 있는 구조체 입니다.
2D 지도가 2차원 배열형식으로 만들어져 있기 때문에 상하가 기존에 생각하던 방향과 반대로되어 있습니다. 삼각함수를 이용하여 올바르게 계산하기 위해서 "0도 ~ 180도"는 윗방향이아닌 facingDown(아래를 바라볼때)의 범위로 생각해야합니다.
ray_init함수는 이러한 t_ray구조체를 초기화해주는 함수입니다.

3️⃣ horizontal(수평), vertical(수직) 좌표 계산하기

광선(ray)을 벽을 찾아주는 역할을 하도록 구현해야합니다.
하지만 매 도트마다 벽인지 아닌지 확인하는 것은 비효율적입니다. 대신에 각 Tile의 경계면을 기준으로 확인하는 것이 좀 더 효율적입니다.
항상 꼭지점에서 광선이 만난다는 보장이 없기 때문에 horizontal(수평), vertical(수직)방향의 경계선으로 나누어 각각의 경계좌표를 구합니다.
그 중에서 거리가 짧은쪽이 최초로 벽을 만나는 지점이 됩니다.

(1) horizontal(수평)계산함수 구현

< cal_horz_ray 함수 >

void    cal_horz_ray(t_god *god, t_dpable_ray *horz)
{
    horz->found_wallHit = FALSE;
    horz->wall_hitX = 0;
    horz->wall_hitY = 0;

    horz->yintercept = floor(god->player.y  / TILE_SIZE) * TILE_SIZE;
    horz->yintercept += god->ray.isRay_facingDown ? TILE_SIZE : 0;

    horz->xintercept = god->player.x + (horz->yintercept - god->player.y) / tan(god->ray.ray_angle);

    horz->ystep = TILE_SIZE;
    horz->ystep *= god->ray.isRay_facingUp ? -1 : 1;

    horz->xstep = TILE_SIZE / tan(god->ray.ray_angle);
    horz->xstep *= (god->ray.isRay_facingLeft && horz->xstep > 0) ? -1 : 1;
    horz->xstep *= (god->ray.isRay_facingRight && horz->xstep < 0) ? -1 : 1;

    cal_ray(god, horz);
}

yintercept변수는 player가 최초로 horizontal(수평)경계면에 만나는 좌표 입니다.
그 이후의 경계면좌표는 TILE_SIZE만큼 일정하게 증가하게 됩니다.
이때 바라보는 방향에 따라 부호를 잘 조절해주어야합니다.

(2) vertical(수직)계산함수 구현

< cal_horz_ray 함수 >

void cal_vert_ray(t_god *god, t_dpable_ray *vert)
{
    vert->found_wallHit = FALSE;
    vert->wall_hitX = 0;
    vert->wall_hitY = 0;

    vert->xintercept = floor(god->player.x  / TILE_SIZE) * TILE_SIZE;
    vert->xintercept += god->ray.isRay_facingRight ? TILE_SIZE : 0;

    vert->yintercept = god->player.y + (vert->xintercept - god->player.x) * tan(god->ray.ray_angle);

    vert->xstep = TILE_SIZE;
    vert->xstep *= god->ray.isRay_facingLeft ? -1 : 1;

    vert->ystep = TILE_SIZE * tan(god->ray.ray_angle);
    vert->ystep *= (god->ray.isRay_facingUp && vert->ystep > 0) ? -1 : 1;
    vert->ystep *= (god->ray.isRay_facingDown && vert->ystep < 0) ? -1 : 1;

    cal_ray(god, vert);
}

horizontal(수평)경계좌표를 계산하는 함수와 거의 비슷한 로직입니다.
하지만 기준이되는 변수들이 다르기 때문에 따로 구성했습니다. (공통함수로 구현하면 매개변수가 너무 많아지기 때문에 따로 구현했습니다.)

(3) 수평, 수직 공통 계산함수 구현

< cal_ray 함수 >

void    cal_ray(t_god *god, t_dpable_ray *hv)
{
    double next_touchX;
    double next_touchY;

    next_touchX = hv->xintercept;
    next_touchY = hv->yintercept;

    while (next_touchX >= 0 && next_touchX <= WINDOW_WIDTH && next_touchY >= 0 && next_touchY <= WINDOW_HEIGHT) {
        if (is_wall(next_touchX, next_touchY - (god->ray.isRay_facingUp ? 1 : 0))) {
            hv->found_wallHit = TRUE;
            hv->wall_hitX = next_touchX;
            hv->wall_hitY = next_touchY;
            break;
        } else {
            next_touchX += hv->xstep;
            next_touchY += hv->ystep;
        }
    }
    cal_distance(god, hv);
}

사실 실질적으로 벽의 위치를 찾는 하는 함수입니다.
cal_horz_ray함수, cal_vert_ray함수에서 xintercept, yintercept, xstep, ystep의 값이 정해지고 cal_ray함수에서 그 값들을 이용하여 계산을 합니다.
cal_distance함수를 이용하여 거리를 계산해줍니다.

(4) 거리구하는 함수

< cal_distance 함수 >

void    cal_distance(t_god *god, t_dpable_ray *hv)
{
    if (hv->found_wallHit == TRUE)
        hv->distance = distance_between_points(god->player.x, god->player.y, hv->wall_hitX, hv->wall_hitY);
    else
        hv->distance = DBL_MAX;
}

< distance_between_points 함수 >

double distance_between_points(double x1, double y1, double x2, double y2)
{
    return sqrt((x2 - x1) * (x2 - x1) + (y2 - y1) * (y2 - y1));
}

벽을 찾았을 경우 distance_between_points함수를 통해 거리를 계산하게됩니다.
벽을 찾지 못할 경우 DBL_MAX(double자료형의 최대값)을 지정해주었습니다. (수평경계좌표와 수직경계좌표를 비교할때 항상 선택받지 못하도록 하기 위해)

4️⃣ draw_one_ray함수 최종 구현

(1) draw_one_ray함수

void    draw_one_ray(t_god *god, double angle)
{
    t_dpable_ray horz;
    t_dpable_ray vert;

    ray_init(&god->ray, angle);
    cal_horz_ray(god, &horz);
    cal_vert_ray(god, &vert);

    if (vert.distance < horz.distance) {
        god->ray.wall_hitX = vert.wall_hitX;
        god->ray.wall_hitY = vert.wall_hitY;
        god->ray.distance = vert.distance;
        god->ray.wasHit_vertical = TRUE;
    } else {
        god->ray.wall_hitX = horz.wall_hitX;
        god->ray.wall_hitY = horz.wall_hitY;
        god->ray.distance = horz.distance;
        god->ray.wasHit_vertical = FALSE;
    }
    draw_line(god, god->player.x, god->player.y, god->ray.wall_hitX, god->ray.wall_hitY);
}

수평(horizontal) 경계좌표와 수직(vertical) 경계좌표를 모두 구한 뒤 if문을 통해 거리를 비교하여 짧은쪽의 데이터들을 ray구조체변수에 저장해줍니다.
이렇게 저장된 값들을 draw_line함수을 이용하여 최종적으로 한개의 광선을 그리게 됩니다.

(2) draw_line함수

void    draw_line(t_god *god, double x1, double y1, double x2, double y2)
{
    double    ray_x;
    double    ray_y;
    double    dx;
    double    dy;
    double    max_value;
    
    ray_x = god->player.x;
    ray_y = god->player.y;
    dx = x2 - x1;
    dy = y2 - y1;

    max_value = fmax(fabs(dx), fabs(dy));
    dx /= max_value;
    dy /= max_value;
    while (1)
    {
        if (!is_wall(ray_x, ray_y))
            god->img.data[WINDOW_WIDTH * (int)floor(ray_y) + (int)floor(ray_x)] = 0xFF0000;
        else
            break;
        ray_x += dx;
        ray_y += dy;
    }
}

draw_line함수는 좌표 2개를 인자로 받아 선을 그려주는 함수 입니다.
도트단위로 그려집니다. 하지만 기울기는 항상다르기때문에 x좌표와 y좌표중에 기준을 정해서 도트단위로 그려나가야 합니다. (기준이 되는쪽의 미분값이 1이 됩니다.)
두 점의 x좌표와 y좌표각각의 차이를 구하여 긴쪽을 기준으로 하는 것이 광선(ray)을 좀 더 세밀하게 그릴 수 있는 방법입니다.
while문을 통하여 벽을만날때까지 0xFF0000(빨간색)으로 그려줍니다.

5️⃣ 광선(ray)가 최종구현 및 아쉬운점

(1) 문제발생

ray_in_map1

최종적으로 광선(ray)이 잘 구현되어 나타났습니다.
하지만 회전각이 360도를 넘어가는 순간 오류가 생겼고 위와같이 광선이 발사 되었습니다.

(2) 문제해결(normalize_angle함수 구현)

각도
가 2PI를 넘어가면 자동으로 케스팅되어 계산이될 줄알았지만 생각처럼되지 않았습니다.

double normalize_angle(double angle)
{
    if (angle >= 0)
    {
        while (angle >= TWO_PI)
            angle -= TWO_PI;
    }
    else
    {
        while (angle <= 0)
            angle += TWO_PI;
    }
    return angle;
}

/* 수정 후 ray_init함수 */
void ray_init(t_ray *ray, double rayAngle)
{
    ray->ray_angle = normalize_angle(rayAngle);

    /* 코드 생략 */
}

위와같이 0 ~ 2PI의 값만 가지도록 자동으로 케스팅해주는 함수를 만들어 줬습니다.
이제 어떠한 각도를 주어도 유효하게 광선을 발사해 주었습니다.

< 정상적으로 광선이 발사되는 모습 >

ray_in_map2

[cub3d](7)광선(ray) 구현하기

1️⃣ 목표

2️⃣ 임시 draw_ray함수 구현

2️⃣ draw_one_ray함수

(1) 임시 draw_one_ray함수 구현

(2) t_dpable_ray 구조체

(3) ray_init함수

3️⃣ horizontal(수평), vertical(수직) 좌표 계산하기

(1) horizontal(수평)계산함수 구현

< cal_horz_ray 함수 >

(2) vertical(수직)계산함수 구현

< cal_horz_ray 함수 >

(3) 수평, 수직 공통 계산함수 구현

< cal_ray 함수 >

(4) 거리구하는 함수

< cal_distance 함수 >

< distance_between_points 함수 >

4️⃣ draw_one_ray함수 최종 구현

(1) draw_one_ray함수

(2) draw_line함수

5️⃣ 광선(ray)가 최종구현 및 아쉬운점

(1) 문제발생

(2) 문제해결(normalize_angle함수 구현)

< 정상적으로 광선이 발사되는 모습 >

KirKim

1️⃣ 목표

2️⃣ 임시 draw_ray함수 구현

2️⃣ draw_one_ray함수

(1) 임시 draw_one_ray함수 구현

(2) t_dpable_ray 구조체

(3) ray_init함수

3️⃣ horizontal(수평), vertical(수직) 좌표 계산하기

(1) horizontal(수평)계산함수 구현

< cal_horz_ray 함수 >

(2) vertical(수직)계산함수 구현

< cal_horz_ray 함수 >

(3) 수평, 수직 공통 계산함수 구현

< cal_ray 함수 >

(4) 거리구하는 함수

< cal_distance 함수 >

< distance_between_points 함수 >

4️⃣ draw_one_ray함수 최종 구현

(1) draw_one_ray함수

(2) draw_line함수

5️⃣ 광선(ray)가 최종구현 및 아쉬운점

(1) 문제발생

(2) 문제해결(normalize_angle함수 구현)

< 정상적으로 광선이 발사되는 모습 >

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