WLED/wled00/FX_2Dfcn.cpp

/*
  FX_2Dfcn.cpp contains all 2D utility functions
  
  LICENSE
  The MIT License (MIT)
  Copyright (c) 2022  Blaz Kristan (https://blaz.at/home)
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  THE SOFTWARE.

  Parts of the code adapted from WLED Sound Reactive
*/
#include "wled.h"
#include "FX.h"
#include "palettes.h"

// setUpMatrix() - constructs ledmap array from matrix of panels with WxH pixels
// this converts physical (possibly irregular) LED arrangement into well defined
// array of logical pixels: fist entry corresponds to left-topmost logical pixel
// followed by horizontal pixels, when matrixWidth logical pixels are added they
// are followed by next row (down) of matrixWidth pixels (and so forth)
// note: matrix may be comprised of multiple panels each with different orientation
// but ledmap takes care of that. ledmap is constructed upon initialization
// so matrix should disable regular ledmap processing
void WS2812FX::setUpMatrix() {
  // erase old ledmap, just in case.
  if (customMappingTable != nullptr) delete[] customMappingTable;
  customMappingTable = nullptr;
  customMappingSize = 0;

  if (isMatrix) {
    matrixWidth  = hPanels * panelW;
    matrixHeight = vPanels * panelH;

    // safety check
    if (matrixWidth * matrixHeight > MAX_LEDS) {
      matrixWidth = getLengthTotal();
      matrixHeight = 1;
      isMatrix = false;
      return;
    }

    customMappingSize  = matrixWidth * matrixHeight;
    customMappingTable = new uint16_t[customMappingSize];

    if (customMappingTable != nullptr) {
      uint16_t startL; // index in custom mapping array (logical strip)
      uint16_t startP; // position of 1st pixel of panel on (virtual) strip
      uint16_t x, y, offset;
      uint8_t h = matrix.vertical ? vPanels : hPanels;
      uint8_t v = matrix.vertical ? hPanels : vPanels;

      for (uint8_t j=0, p=0; j<v; j++) {
        for (uint8_t i=0; i<h; i++, p++) {
          y = (matrix.vertical ? matrix.rightStart : matrix.bottomStart) ? v - j - 1 : j;
          x = (matrix.vertical ? matrix.bottomStart : matrix.rightStart) ? h - i - 1 : i;
          x = matrix.serpentine && j%2 ? h - x - 1 : x;

          startL = (matrix.vertical ? y : x) * panelW + (matrix.vertical ? x : y) * matrixWidth * panelH; // logical index (top-left corner)
          startP = p * panelW * panelH; // physical index (top-left corner)

          uint8_t H = panel[h*j + i].vertical ? panelW : panelH;
          uint8_t W = panel[h*j + i].vertical ? panelH : panelW;
          for (uint16_t l=0, q=0; l<H; l++) {
            for (uint16_t k=0; k<W; k++, q++) {
              y = (panel[h*j + i].vertical ? panel[h*j + i].rightStart : panel[h*j + i].bottomStart) ? H - l - 1 : l;
              x = (panel[h*j + i].vertical ? panel[h*j + i].bottomStart : panel[h*j + i].rightStart) ? W - k - 1 : k;
              x = (panel[h*j + i].serpentine && l%2) ? (W - x - 1) : x;
              offset = (panel[h*j + i].vertical ? y : x) + (panel[h*j + i].vertical ? x : y) * matrixWidth;
              customMappingTable[startL + offset] = startP + q;
            }
          }
        }
      }
      #ifdef WLED_DEBUG
      DEBUG_PRINT(F("Matrix ledmap:"));
      for (uint16_t i=0; i<customMappingSize; i++) {
        if (!(i%matrixWidth)) DEBUG_PRINTLN();
        DEBUG_PRINTF("%4d,", customMappingTable[i]);
      }
      DEBUG_PRINTLN();
      #endif
    } else {
      // memory allocation error
      matrixWidth = getLengthTotal();
      matrixHeight = 1;
      isMatrix = false;
      return;
    }
  } else { 
    // not a matrix set up
    matrixWidth = getLengthTotal();
    matrixHeight = 1;
  }
}

// XY(x,y) - gets pixel index within current segment
uint16_t IRAM_ATTR WS2812FX::XY(uint16_t x, uint16_t y) {
  uint16_t width  = SEGMENT.virtualWidth();   // segment width in logical pixels
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();  // segment height in logical pixels
/*
  // it may be unnecessary to perform transpose since pixels should be always addressed using XY() function
  if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_TRANSPOSED)) {
    uint16_t t;
    // swap X & Y if segment transposed
    t = x; x = y; y = t;
    // swap width & height if segment transposed
    t = width; width = height; height = t;
  }
*/
  return (x%width) + (y%height) * width;
}

// get2DPixelIndex(x,y,seg) - returns an index of segment pixel in a matrix layout
// index still needs to undergo ledmap processing to represent actual physical pixel
// matrix is always organized by matrixHeight number of matrixWidth pixels from top to bottom, left to right
// so: pixel at get2DPixelIndex(5,6) in a 2D segment with [start=10, stop=19, startY=20, stopY=29 : 10x10 pixels]
// corresponds to pixel with logical index of 847 (0 based) if a 2D segment belongs to a 32x32 matrix.
// math: (matrixWidth * (startY + y)) + start + x => (32 * (20+6)) + 10 + 5 = 847
uint16_t IRAM_ATTR WS2812FX::get2DPixelIndex(uint16_t x, uint16_t y, uint8_t seg) {
  if (seg == 255) seg = _segment_index;
  x %= _segments[seg].width();  // just in case constrain x (wrap around)
  y %= _segments[seg].height(); // just in case constrain y (wrap around)
  return ((_segments[seg].startY + y) * matrixWidth) + _segments[seg].start + x;
}

void IRAM_ATTR WS2812FX::setPixelColorXY(uint16_t x, uint16_t y, byte r, byte g, byte b, byte w)
{
  if (!isMatrix) return; // not a matrix set-up

  if (_bri_t < 255) {  
    r = scale8(r, _bri_t);
    g = scale8(g, _bri_t);
    b = scale8(b, _bri_t);
    w = scale8(w, _bri_t);
  }
  uint32_t col = RGBW32(r, g, b, w);

  if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_TRANSPOSED)) { uint16_t t = x; x = y; y = t; } // swap X & Y if segment transposed

  x *= SEGMENT.groupLength(); // expand to physical pixels
  y *= SEGMENT.groupLength(); // expand to physical pixels
  if (x >= SEGMENT.width() || y >= SEGMENT.height()) return;  // if pixel would fall out of segment just exit

  for (uint8_t j = 0; j < SEGMENT.grouping; j++) {   // groupping vertically
    for (uint8_t g = 0; g < SEGMENT.grouping; g++) { // groupping horizontally
      uint16_t index, xX = (x+g), yY = (y+j);
      if (xX >= SEGMENT.width() || yY >= SEGMENT.height()) continue; // we have reached one dimension's end

      if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_REVERSED)  ) xX = SEGMENT.width()  - xX - 1;
      if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_REVERSED_Y)) yY = SEGMENT.height() - yY - 1;

      index = get2DPixelIndex(xX, yY);
      if (index < customMappingSize) index = customMappingTable[index];
      busses.setPixelColor(index, col);

      if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_MIRROR)) { //set the corresponding horizontally mirrored pixel
        index = get2DPixelIndex(SEGMENT.width() - xX - 1, yY);
        if (index < customMappingSize) index = customMappingTable[index];
        busses.setPixelColor(index, col);
      }
      if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_MIRROR_Y)) { //set the corresponding vertically mirrored pixel
        index = get2DPixelIndex(xX, SEGMENT.height() - yY - 1);
        if (index < customMappingSize) index = customMappingTable[index];
        busses.setPixelColor(index, col);
      }
    }
  }
}

// not working correctly ATM
uint32_t WS2812FX::getPixelColorXY(uint16_t x, uint16_t y) {
  if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_TRANSPOSED)) { uint16_t t = x; x = y; y = t; } // swap X & Y if segment transposed

  x *= SEGMENT.groupLength(); // expand to physical pixels
  y *= SEGMENT.groupLength(); // expand to physical pixels
  if (x >= SEGMENT.width() || y >= SEGMENT.height()) return 0;

  if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_REVERSED)  ) x = SEGMENT.width()  - x - 1;
  if (SEGMENT.getOption(SEG_OPTION_REVERSED_Y)) y = SEGMENT.height() - y - 1;

  uint16_t index = get2DPixelIndex(x, y);
  if (index < customMappingSize) index = customMappingTable[index];

  return busses.getPixelColor(index);
}

/*
 * Blends the specified color with the existing pixel color.
 */
void WS2812FX::blendPixelColorXY(uint16_t x, uint16_t y, uint32_t color, uint8_t blend) {
  setPixelColorXY(x, y, color_blend(getPixelColorXY(x,y), color, blend));
}

// blurRow: perform a blur on a row of a rectangular matrix
void WS2812FX::blurRow(uint16_t row, fract8 blur_amount, CRGB* leds) {
  uint16_t width  = SEGMENT.virtualWidth();
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();
  if (row >= height) return;
  // blur one row
  uint8_t keep = 255 - blur_amount;
  uint8_t seep = blur_amount >> 1;
  CRGB carryover = CRGB::Black;
  for (uint16_t x = 0; x < width; x++) {
    CRGB cur = leds[XY(x,row)];
    CRGB part = cur;
    part.nscale8(seep);
    cur.nscale8(keep);
    cur += carryover;
    if (x) leds[XY(x-1,row)] += part;
    leds[XY(x,row)] = cur;
    carryover = part;
  }
}

// blurCol: perform a blur on a column of a rectangular matrix
void WS2812FX::blurCol(uint16_t col, fract8 blur_amount, CRGB* leds) {
  uint16_t width  = SEGMENT.virtualWidth();
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();
  if (col >= width) return;
  // blur one column
  uint8_t keep = 255 - blur_amount;
  uint8_t seep = blur_amount >> 1;
  CRGB carryover = CRGB::Black;
  for (uint16_t i = 0; i < height; i++) {
    CRGB cur = leds[XY(col,i)];
    CRGB part = cur;
    part.nscale8(seep);
    cur.nscale8(keep);
    cur += carryover;
    if (i) leds[XY(col,i-1)] += part;
    leds[XY(col,i)] = cur;
    carryover = part;
  }
}

// blur1d: one-dimensional blur filter. Spreads light to 2 line neighbors.
// blur2d: two-dimensional blur filter. Spreads light to 8 XY neighbors.
//
//           0 = no spread at all
//          64 = moderate spreading
//         172 = maximum smooth, even spreading
//
//         173..255 = wider spreading, but increasing flicker
//
//         Total light is NOT entirely conserved, so many repeated
//         calls to 'blur' will also result in the light fading,
//         eventually all the way to black; this is by design so that
//         it can be used to (slowly) clear the LEDs to black.

void WS2812FX::blur1d(CRGB* leds, fract8 blur_amount) {
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();
  for (uint16_t y = 0; y < height; y++) blurRow(y, blur_amount, leds);
}

void WS2812FX::blur2d(CRGB* leds, fract8 blur_amount) {
  uint16_t width  = SEGMENT.virtualWidth();  // same as SEGLEN
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();
  for (uint16_t i = 0; i < height; i++) blurRow(i, blur_amount, leds); // blur all rows
  for (uint16_t k = 0; k < width; k++)  blurCol(k, blur_amount, leds); // blur all columns
}

void WS2812FX::moveX(CRGB *leds, int8_t delta) {
  uint16_t width  = SEGMENT.virtualWidth();  // same as SEGLEN
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();
  if (delta) {
    if (delta > 0) {
      for (uint8_t y = 0; y < height; y++) {
        for (uint8_t x = 0; x < width; x++) {
          leds[XY(x, y)] = leds[XY(x + delta, y)];
        }
      }
    } else {
      for (uint8_t y = 0; y < height; y++) {
        for (uint8_t x = width - 1; x > 0; x--) {
          leds[XY(x, y)] = leds[XY(x + delta, y)];
        }
      }
    }
  }
}

void WS2812FX::moveY(CRGB *leds, int8_t delta) {
  uint16_t width  = SEGMENT.virtualWidth();  // same as SEGLEN
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();
  if (delta) {
    if (delta > 0) {
      for (uint8_t x = 0; x < height; x++) {
        for (uint8_t y = 0; y < width; y++) {
          leds[XY(x, y)] = leds[XY(x, y + delta)];
        }
      }
    } else {
      for (uint8_t x = 0; x < height; x++) {
        for (uint8_t y = width - 1; y > 0; y--) {
          leds[XY(x, y)] = leds[XY(x, y + delta)];
        }
      }
    }
  }
}


//ewowi20210628: new functions moved from colorutils: add segment awareness

void WS2812FX::fill_solid(CRGB* leds, CRGB color) {
  uint16_t w  = SEGMENT.virtualWidth();
  uint16_t h = SEGMENT.virtualHeight();
  for(uint16_t y = 0; y < h; y++) for (uint16_t x = 0; x < w; x++) {
    if (leds) leds[XY(x,y)] = color;
    else setPixelColorXY(x, y, color);
  }
}

// by stepko, taken from https://editor.soulmatelights.com/gallery/573-blobs
void WS2812FX::fill_circle(CRGB* leds, uint16_t cx, uint16_t cy, uint8_t radius, CRGB col) {
  for (int16_t y = -radius; y <= radius; y++) {
    for (int16_t x = -radius; x <= radius; x++) {
      if (x * x + y * y <= radius * radius &&
          int16_t(cx)+x>=0 && int16_t(cy)+y>=0 &&
          int16_t(cx)+x<SEGMENT.virtualWidth() && int16_t(cy)+y<SEGMENT.virtualHeight())
        leds[XY(cx + x, cy + y)] += col;
    }
  }
}

void WS2812FX::fadeToBlackBy(CRGB* leds, uint8_t fadeBy) {
  nscale8(leds, 255 - fadeBy);
}

void WS2812FX::nscale8(CRGB* leds, uint8_t scale) {
  uint16_t w  = SEGMENT.virtualWidth();
  uint16_t h = SEGMENT.virtualHeight();
  for(uint16_t y = 0; y < h; y++) for (uint16_t x = 0; x < w; x++) {
    if (leds) leds[XY(x,y)].nscale8(scale);
    else setPixelColorXY(x, y, col_to_crgb(getPixelColorXY(x, y)).nscale8(scale));
  }
}

void WS2812FX::setPixels(CRGB* leds) {
  uint16_t w = SEGMENT.virtualWidth();
  uint16_t h = SEGMENT.virtualHeight();
  for (uint16_t y = 0; y < h; y++) for (uint16_t x = 0; x < w; x++) setPixelColorXY(x, y, leds[XY(x,y)]);
}

//line function
void WS2812FX::drawLine(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1, CRGB c, CRGB *leds) {
  int16_t dx = abs(x1-x0), sx = x0<x1 ? 1 : -1;
  int16_t dy = abs(y1-y0), sy = y0<y1 ? 1 : -1; 
  int16_t err = (dx>dy ? dx : -dy)/2, e2;
  for (;;) {
    if (leds == nullptr) setPixelColorXY(x0,y0,c);
    else                 leds[XY(x0,y0)] = c;
    if (x0==x1 && y0==y1) break;
    e2 = err;
    if (e2 >-dx) { err -= dy; x0 += sx; }
    if (e2 < dy) { err += dx; y0 += sy; }
  }
}

// font curtesy of https://github.com/idispatch/raster-fonts
static unsigned char console_font_6x8[] PROGMEM = {

    /*
     * code=0, hex=0x00, ascii="^@"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=1, hex=0x01, ascii="^A"
     */
    0x38,  /* 001110 */
    0x44,  /* 010001 */
    0x6C,  /* 011011 */
    0x44,  /* 010001 */
    0x54,  /* 010101 */
    0x44,  /* 010001 */
    0x38,  /* 001110 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=2, hex=0x02, ascii="^B"
     */
    0x38,  /* 001110 */
    0x7C,  /* 011111 */
    0x54,  /* 010101 */
    0x7C,  /* 011111 */
    0x44,  /* 010001 */
    0x7C,  /* 011111 */
    0x38,  /* 001110 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=3, hex=0x03, ascii="^C"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x28,  /* 001010 */
    0x7C,  /* 011111 */
    0x7C,  /* 011111 */
    0x7C,  /* 011111 */
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    /*
     * code=4, hex=0x04, ascii="^D"
     */
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    0x7C,  /* 011111 */
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    /*
     * code=5, hex=0x05, ascii="^E"
     */
    0x10,  /* 000100 */
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    0x38,  /* 001110 */
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    0x7C,  /* 011111 */
    0x7C,  /* 011111 */
    0x10,  /* 000100 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=6, hex=0x06, ascii="^F"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x10,  /* 000100 */
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    0x7C,  /* 011111 */
    0x7C,  /* 011111 */
    0x10,  /* 000100 */
    0x38,  /* 001110 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=7, hex=0x07, ascii="^G"
     */
    0x00,  /* 000000 */
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    0x00,  /* 000000 */
    0x30,  /* 001100 */
    0x30,  /* 001100 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=8, hex=0x08, ascii="^H"
     */
    0xFC,  /* 111111 */
    0xFC,  /* 111111 */
    0xFC,  /* 111111 */
    0xCC,  /* 110011 */
    0xCC,  /* 110011 */
    0xFC,  /* 111111 */
    0xFC,  /* 111111 */
    0xFC,  /* 111111 */

    /*
     * code=9, hex=0x09, ascii="^I"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x78,  /* 011110 */
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    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=249, hex=0xF9, ascii="!y"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x30,  /* 001100 */
    0x30,  /* 001100 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=250, hex=0xFA, ascii="!z"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x20,  /* 001000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=251, hex=0xFB, ascii="!{"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x1C,  /* 000111 */
    0x10,  /* 000100 */
    0x10,  /* 000100 */
    0x50,  /* 010100 */
    0x50,  /* 010100 */
    0x20,  /* 001000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=252, hex=0xFC, ascii="!|"
     */
    0x50,  /* 010100 */
    0x28,  /* 001010 */
    0x28,  /* 001010 */
    0x28,  /* 001010 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=253, hex=0xFD, ascii="!}"
     */
    0x60,  /* 011000 */
    0x10,  /* 000100 */
    0x20,  /* 001000 */
    0x70,  /* 011100 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=254, hex=0xFE, ascii="!~"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x78,  /* 011110 */
    0x78,  /* 011110 */
    0x78,  /* 011110 */
    0x78,  /* 011110 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */

    /*
     * code=255, hex=0xFF, ascii="!^ź"
     */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00,  /* 000000 */
    0x00   /* 000000 */
};

void WS2812FX::drawCharacter(unsigned char chr, int16_t x, int16_t y, CRGB color, CRGB *leds) {
  uint16_t width  = SEGMENT.virtualWidth();
  uint16_t height = SEGMENT.virtualHeight();

  for (uint8_t i = 0; i<8; i++) { // character height
    int16_t y0 = y + i;
    if (y0 < 0) continue; // drawing off-screen
    if (y0 >= height) break; // drawing off-screen
    uint8_t bits = pgm_read_byte_near(&console_font_6x8[(chr * 8) + i]);
    for (uint8_t j = 0; j<6; j++) { // character width
      int16_t x0 = x + 5 - j;
      if ((x0 >= 0 || x0 < width) && ((bits>>(j+1)) & 0x01)) { // bit set & drawing on-screen
        if (leds) leds[XY(x0,y0)] = color;
        else      setPixelColorXY(x0, y0, color);
      }
    }
  }
}


#define WU_WEIGHT(a,b) ((uint8_t) (((a)*(b)+(a)+(b))>>8))
void WS2812FX::wu_pixel(CRGB *leds, uint32_t x, uint32_t y, CRGB c) {      //awesome wu_pixel procedure by reddit u/sutaburosu
  // extract the fractional parts and derive their inverses
  uint8_t xx = x & 0xff, yy = y & 0xff, ix = 255 - xx, iy = 255 - yy;
  // calculate the intensities for each affected pixel
  uint8_t wu[4] = {WU_WEIGHT(ix, iy), WU_WEIGHT(xx, iy),
                   WU_WEIGHT(ix, yy), WU_WEIGHT(xx, yy)};
  // multiply the intensities by the colour, and saturating-add them to the pixels
  for (uint8_t i = 0; i < 4; i++) {
    uint16_t xy = XY((x >> 8) + (i & 1), (y >> 8) + ((i >> 1) & 1));
    leds[xy].r = qadd8(leds[xy].r, c.r * wu[i] >> 8);
    leds[xy].g = qadd8(leds[xy].g, c.g * wu[i] >> 8);
    leds[xy].b = qadd8(leds[xy].b, c.b * wu[i] >> 8);
  }
}
#undef WU_WEIGHT