src/synthesizer.cpp

   1 /**
   2  * Copyright (C) 2021  Alexander Schmidt
   3  *
   4  * This file is part of Seamulator.
   5  *
   6  * Seamulator is free software: you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8  * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9  * (at your option) any later version.
  10  *
  11  * Seamulator is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with Seamulator.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18  */
  19
  20 #include "synthesizer.h"
  21
  22 #include <cmath>
  23 #include <functional>
  24 #include <iostream>
  25
  26 #include <Stk.h>
  27 #include <Echo.h>
  28 #include <Chorus.h>
  29 #include <FreeVerb.h>
  30 #include <PitShift.h>
  31 #include <PRCRev.h>
  32 #include <NRev.h>
  33
  34 #include <Eigen/Dense>
  35
  36 #include "watersurface.h"
  37
  38 using namespace Eigen;
  39
  40 Synthesizer::Synthesizer(ConstWaterSurfacePtr surface) :
  41     m_surface{std::move(surface)},
  42     m_startTime{std::chrono::system_clock::now()},
  43     m_lastRuntime{getRuntime()}
  44 {
  45     stk::Stk::setSampleRate( 44100.0 );
  46     stk::Stk::showWarnings( true );
  47
  48     m_dac = std::make_unique<stk::RtWvOut>(2);
  49
  50     //m_sine1.setFrequency( 441.0 );
  51     //m_sine2.setFrequency( 520.0 );
  52
  53     //m_sine1.noteOn(40.0, 1.0);
  54     // m_sine2.noteOn(74.0, 1.0);
  55
  56     //for (int i = 0; i < 10; ++i) {
  57 //        m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(i, 0), 440.0) );
  58         //}
  59
  60     srand (time(NULL));
  61
  62     const std::vector<double> frequencies = {939.85, 704.09, 469.92, 352.04, 279.42, 1054.94, 704.09, 527.47, 418.65, 313.64};
  63
  64     for (const auto& frequency : frequencies) {
  65         const std::array<int, 2> pos =
  66             { rand() % m_surface->size(), rand() %  m_surface->size() };
  67         m_posDots.emplace_back(
  68             PosDot{pos, std::make_unique<Dot>(m_surface->at(pos[0], pos[1]), frequency)} );
  69     }
  70
  71     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(10, 50), 939.85) );
  72     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(20, 40), 704.09) );
  73     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(30, 30), 469.92) );
  74     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(40, 20), 352.04) );
  75     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(50, 10), 279.42) );
  76
  77     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(50, 10), 1054.94) );
  78     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(40, 20), 704.09) );
  79     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(30, 30), 527.47) );
  80     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(20, 40), 418.65) );
  81     // m_dots.emplace_back( std::make_unique<Dot>(m_surface->at(10, 50), 313.64) );
  82
  83     m_audioThread = std::thread( [this]{audioLoop();} );
  84
  85     // std::cout << "NoteOn 0.0 1 64.000000 64.0" << std::endl;
  86     // std::cout << std::flush;
  87
  88     // Figure out how many bytes in an StkFloat and setup the RtAudio stream.
  89 //     RtAudio::StreamParameters parameters;
  90 //     parameters.deviceId = m_dac.getDefaultOutputDevice();
  91 //     parameters.nChannels = 1;
  92 //     RtAudioFormat format = ( sizeof(stk::StkFloat) == 8 ) ? RTAUDIO_FLOAT64 : RTAUDIO_FLOAT32;
  93 //     unsigned int bufferFrames = stk::RT_BUFFER_SIZE;
  94 //     try {
  95 // //        auto aTick = std::bind(&Synthesizer::audioTick, this, _1, _2, _3, _4, _5, _6);
  96 //         std::function<int (void*, void*, unsigned int, double, unsigned int, void*)> bla = [this](void *outputBuffer, void *inputBuffer, unsigned int nBufferFrames,
  97 //                                                                                                              double streamTime, RtAudioStreamStatus status, void *dataPointer) -> int {
  98 //             return 0;
  99 //         };
 100 //         m_dac.openStream( &parameters, NULL, format, (unsigned int)stk::Stk::sampleRate(), &bufferFrames, bla,
 101 //                           (void *)&m_sine );
 102 //     }
 103 //     catch ( RtAudioError &error ) {
 104 //         // error.printMessage();
 105 //         // goto cleanup;
 106 //         throw;
 107 //     }
 108
 109 //     m_sine.setFrequency(440.0);
 110 //     try {
 111 //         m_dac.startStream();
 112 //     }
 113 //     catch ( RtAudioError &error ) {
 114 //         // error.printMessage();
 115 //         // goto cleanup;
 116 //         throw;
 117 //     }
 118 }
 119
 120 Synthesizer::~Synthesizer()
 121 {
 122     m_stop = true;
 123     m_audioThread.join();
 124 }
 125
 126 void Synthesizer::tick()
 127 {
 128     const auto runtime = getRuntime();
 129     const auto deltaT = runtime - m_lastRuntime;
 130
 131     for (auto& posDot : m_posDots) {
 132         posDot.dot->advance(deltaT);
 133     }
 134
 135 //     const auto posBefore = m_pos;
 136 //     const auto posBefore2 = m_pos2;
 137
 138 //     m_vel += -1.0 * ( m_pos - m_surface->at(0, 0).getHeight() ) * deltaT - deltaT * m_vel * 0.1;
 139 //     m_pos += m_vel * deltaT;
 140
 141 //     //std::cout << m_vel << std::endl;
 142
 143 //     std::cout << m_pos2 << std::endl;
 144
 145 //     m_vel2 += -10.0 * ( m_pos2 - m_surface->at(10, 10).getHeight() ) * deltaT - deltaT * m_vel2 * 0.1;
 146 //     m_pos2 += m_vel2 * deltaT;
 147
 148 //     m_velMax1 = std::max(m_velMax1, m_vel);
 149 //     m_velMax2 = std::max(m_velMax2, m_vel2);
 150
 151 //     if (posBefore * m_pos < 0.0) {
 152 //         //      std::cout << "ControlChange 0.0 2 7 " << 100 * std::fabs(m_vel) << std::endl;
 153 //         //m_sine1.noteOn(
 154 //         // std::cout << "NoteOn 0.0 2 75 64" << std::endl;
 155 //         // std::cout << std::flush;
 156 //         m_sine1.noteOn(m_pos >= 0 ? 440.0 : 329.628, m_vel / m_velMax1);
 157 //     }
 158
 159 //     if (posBefore2 * m_pos2 < 0.0) {
 160 // //        std::cout << "ControlChange 0.0 1 7 " << 100 * std::fabs(m_vel) << std::endl;
 161 //         // std::cout << "NoteOn 0.0 1 44 64" << std::endl;
 162 // //        std::cout << "NoteOff 0.1 1 44 64" << std::endl;
 163 //         // std::cout << std::flush;
 164 //         m_sine2.noteOn(m_pos2 >= 0 ? 440.0 : 329.628, m_vel2 / m_velMax2);
 165 //     }
 166
 167 //     // std::cout << std::fabs(m_vel) * 10000 << std::endl;
 168
 169 //     // m_sine1.controlChange(128, std::fabs(m_vel) * 10000);
 170
 171 //     // std::cout << "ControlChange 0.0 1 7 " << 100 * std::fabs(m_vel) << std::endl;
 172 //     // std::cout << "PitchChange 0.0 1 " << 42 + 0.1*m_pos << std::endl;
 173
 174 // //     std::cout << "ControlChange 0.0 1 7 " << 64 + 100 * m_vel << std::endl;
 175 //     //std::cout << "AfterTouch 0.0 1 " << 64 + 10 * m_vel << std::endl;
 176 //     //std::cout << "PitchChange 0.0 1 " << 64 + 10*m_vel << std::endl;
 177
 178 //     std::cout << std::flush;
 179
 180
 181
 182     m_lastRuntime = runtime;
 183 }
 184
 185 void Synthesizer::audioLoop()
 186 {
 187     stk::PRCRev effect0(0.5);
 188     stk::Echo echo1;
 189     stk::Echo echo2{4000};
 190     stk::Echo echo3{7000};
 191     stk::Chorus chorus{6000};
 192     stk::StkFrames frames(88200, 2);
 193
 194
 195     const Vector2d leftPos{0.0, -1.0};
 196     const Vector2d rightPos{1.0, -1.0};
 197
 198     std::vector<double> dotDist;
 199
 200     for (std::size_t dotIdx = 0; dotIdx < m_posDots.size(); ++dotIdx) {
 201         auto& posDot = m_posDots[dotIdx];
 202         const Vector2d pos( static_cast<double>(posDot.pos[0]) / m_surface->size(),
 203                             static_cast<double>(posDot.pos[1]) / m_surface->size() );
 204         dotDist.emplace_back( (leftPos - pos).squaredNorm() );
 205         dotDist.emplace_back( (rightPos - pos).squaredNorm() );
 206     }
 207
 208     while (!m_stop) {
 209         for (int i = 0; i < 88200; i++) {
 210             frames(i, 0) *= 0;
 211             frames(i, 1) *= 0;
 212             for (std::size_t dotIdx = 0; dotIdx < m_posDots.size(); ++dotIdx) {
 213                 const auto tick = m_posDots[dotIdx].dot->tick();
 214                 frames(i, 0) += tick / dotDist[dotIdx*2];
 215                 frames(i, 1) += tick / dotDist[dotIdx*2+1];
 216                 // frames(i, 1) += (1.0 - normPosX) * tick;
 217             }
 218             //frames(i,1) = frames(i,0);
 219         }
 220         //       frames = effect0.tick(frames);
 221         frames = echo1.tick(frames);
 222         // frames = echo2.tick(frames);
 223         // frames = echo3.tick(frames);
 224
 225         frames = chorus.tick(frames);
 226
 227         m_dac->tick(frames);
 228     }
 229 }
 230
 231 double Synthesizer::getRuntime() const
 232 {
 233   auto timeNow = std::chrono::system_clock::now();
 234   auto durationMs =
 235     std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(timeNow - m_startTime);
 236   return durationMs.count() / 1000.0;
 237 }