source: GTP/trunk/App/Demos/Vis/FriendlyCulling/src/SkyPreetham.cpp @ 3021

Revision 3021, 12.4 KB checked in by mattausch, 16 years ago (diff)

removed leaks. added class for shaders

Line 
1#include "SkyPreetham.h"
2#include "common.h"
3#include "Vector3.h"
4#include "SceneEntity.h"
5#include "Transform3.h"
6#include "Camera.h"
7#include "RenderState.h"
8
9
10#ifdef _CRT_SET
11        #define _CRTDBG_MAP_ALLOC
12        #include <stdlib.h>
13        #include <crtdbg.h>
14
15        // redefine new operator
16        #define DEBUG_NEW new(_NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
17        #define new DEBUG_NEW
18#endif
19
20
21using namespace CHCDemoEngine;
22using namespace std;
23
24
25static CGprogram sCgSkyProgram = NULL;
26static CGprogram sCgMrtFragmentSkyDomeProgram = NULL;
27
28
29static CGparameter sLightDirParam;
30static CGparameter sThetaSunParam;
31static CGparameter sZenithColorParam;
32static CGparameter sAColorParam;
33static CGparameter sBColorParam;
34static CGparameter sCColorParam;
35static CGparameter sDColorParam;
36static CGparameter sEColorParam;
37static CGparameter sMultiplierParam;
38
39ShaderContainer SkyPreetham::sShaders;
40
41
42inline float CBQ(float x)
43{
44        return x * x * x;
45}
46
47
48inline float SQR(float x)
49{
50        return x * x ;
51}
52
53
54void SkyPreetham::InitCG(CGcontext context)
55{       
56        ShaderProgram *pr;
57
58        sCgSkyProgram =
59                cgCreateProgramFromFile(context,
60                                                                CG_SOURCE,
61                                                                "src/shaders/sky_preetham.cg",
62                                                                RenderState::sCgVertexProfile,
63                                                                "default_vs",
64                                                                NULL);
65
66        if (sCgSkyProgram != NULL)
67        {
68                cgGLLoadProgram(sCgSkyProgram);
69
70                sLightDirParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "lightDir");
71                sThetaSunParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "thetaSun");
72                sZenithColorParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "zenithColor");
73                sAColorParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "aColor");
74                sBColorParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "bColor");
75                sCColorParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "cColor");
76                sDColorParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "dColor");
77                sEColorParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "eColor");
78
79                sMultiplierParam = cgGetNamedParameter(sCgSkyProgram, "multiplier");
80
81                pr = new ShaderProgram(sCgSkyProgram);
82                sShaders.push_back(pr);
83        }
84        else
85                cerr << "sky program failed to load" << endl;
86
87        sCgMrtFragmentSkyDomeProgram =
88                cgCreateProgramFromFile(context,
89                                                                CG_SOURCE,
90                                                                "src/shaders/sky_preetham.cg",
91                                                                RenderState::sCgFragmentProfile,
92                                                                "frag_skydome",
93                                                                NULL);
94
95        if (sCgMrtFragmentSkyDomeProgram != NULL)
96        {
97                cgGLLoadProgram(sCgMrtFragmentSkyDomeProgram);
98                //cgGLSetParameter1f(sMaxDepthParam, MAX_DEPTH_CONST / farDist);
99
100                pr = new ShaderProgram(sCgMrtFragmentSkyDomeProgram);
101                sShaders.push_back(pr);
102        }
103        else
104                cerr << "fragment skyprogram failed to load" << endl;
105}
106
107
108void SkyPreetham::ReleaseCG()
109{
110        CLEAR_CONTAINER(sShaders);
111}
112
113
114SkyPreetham::SkyPreetham(float turbitity, SceneEntity *skyDome):
115mSkyDome(skyDome),
116mTurbidity(turbitity)
117//, mSunQuad(NULL)
118{
119        CreateSunQuad();
120}
121
122
123SkyPreetham::~SkyPreetham()
124{
125        //DEL_PTR(mSunQuad);
126}
127
128
129void SkyPreetham::RenderSkyDome(const Vector3 &sunDir,
130                                                                Camera *camera,
131                                                                RenderState *state,
132                                                                bool scaleToRange)
133{
134        pair<float, float> sun_theta;
135        Vector3 zenithColor;
136        vector<Vector3> ABCDE;
137        ComputeFactors(sunDir, zenithColor, ABCDE, sun_theta);
138
139        // Move skybox with camera.
140        Vector3 position = camera->GetPosition();
141
142        const float scaleFactor = 80.0f;
143        //const float scaleFactor = 5.0f;
144
145        position.z -= 3 * scaleFactor;
146        Matrix4x4 m = TranslationMatrix(position);
147
148        Matrix4x4 s = ScaleMatrix(scaleFactor, scaleFactor, scaleFactor);
149        mSkyDome->GetTransform()->SetMatrix(s * m);
150       
151        cgGLSetParameter3f(sLightDirParam, sunDir.x, sunDir.y, sunDir.z);
152        cgGLSetParameter2f(sThetaSunParam, sun_theta.first, sun_theta.second);
153        cgGLSetParameter3f(sZenithColorParam, zenithColor.x, zenithColor.y, zenithColor.z);
154
155        cgGLSetParameter3f(sAColorParam, ABCDE[0].x, ABCDE[0].y, ABCDE[0].z);
156        cgGLSetParameter3f(sBColorParam, ABCDE[1].x, ABCDE[1].y, ABCDE[1].z);
157        cgGLSetParameter3f(sCColorParam, ABCDE[2].x, ABCDE[2].y, ABCDE[2].z);
158        cgGLSetParameter3f(sDColorParam, ABCDE[3].x, ABCDE[3].y, ABCDE[3].z);
159        cgGLSetParameter3f(sEColorParam, ABCDE[4].x, ABCDE[4].y, ABCDE[4].z);
160
161        if (state->GetRenderPassType() == RenderState::DEFERRED)
162        {
163                cgGLEnableProfile(RenderState::sCgFragmentProfile);
164                cgGLBindProgram(sCgMrtFragmentSkyDomeProgram);
165
166        }
167
168        if (!scaleToRange)
169        {       
170                // use tone mapping
171                cgGLSetParameter1f(sMultiplierParam, 1.0f);
172        }
173        else
174        {
175                // no tone mapping => scale
176                cgGLSetParameter1f(sMultiplierParam, 8e-5f);
177        }
178
179        cgGLEnableProfile(RenderState::sCgVertexProfile);
180        cgGLBindProgram(sCgSkyProgram);
181
182        // Render sky dome.
183        mSkyDome->Render(state);
184
185        // Render additively blended sun disc.
186        //RenderSunDisk(sunDir, camera);
187
188        cgGLDisableProfile(RenderState::sCgFragmentProfile);
189}
190
191
192void SkyPreetham::RenderSunDisk(const Vector3 &sunDir, Camera *camera)
193{
194        // Move skybox with camera.
195        Vector3 position = camera->GetPosition();
196
197        const float scaleFactor = 100.0f;
198        position.z -= 10 * scaleFactor;
199
200        // Set world matrix to sun disc position.
201        Matrix4x4 sunPos = TranslationMatrix(position);
202
203        Vector3 ndir = -Normalize(sunDir);
204
205        const float pitch = -atan2(ndir.x, ndir.y);
206        const float yaw = atan2(ndir.z, sqrt((ndir.x * ndir.x) + (ndir.y * ndir.y)));
207
208        Matrix4x4 roty = RotationYMatrix(pitch);
209        Matrix4x4 rotx = RotationXMatrix(yaw);
210
211        sunPos *= roty;
212        sunPos *= rotx;;
213
214        //sunposition.rotateAroundY(-D().getScene().getLight().getHorizontalOrientation() + 90.0f);
215        //sunposition.rotateAroundX(-D().getScene().getLight().getVerticalOrientation());
216       
217        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
218        glMultMatrixf((float *)sunPos.x);
219
220        float ambient[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
221
222        glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ambient);
223
224        //Float size = 0.5f + (1.0f - lightdirection.y) * 0.5f;
225
226        //mSunEffect->setVariableVector3("LightDiffuseColor", D().getScene().getLight().getDiffuseColor());
227        //mSunEffect->setVariableFloat("SunSize", size);
228        //mSunEffect->setVariableTexture2D("SunTexture", mSunTexture);
229
230        /*mSunEffect->activate();
231       
232        mSunQuad->render();
233
234        mSunEffect->deactivate();
235        F().getRenderDevice().setDefaultBlendingMode(FRenderDevice::BLENDING_NONE);*/
236
237        glPopMatrix();
238}
239
240
241void SkyPreetham::CreateSunQuad()
242{
243        /*
244        mSunQuad = new FVertexBuffer();
245        mSunQuad->setupPrimitiveType(FVertexBuffer::PRIMITIVES_TRIANGLES);
246        mSunQuad->setupVertexFormat(3, 0, 0, true);
247        mSunQuad->setupTexCoordSet(0, 2);
248        mSunQuad->setVertexBufferSize(4, 6);
249
250        mSunQuad->setVertexPosition(0, FVector3(-0.1f,  0.1f, 1.0f));
251        mSunQuad->setVertexPosition(1, FVector3( 0.1f,  0.1f, 1.0f));
252        mSunQuad->setVertexPosition(2, FVector3(-0.1f, -0.1f, 1.0f));
253        mSunQuad->setVertexPosition(3, FVector3( 0.1f, -0.1f, 1.0f));
254        mSunQuad->setVertexTexCoord(0, 0, FVector2(0.0f, 0.0f));
255        mSunQuad->setVertexTexCoord(1, 0, FVector2(1.0f, 0.0f));
256        mSunQuad->setVertexTexCoord(2, 0, FVector2(0.0f, 1.0f));
257        mSunQuad->setVertexTexCoord(3, 0, FVector2(1.0f, 1.0f));
258
259        mSunQuad->setIndex(0, 0);
260        mSunQuad->setIndex(1, 1);
261        mSunQuad->setIndex(2, 2);
262        mSunQuad->setIndex(3, 2);
263        mSunQuad->setIndex(4, 1);
264        mSunQuad->setIndex(5, 3);
265        */
266}
267
268
269void SkyPreetham::ComputeFactors(const Vector3 &sunDir,
270                                                                 Vector3 &zenithColor,
271                                                                 vector<Vector3> &ABCDE, 
272                                                                 std::pair<float, float> &sunThetha) const
273{
274        sunThetha.first = acos(sunDir.z);
275
276        const float cos_theta = cos(sunThetha.first);
277        sunThetha.second = cos_theta * cos_theta;
278
279        zenithColor.x = ( 0.00165f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00374f * SQR(sunThetha.first) + 0.00208f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +       
280                                    (-0.02902f * CBQ(sunThetha.first) + 0.06377f * SQR(sunThetha.first) - 0.03202f * sunThetha.first + 0.00394f) * mTurbidity +
281                                        ( 0.11693f * CBQ(sunThetha.first) - 0.21196f * SQR(sunThetha.first) + 0.06052f * sunThetha.first + 0.25885f);
282
283        zenithColor.y = ( 0.00275f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00610f * SQR(sunThetha.first) + 0.00316f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +
284                        (-0.04214f * CBQ(sunThetha.first) + 0.08970f * SQR(sunThetha.first) - 0.04153f * sunThetha.first + 0.00515f) * mTurbidity +
285                            ( 0.15346f * CBQ(sunThetha.first) - 0.26756f * SQR(sunThetha.first) + 0.06669f * sunThetha.first + 0.26688f);
286       
287        zenithColor.z  = (float)((4.0453f * mTurbidity - 4.9710f) *     tan((4.0f / 9.0f - mTurbidity / 120.0f) *
288                                                         (M_PI - 2.0f * sunThetha.first)) - 0.2155f * mTurbidity + 2.4192f);
289
290        // convert kcd/m² to cd/m²
291        zenithColor.z *= 1000.0f;
292
293        ABCDE.push_back(Vector3(-0.01925 * mTurbidity - 0.25922, -0.01669 * mTurbidity - 0.26078,  0.17872 * mTurbidity - 1.46303));
294        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06651 * mTurbidity + 0.00081, -0.09495 * mTurbidity + 0.00921, -0.35540 * mTurbidity + 0.42749));
295        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00041 * mTurbidity + 0.21247, -0.00792 * mTurbidity + 0.21023, -0.02266 * mTurbidity + 5.32505));
296        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06409 * mTurbidity - 0.89887, -0.04405 * mTurbidity - 1.65369,  0.12064 * mTurbidity - 2.57705));
297        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00325 * mTurbidity + 0.04517, -0.01092 * mTurbidity + 0.05291, -0.06696 * mTurbidity + 0.37027));
298}
299
300
301void SkyPreetham::ComputeSunColor(const Vector3 &sunDir,
302                                                                  Vector3 &ambient,
303                                                                  Vector3 &diffuse,
304                                                                  bool scaleToRange) const
305{
306        // sunDir is sun direction
307        // ambient color: shadow color
308        // diffuse color: sun color
309        pair<float, float> sun_theta;
310        Vector3 zenithColor;
311        vector<Vector3> ABCDE;
312
313        ComputeFactors(sunDir, zenithColor, ABCDE, sun_theta);
314
315        Vector3 zenith_XYZ;                                                                                             
316
317        zenith_XYZ.x = (zenithColor.x / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                                       
318        zenith_XYZ.y = zenithColor.z;                                                                                         
319        zenith_XYZ.z = ((1.0f - zenithColor.x - zenithColor.y) / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                               
320
321        ambient.x =  3.240479f * zenith_XYZ.x - 1.537150f * zenith_XYZ.y - 0.498535f * zenith_XYZ.z;
322        ambient.y = -0.969256f * zenith_XYZ.x + 1.875992f * zenith_XYZ.y + 0.041556f * zenith_XYZ.z;   
323        ambient.z =  0.055648f * zenith_XYZ.x - 0.204043f * zenith_XYZ.y + 1.057311f * zenith_XYZ.z;
324
325        // downscale ambient color
326        if (scaleToRange)
327                ambient *= 2e-5f;
328        else
329                ambient *= 1e-1f;
330
331        // simulate the sun intensity by modulating the ambient term.
332        ambient *= (10.0f - 9.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
333        //ambient += Vector3(0.2f);
334
335        Vector3 num;
336         
337        num.x = (1.0f + ABCDE[0].x * exp(ABCDE[1].x / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].x)+ ABCDE[4].x;   
338        num.y = (1.0f + ABCDE[0].y * exp(ABCDE[1].y / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].y)+ ABCDE[4].y;   
339        num.z = (1.0f + ABCDE[0].z * exp(ABCDE[1].z / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].z)+ ABCDE[4].z;   
340
341        Vector3 den;
342
343        den.x = (1.0f + ABCDE[0].x * exp(ABCDE[1].x)) * (1.0f + ABCDE[2].x * exp(ABCDE[3].x * sun_theta.first) + ABCDE[4].x * sun_theta.second); 
344        den.y = (1.0f + ABCDE[0].y * exp(ABCDE[1].y)) * (1.0f + ABCDE[2].y * exp(ABCDE[3].y * sun_theta.first) + ABCDE[4].y * sun_theta.second);   
345        den.z = (1.0f + ABCDE[0].z * exp(ABCDE[1].z)) * (1.0f + ABCDE[2].z * exp(ABCDE[3].z * sun_theta.first) + ABCDE[4].z * sun_theta.second);   
346
347
348        Vector3 xyY = zenithColor * num / den;   
349
350        Vector3 XYZ;                                                                                             
351
352        XYZ.x = (xyY.x / xyY.y) * xyY.z;                                                                       
353        XYZ.y = xyY.z;                                                                                         
354        XYZ.z = ((1.0f - xyY.x - xyY.y) / xyY.y) * xyY.z;                                                               
355
356
357        /////////////
358        //-- transform to rgb
359
360        Vector3 color; 
361        color.x =  3.240479f * XYZ.x - 1.537150f * XYZ.y - 0.498535f * XYZ.z;
362        color.y = -0.969256f * XYZ.x + 1.875992f * XYZ.y + 0.041556f *XYZ.z;   
363        color.z =  0.055648f * XYZ.x - 0.204043f * XYZ.y + 1.057311f * XYZ.z;
364
365        // Calculate final sun diffuse color.
366        if (scaleToRange)
367                diffuse = color * 5e-2f;
368        else
369                diffuse = color * 3e-1f;
370
371        // diffuse component should be more saturated (and less blueish) for high sun positions
372        diffuse.x *= 1.3f;
373        diffuse.z *= 0.7f;
374
375        // scale diffuse component in order to make sky look less bright in relation to
376        // the geometry in the evening
377        diffuse *= (2.0f - 1.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
378
379        //cout << "diffuse: " << Magnitude(diffuse) << " ambient: " << Magnitude(ambient) << endl;
380}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.