source: GTP/trunk/App/Demos/Vis/FriendlyCulling/src/SkyPreetham.cpp @ 3045

Revision 3045, 11.4 KB checked in by mattausch, 16 years ago (diff)
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#include "ShaderProgram.h"
9#include "Shape.h"
10#include "Material.h"
11#include "ResourceManager.h"
12
13
14
15#ifdef _CRT_SET
16        #define _CRTDBG_MAP_ALLOC
17        #include <stdlib.h>
18        #include <crtdbg.h>
19
20        // redefine new operator
21        #define DEBUG_NEW new(_NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
22        #define new DEBUG_NEW
23#endif
24
25
26
27
28using namespace CHCDemoEngine;
29using namespace std;
30
31
32
33inline float CBQ(float x)
34{
35        return x * x * x;
36}
37
38
39inline float SQR(float x)
40{
41        return x * x ;
42}
43
44
45void SkyPreetham::InitCG()
46{       
47        mSkyVtxProgram =
48                ResourceManager::GetSingleton()->CreateVertexProgram("sky_preetham", "default_vs");
49               
50        if (mSkyVtxProgram->IsValid())
51        {
52                mSkyVtxProgram->AddParameter("lightDir", 0);
53                mSkyVtxProgram->AddParameter("thetaSun", 1);
54                mSkyVtxProgram->AddParameter("zenithColor", 2);
55                mSkyVtxProgram->AddParameter("aColor", 3);
56                mSkyVtxProgram->AddParameter("bColor", 4);
57                mSkyVtxProgram->AddParameter("cColor", 5);
58                mSkyVtxProgram->AddParameter("dColor", 6);
59                mSkyVtxProgram->AddParameter("eColor", 7);
60                mSkyVtxProgram->AddParameter("multiplier", 8);
61        }
62        else
63                cerr << "sky program failed to load" << endl;
64
65        mSkyFragProgram =
66                ResourceManager::GetSingleton()->CreateFragmentProgram("sky_preetham", "frag_skydome");
67}
68
69
70SkyPreetham::SkyPreetham(float turbitity, SceneEntity *skyDome):
71mSkyDome(skyDome),
72mTurbidity(turbitity)
73//, mSunQuad(NULL)
74{
75        CreateSunQuad();
76        Shape *shape = mSkyDome->GetShape(0);
77
78        InitCG();
79
80        Material *mat = shape->GetMaterial();
81
82        mat->GetTechnique(0)->SetFragmentProgram(mSkyFragProgram);
83        mat->GetTechnique(0)->SetVertexProgram(mSkyVtxProgram);
84
85        mat->GetTechnique(1)->SetFragmentProgram(mSkyFragProgram);
86        mat->GetTechnique(1)->SetVertexProgram(mSkyVtxProgram);
87}
88
89
90SkyPreetham::~SkyPreetham()
91{
92        //DEL_PTR(mSunQuad);
93}
94
95
96void SkyPreetham::RenderSkyDome(const Vector3 &sunDir,
97                                                                Camera *camera,
98                                                                RenderState *state,
99                                                                bool scaleToRange)
100{
101        pair<float, float> sun_theta;
102        Vector3 zenithColor;
103        vector<Vector3> ABCDE;
104
105        ComputeFactors(sunDir, zenithColor, ABCDE, sun_theta);
106
107        // Move skybox with camera.
108        Vector3 position = camera->GetPosition();
109
110        const float scaleFactor = 80.0f;
111        //const float scaleFactor = 5.0f;
112
113        position.z -= 3 * scaleFactor;
114        Matrix4x4 m = TranslationMatrix(position);
115
116        Matrix4x4 s = ScaleMatrix(scaleFactor, scaleFactor, scaleFactor);
117        mSkyDome->GetTransform()->SetMatrix(s * m);
118       
119        Material *mat = mSkyDome->GetShape(0)->GetMaterial();
120
121        Technique *tech;
122
123        if (state->GetRenderPassType() == RenderState::DEFERRED)
124                tech = mat->GetTechnique(1);
125        else
126                tech = mat->GetTechnique(0);
127
128        GPUProgramParameters *vtxParams = tech->GetVertexProgramParameters();
129
130        vtxParams->SetValue3f(0, sunDir.x, sunDir.y, sunDir.z);
131        vtxParams->SetValue2f(1, sun_theta.first, sun_theta.second);
132        vtxParams->SetValue3f(2, zenithColor.x, zenithColor.y, zenithColor.z);
133
134        vtxParams->SetValue3f(3, ABCDE[0].x, ABCDE[0].y, ABCDE[0].z);
135        vtxParams->SetValue3f(4, ABCDE[1].x, ABCDE[1].y, ABCDE[1].z);
136        vtxParams->SetValue3f(5, ABCDE[2].x, ABCDE[2].y, ABCDE[2].z);
137        vtxParams->SetValue3f(6, ABCDE[3].x, ABCDE[3].y, ABCDE[3].z);
138        vtxParams->SetValue3f(7, ABCDE[4].x, ABCDE[4].y, ABCDE[4].z);
139
140
141        if (!scaleToRange)
142        {       
143                // use tone mapping
144                vtxParams->SetValue1f(8, 1.0f);
145        }
146        else
147        {
148                // no tone mapping => scale
149                vtxParams->SetValue1f(8, 8e-5f);
150        }
151
152        // render sky dome
153        mSkyDome->Render(state);
154
155        // render additively blended sun disc.
156        //RenderSunDisk(sunDir, camera);
157}
158
159
160void SkyPreetham::RenderSunDisk(const Vector3 &sunDir, Camera *camera)
161{
162#if TODOD
163        // Move skybox with camera.
164        Vector3 position = camera->GetPosition();
165
166        const float scaleFactor = 100.0f;
167        position.z -= 10 * scaleFactor;
168
169        // Set world matrix to sun disc position.
170        Matrix4x4 sunPos = TranslationMatrix(position);
171
172        Vector3 ndir = -Normalize(sunDir);
173
174        const float pitch = -atan2(ndir.x, ndir.y);
175        const float yaw = atan2(ndir.z, sqrt((ndir.x * ndir.x) + (ndir.y * ndir.y)));
176
177        Matrix4x4 roty = RotationYMatrix(pitch);
178        Matrix4x4 rotx = RotationXMatrix(yaw);
179
180        sunPos *= roty;
181        sunPos *= rotx;;
182
183        sunposition.rotateAroundY(-D().getScene().getLight().getHorizontalOrientation() + 90.0f);
184        sunposition.rotateAroundX(-D().getScene().getLight().getVerticalOrientation());
185       
186        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
187        glMultMatrixf((float *)sunPos.x);
188
189        float ambient[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
190
191        glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ambient);
192
193        Float size = 0.5f + (1.0f - lightdirection.y) * 0.5f;
194
195        mSunEffect->setVariableVector3("LightDiffuseColor", D().getScene().getLight().getDiffuseColor());
196        mSunEffect->setVariableFloat("SunSize", size);
197        mSunEffect->setVariableTexture2D("SunTexture", mSunTexture);
198
199        mSunEffect->activate();
200       
201        mSunQuad->render();
202
203        mSunEffect->deactivate();
204        F().getRenderDevice().setDefaultBlendingMode(FRenderDevice::BLENDING_NONE);
205
206        glPopMatrix();
207#endif
208}
209
210
211void SkyPreetham::CreateSunQuad()
212{
213#if TODO
214        mSunQuad = new FVertexBuffer();
215        mSunQuad->setupPrimitiveType(FVertexBuffer::PRIMITIVES_TRIANGLES);
216        mSunQuad->setupVertexFormat(3, 0, 0, true);
217        mSunQuad->setupTexCoordSet(0, 2);
218        mSunQuad->setVertexBufferSize(4, 6);
219
220        mSunQuad->setVertexPosition(0, FVector3(-0.1f,  0.1f, 1.0f));
221        mSunQuad->setVertexPosition(1, FVector3( 0.1f,  0.1f, 1.0f));
222        mSunQuad->setVertexPosition(2, FVector3(-0.1f, -0.1f, 1.0f));
223        mSunQuad->setVertexPosition(3, FVector3( 0.1f, -0.1f, 1.0f));
224        mSunQuad->setVertexTexCoord(0, 0, FVector2(0.0f, 0.0f));
225        mSunQuad->setVertexTexCoord(1, 0, FVector2(1.0f, 0.0f));
226        mSunQuad->setVertexTexCoord(2, 0, FVector2(0.0f, 1.0f));
227        mSunQuad->setVertexTexCoord(3, 0, FVector2(1.0f, 1.0f));
228
229        mSunQuad->setIndex(0, 0);
230        mSunQuad->setIndex(1, 1);
231        mSunQuad->setIndex(2, 2);
232        mSunQuad->setIndex(3, 2);
233        mSunQuad->setIndex(4, 1);
234        mSunQuad->setIndex(5, 3);
235#endif
236}
237
238
239void SkyPreetham::ComputeFactors(const Vector3 &sunDir,
240                                                                 Vector3 &zenithColor,
241                                                                 vector<Vector3> &ABCDE, 
242                                                                 std::pair<float, float> &sunThetha) const
243{
244        sunThetha.first = acos(sunDir.z);
245
246        const float cos_theta = cos(sunThetha.first);
247        sunThetha.second = cos_theta * cos_theta;
248
249        zenithColor.x = ( 0.00165f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00374f * SQR(sunThetha.first) + 0.00208f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +       
250                                    (-0.02902f * CBQ(sunThetha.first) + 0.06377f * SQR(sunThetha.first) - 0.03202f * sunThetha.first + 0.00394f) * mTurbidity +
251                                        ( 0.11693f * CBQ(sunThetha.first) - 0.21196f * SQR(sunThetha.first) + 0.06052f * sunThetha.first + 0.25885f);
252
253        zenithColor.y = ( 0.00275f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00610f * SQR(sunThetha.first) + 0.00316f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +
254                        (-0.04214f * CBQ(sunThetha.first) + 0.08970f * SQR(sunThetha.first) - 0.04153f * sunThetha.first + 0.00515f) * mTurbidity +
255                            ( 0.15346f * CBQ(sunThetha.first) - 0.26756f * SQR(sunThetha.first) + 0.06669f * sunThetha.first + 0.26688f);
256       
257        zenithColor.z  = (float)((4.0453f * mTurbidity - 4.9710f) *     tan((4.0f / 9.0f - mTurbidity / 120.0f) *
258                                                         (M_PI - 2.0f * sunThetha.first)) - 0.2155f * mTurbidity + 2.4192f);
259
260        // convert kcd/m² to cd/m²
261        zenithColor.z *= 1000.0f;
262
263        ABCDE.push_back(Vector3(-0.01925 * mTurbidity - 0.25922, -0.01669 * mTurbidity - 0.26078,  0.17872 * mTurbidity - 1.46303));
264        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06651 * mTurbidity + 0.00081, -0.09495 * mTurbidity + 0.00921, -0.35540 * mTurbidity + 0.42749));
265        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00041 * mTurbidity + 0.21247, -0.00792 * mTurbidity + 0.21023, -0.02266 * mTurbidity + 5.32505));
266        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06409 * mTurbidity - 0.89887, -0.04405 * mTurbidity - 1.65369,  0.12064 * mTurbidity - 2.57705));
267        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00325 * mTurbidity + 0.04517, -0.01092 * mTurbidity + 0.05291, -0.06696 * mTurbidity + 0.37027));
268}
269
270
271void SkyPreetham::ComputeSunColor(const Vector3 &sunDir,
272                                                                  Vector3 &ambient,
273                                                                  Vector3 &diffuse,
274                                                                  bool scaleToRange) const
275{
276        // sunDir is sun direction
277        // ambient color: shadow color
278        // diffuse color: sun color
279        pair<float, float> sun_theta;
280        Vector3 zenithColor;
281        vector<Vector3> ABCDE;
282
283        ComputeFactors(sunDir, zenithColor, ABCDE, sun_theta);
284
285        Vector3 zenith_XYZ;                                                                                             
286
287        zenith_XYZ.x = (zenithColor.x / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                                       
288        zenith_XYZ.y = zenithColor.z;                                                                                         
289        zenith_XYZ.z = ((1.0f - zenithColor.x - zenithColor.y) / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                               
290
291        ambient.x =  3.240479f * zenith_XYZ.x - 1.537150f * zenith_XYZ.y - 0.498535f * zenith_XYZ.z;
292        ambient.y = -0.969256f * zenith_XYZ.x + 1.875992f * zenith_XYZ.y + 0.041556f * zenith_XYZ.z;   
293        ambient.z =  0.055648f * zenith_XYZ.x - 0.204043f * zenith_XYZ.y + 1.057311f * zenith_XYZ.z;
294
295        // downscale ambient color
296        if (scaleToRange)
297                ambient *= 2e-5f;
298        else
299                ambient *= 1e-1f;
300
301        // simulate the sun intensity by modulating the ambient term.
302        ambient *= (10.0f - 9.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
303        //ambient += Vector3(0.2f);
304
305        Vector3 num;
306         
307        num.x = (1.0f + ABCDE[0].x * exp(ABCDE[1].x / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].x)+ ABCDE[4].x;   
308        num.y = (1.0f + ABCDE[0].y * exp(ABCDE[1].y / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].y)+ ABCDE[4].y;   
309        num.z = (1.0f + ABCDE[0].z * exp(ABCDE[1].z / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].z)+ ABCDE[4].z;   
310
311        Vector3 den;
312
313        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); 
314        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);   
315        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);   
316
317
318        Vector3 xyY = zenithColor * num / den;   
319
320        Vector3 XYZ;                                                                                             
321
322        XYZ.x = (xyY.x / xyY.y) * xyY.z;                                                                       
323        XYZ.y = xyY.z;                                                                                         
324        XYZ.z = ((1.0f - xyY.x - xyY.y) / xyY.y) * xyY.z;                                                               
325
326
327        /////////////
328        //-- transform to rgb
329
330        Vector3 color; 
331        color.x =  3.240479f * XYZ.x - 1.537150f * XYZ.y - 0.498535f * XYZ.z;
332        color.y = -0.969256f * XYZ.x + 1.875992f * XYZ.y + 0.041556f *XYZ.z;   
333        color.z =  0.055648f * XYZ.x - 0.204043f * XYZ.y + 1.057311f * XYZ.z;
334
335        // Calculate final sun diffuse color.
336        if (scaleToRange)
337                diffuse = color * 5e-2f;
338        else
339                diffuse = color * 3e-1f;
340
341        // diffuse component should be more saturated (and less blueish) for high sun positions
342        diffuse.x *= 1.3f;
343        diffuse.z *= 0.7f;
344
345        // scale diffuse component in order to make sky look less bright in relation to
346        // the geometry in the evening
347        diffuse *= (2.0f - 1.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
348
349        //cout << "diffuse: " << Magnitude(diffuse) << " ambient: " << Magnitude(ambient) << endl;
350}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.