source: GTP/trunk/App/Demos/Vis/FriendlyCulling/src/SkyPreetham.cpp @ 3193

Revision 3193, 11.4 KB checked in by mattausch, 16 years ago (diff)

prepared meeting

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 "ShaderManager.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                ShaderManager::GetSingleton()->CreateVertexProgram("sky_preetham", "default_vs", "skyVtx");
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                ShaderManager::GetSingleton()->CreateFragmentProgram("sky_preetham", "frag_skydome", "skyFragMrt");
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 -= 3.0f * 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        tech = mat->GetTechnique(state->GetRenderTechnique());
124
125        GPUProgramParameters *vtxParams = tech->GetVertexProgramParameters();
126
127        vtxParams->SetValue3f(0, sunDir.x, sunDir.y, sunDir.z);
128        vtxParams->SetValue2f(1, sun_theta.first, sun_theta.second);
129        vtxParams->SetValue3f(2, zenithColor.x, zenithColor.y, zenithColor.z);
130
131        vtxParams->SetValue3f(3, ABCDE[0].x, ABCDE[0].y, ABCDE[0].z);
132        vtxParams->SetValue3f(4, ABCDE[1].x, ABCDE[1].y, ABCDE[1].z);
133        vtxParams->SetValue3f(5, ABCDE[2].x, ABCDE[2].y, ABCDE[2].z);
134        vtxParams->SetValue3f(6, ABCDE[3].x, ABCDE[3].y, ABCDE[3].z);
135        vtxParams->SetValue3f(7, ABCDE[4].x, ABCDE[4].y, ABCDE[4].z);
136
137
138        if (!scaleToRange)
139        {
140                // use tone mapping
141                vtxParams->SetValue1f(8, 1.0f);
142        }
143        else
144        {
145                // no tone mapping => linearily scale to displayable dynamic range
146                vtxParams->SetValue1f(8, 8e-5f);
147        }
148
149        // render sky dome
150        mSkyDome->Render(state);
151
152        // render additively blended sun disc.
153        //RenderSunDisk(sunDir, camera);
154}
155
156
157void SkyPreetham::RenderSunDisk(const Vector3 &sunDir, Camera *camera)
158{
159#if TODO
160        // Move skybox with camera.
161        Vector3 position = camera->GetPosition();
162
163        const float scaleFactor = 100.0f;
164        position.z -= 10 * scaleFactor;
165
166        // Set world matrix to sun disc position.
167        Matrix4x4 sunPos = TranslationMatrix(position);
168
169        Vector3 ndir = -Normalize(sunDir);
170
171        const float pitch = -atan2(ndir.x, ndir.y);
172        const float yaw = atan2(ndir.z, sqrt((ndir.x * ndir.x) + (ndir.y * ndir.y)));
173
174        Matrix4x4 roty = RotationYMatrix(pitch);
175        Matrix4x4 rotx = RotationXMatrix(yaw);
176
177        sunPos *= roty;
178        sunPos *= rotx;;
179
180        sunposition.rotateAroundY(-D().getScene().getLight().getHorizontalOrientation() + 90.0f);
181        sunposition.rotateAroundX(-D().getScene().getLight().getVerticalOrientation());
182       
183        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
184        glMultMatrixf((float *)sunPos.x);
185
186        float ambient[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
187
188        glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ambient);
189
190        Float size = 0.5f + (1.0f - lightdirection.y) * 0.5f;
191
192        mSunEffect->setVariableVector3("LightDiffuseColor", D().getScene().getLight().getDiffuseColor());
193        mSunEffect->setVariableFloat("SunSize", size);
194        mSunEffect->setVariableTexture2D("SunTexture", mSunTexture);
195
196        mSunEffect->activate();
197       
198        mSunQuad->render();
199
200        mSunEffect->deactivate();
201        F().getRenderDevice().setDefaultBlendingMode(FRenderDevice::BLENDING_NONE);
202
203        glPopMatrix();
204#endif
205}
206
207
208void SkyPreetham::CreateSunQuad()
209{
210#if TODO
211        mSunQuad = new FVertexBuffer();
212        mSunQuad->setupPrimitiveType(FVertexBuffer::PRIMITIVES_TRIANGLES);
213        mSunQuad->setupVertexFormat(3, 0, 0, true);
214        mSunQuad->setupTexCoordSet(0, 2);
215        mSunQuad->setVertexBufferSize(4, 6);
216
217        mSunQuad->setVertexPosition(0, FVector3(-0.1f,  0.1f, 1.0f));
218        mSunQuad->setVertexPosition(1, FVector3( 0.1f,  0.1f, 1.0f));
219        mSunQuad->setVertexPosition(2, FVector3(-0.1f, -0.1f, 1.0f));
220        mSunQuad->setVertexPosition(3, FVector3( 0.1f, -0.1f, 1.0f));
221        mSunQuad->setVertexTexCoord(0, 0, FVector2(0.0f, 0.0f));
222        mSunQuad->setVertexTexCoord(1, 0, FVector2(1.0f, 0.0f));
223        mSunQuad->setVertexTexCoord(2, 0, FVector2(0.0f, 1.0f));
224        mSunQuad->setVertexTexCoord(3, 0, FVector2(1.0f, 1.0f));
225
226        mSunQuad->setIndex(0, 0);
227        mSunQuad->setIndex(1, 1);
228        mSunQuad->setIndex(2, 2);
229        mSunQuad->setIndex(3, 2);
230        mSunQuad->setIndex(4, 1);
231        mSunQuad->setIndex(5, 3);
232#endif
233}
234
235
236void SkyPreetham::ComputeFactors(const Vector3 &sunDir,
237                                                                 Vector3 &zenithColor,
238                                                                 vector<Vector3> &ABCDE, 
239                                                                 std::pair<float, float> &sunThetha) const
240{
241        sunThetha.first = acos(sunDir.z);
242
243        const float cos_theta = cos(sunThetha.first);
244        sunThetha.second = cos_theta * cos_theta;
245
246        zenithColor.x = ( 0.00165f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00374f * SQR(sunThetha.first) + 0.00208f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +       
247                                    (-0.02902f * CBQ(sunThetha.first) + 0.06377f * SQR(sunThetha.first) - 0.03202f * sunThetha.first + 0.00394f) * mTurbidity +
248                                        ( 0.11693f * CBQ(sunThetha.first) - 0.21196f * SQR(sunThetha.first) + 0.06052f * sunThetha.first + 0.25885f);
249
250        zenithColor.y = ( 0.00275f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00610f * SQR(sunThetha.first) + 0.00316f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +
251                        (-0.04214f * CBQ(sunThetha.first) + 0.08970f * SQR(sunThetha.first) - 0.04153f * sunThetha.first + 0.00515f) * mTurbidity +
252                            ( 0.15346f * CBQ(sunThetha.first) - 0.26756f * SQR(sunThetha.first) + 0.06669f * sunThetha.first + 0.26688f);
253       
254        zenithColor.z  = (float)((4.0453f * mTurbidity - 4.9710f) *     tan((4.0f / 9.0f - mTurbidity / 120.0f) *
255                                                         (M_PI - 2.0f * sunThetha.first)) - 0.2155f * mTurbidity + 2.4192f);
256
257        // convert kcd/m² to cd/m²
258        zenithColor.z *= 1000.0f;
259
260        ABCDE.push_back(Vector3(-0.01925 * mTurbidity - 0.25922, -0.01669 * mTurbidity - 0.26078,  0.17872 * mTurbidity - 1.46303));
261        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06651 * mTurbidity + 0.00081, -0.09495 * mTurbidity + 0.00921, -0.35540 * mTurbidity + 0.42749));
262        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00041 * mTurbidity + 0.21247, -0.00792 * mTurbidity + 0.21023, -0.02266 * mTurbidity + 5.32505));
263        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06409 * mTurbidity - 0.89887, -0.04405 * mTurbidity - 1.65369,  0.12064 * mTurbidity - 2.57705));
264        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00325 * mTurbidity + 0.04517, -0.01092 * mTurbidity + 0.05291, -0.06696 * mTurbidity + 0.37027));
265}
266
267
268void SkyPreetham::ComputeSunColor(const Vector3 &sunDir,
269                                                                  Vector3 &ambient,
270                                                                  Vector3 &diffuse,
271                                                                  bool scaleToRange) const
272{
273        // sunDir is sun direction
274        // ambient color: shadow color
275        // diffuse color: sun color
276        pair<float, float> sun_theta;
277
278        Vector3 zenithColor;
279        vector<Vector3> ABCDE;
280
281        ComputeFactors(sunDir, zenithColor, ABCDE, sun_theta);
282
283        Vector3 zenith_XYZ;                                                                                             
284
285        zenith_XYZ.x = (zenithColor.x / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                                       
286        zenith_XYZ.y = zenithColor.z;                                                                                         
287        zenith_XYZ.z = ((1.0f - zenithColor.x - zenithColor.y) / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                               
288
289        ambient.x =  3.240479f * zenith_XYZ.x - 1.537150f * zenith_XYZ.y - 0.498535f * zenith_XYZ.z;
290        ambient.y = -0.969256f * zenith_XYZ.x + 1.875992f * zenith_XYZ.y + 0.041556f * zenith_XYZ.z;   
291        ambient.z =  0.055648f * zenith_XYZ.x - 0.204043f * zenith_XYZ.y + 1.057311f * zenith_XYZ.z;
292
293        // downscale ambient color
294        if (scaleToRange)
295                ambient *= 8e-6f;
296        else
297                ambient *= 1e-1f;
298
299        // simulate the sun intensity by modulating the ambient term.
300        ambient *= (10.0f - 9.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
301
302
303        Vector3 num;
304         
305        num.x = (1.0f + ABCDE[0].x * exp(ABCDE[1].x / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].x)+ ABCDE[4].x;   
306        num.y = (1.0f + ABCDE[0].y * exp(ABCDE[1].y / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].y)+ ABCDE[4].y;   
307        num.z = (1.0f + ABCDE[0].z * exp(ABCDE[1].z / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].z)+ ABCDE[4].z;   
308
309        Vector3 den;
310
311        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); 
312        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);   
313        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);   
314
315
316        Vector3 xyY = zenithColor * num / den;   
317
318        Vector3 XYZ;                                                                                             
319
320        XYZ.x = (xyY.x / xyY.y) * xyY.z;                                                                       
321        XYZ.y = xyY.z;                                                                                         
322        XYZ.z = ((1.0f - xyY.x - xyY.y) / xyY.y) * xyY.z;                                                               
323
324
325        /////////////
326        //-- transform to rgb
327
328        Vector3 color; 
329        color.x =  3.240479f * XYZ.x - 1.537150f * XYZ.y - 0.498535f * XYZ.z;
330        color.y = -0.969256f * XYZ.x + 1.875992f * XYZ.y + 0.041556f *XYZ.z;   
331        color.z =  0.055648f * XYZ.x - 0.204043f * XYZ.y + 1.057311f * XYZ.z;
332
333        // calculate final sun diffuse color.
334        if (scaleToRange)
335                diffuse = color * 3e-5f;
336        else
337                diffuse = color * 3e-1f;
338
339        // diffuse component should be more saturated (and less blueish) for high sun positions
340        diffuse.x *= 1.3f;
341        diffuse.z *= 0.7f;
342
343        // scale diffuse component in order to make sky look less bright in relation to
344        // the geometry in the evening
345        diffuse *= (2.0f - 1.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
346
347        //cout << "diffuse: " << Magnitude(diffuse) << " ambient: " << Magnitude(ambient) << endl;
348}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.