source: GTP/trunk/App/Demos/Vis/FriendlyCulling/src/SkyPreetham.cpp @ 3295

Revision 3295, 11.6 KB checked in by mattausch, 15 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 "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        {
64                cerr << "sky program failed to load" << endl;
65        }
66
67        mSkyFragProgram =
68                ShaderManager::GetSingleton()->CreateFragmentProgram("sky_preetham", "frag_skydome", "skyFragMrt");
69}
70
71
72SkyPreetham::SkyPreetham(float turbitity, SceneEntity *skyDome):
73mSkyDome(skyDome),
74mTurbidity(turbitity)
75//, mSunQuad(NULL)
76{
77        CreateSunQuad();
78        Shape *shape = mSkyDome->GetShape(0);
79
80        InitCG();
81
82        Material *mat = shape->GetMaterial();
83
84        mat->GetTechnique(0)->SetFragmentProgram(mSkyFragProgram);
85        mat->GetTechnique(0)->SetVertexProgram(mSkyVtxProgram);
86
87        mat->GetTechnique(1)->SetFragmentProgram(mSkyFragProgram);
88        mat->GetTechnique(1)->SetVertexProgram(mSkyVtxProgram);
89}
90
91
92SkyPreetham::~SkyPreetham()
93{
94        //DEL_PTR(mSunQuad);
95}
96
97
98void SkyPreetham::RenderSkyDome(const Vector3 &sunDir,
99                                                                Camera *camera,
100                                                                RenderState *state,
101                                                                bool scaleToRange,
102                                                                float skyDomeScaleFactor)
103{
104        pair<float, float> sun_theta;
105        Vector3 zenithColor;
106        vector<Vector3> ABCDE;
107
108        ComputeFactors(sunDir, zenithColor, ABCDE, sun_theta);
109
110        // Move skybox with camera.
111        Vector3 position = camera->GetPosition();
112
113        // scale the sky dome so no intersection with the scene is visible
114        position.z -= 3.0f * skyDomeScaleFactor;
115        Matrix4x4 m = TranslationMatrix(position);
116
117        Matrix4x4 s = ScaleMatrix(skyDomeScaleFactor);
118        mSkyDome->GetTransform()->SetMatrix(s * m);
119       
120        Material *mat = mSkyDome->GetShape(0)->GetMaterial();
121
122        Technique *tech;
123
124        tech = mat->GetTechnique(state->GetRenderTechnique());
125
126        GPUProgramParameters *vtxParams = tech->GetVertexProgramParameters();
127
128        vtxParams->SetValue3f(0, sunDir.x, sunDir.y, sunDir.z);
129        vtxParams->SetValue2f(1, sun_theta.first, sun_theta.second);
130        vtxParams->SetValue3f(2, zenithColor.x, zenithColor.y, zenithColor.z);
131
132        vtxParams->SetValue3f(3, ABCDE[0].x, ABCDE[0].y, ABCDE[0].z);
133        vtxParams->SetValue3f(4, ABCDE[1].x, ABCDE[1].y, ABCDE[1].z);
134        vtxParams->SetValue3f(5, ABCDE[2].x, ABCDE[2].y, ABCDE[2].z);
135        vtxParams->SetValue3f(6, ABCDE[3].x, ABCDE[3].y, ABCDE[3].z);
136        vtxParams->SetValue3f(7, ABCDE[4].x, ABCDE[4].y, ABCDE[4].z);
137
138
139        if (!scaleToRange)
140        {
141                // use tone mapping
142                vtxParams->SetValue1f(8, 1.0f);
143        }
144        else
145        {
146                // no tone mapping => linearily scale to displayable dynamic range
147                vtxParams->SetValue1f(8, 8e-5f);
148        }
149
150        // render sky dome
151        mSkyDome->Render(state);
152
153        // render additively blended sun disc.
154        //RenderSunDisk(sunDir, camera);
155}
156
157
158void SkyPreetham::RenderSunDisk(const Vector3 &sunDir, Camera *camera)
159{
160#if TODO
161        // Move skybox with camera.
162        Vector3 position = camera->GetPosition();
163
164        const float scaleFactor = 100.0f;
165        position.z -= 10 * scaleFactor;
166
167        // Set world matrix to sun disc position.
168        Matrix4x4 sunPos = TranslationMatrix(position);
169
170        Vector3 ndir = -Normalize(sunDir);
171
172        const float pitch = -atan2(ndir.x, ndir.y);
173        const float yaw = atan2(ndir.z, sqrt((ndir.x * ndir.x) + (ndir.y * ndir.y)));
174
175        Matrix4x4 roty = RotationYMatrix(pitch);
176        Matrix4x4 rotx = RotationXMatrix(yaw);
177
178        sunPos *= roty;
179        sunPos *= rotx;;
180
181        sunposition.rotateAroundY(-D().getScene().getLight().getHorizontalOrientation() + 90.0f);
182        sunposition.rotateAroundX(-D().getScene().getLight().getVerticalOrientation());
183       
184        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
185        glMultMatrixf((float *)sunPos.x);
186
187        float ambient[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
188
189        glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ambient);
190
191        Float size = 0.5f + (1.0f - lightdirection.y) * 0.5f;
192
193        mSunEffect->setVariableVector3("LightDiffuseColor", D().getScene().getLight().getDiffuseColor());
194        mSunEffect->setVariableFloat("SunSize", size);
195        mSunEffect->setVariableTexture2D("SunTexture", mSunTexture);
196
197        mSunEffect->activate();
198       
199        mSunQuad->render();
200
201        mSunEffect->deactivate();
202        F().getRenderDevice().setDefaultBlendingMode(FRenderDevice::BLENDING_NONE);
203
204        glPopMatrix();
205#endif
206}
207
208
209void SkyPreetham::CreateSunQuad()
210{
211#if TODO
212        mSunQuad = new FVertexBuffer();
213        mSunQuad->setupPrimitiveType(FVertexBuffer::PRIMITIVES_TRIANGLES);
214        mSunQuad->setupVertexFormat(3, 0, 0, true);
215        mSunQuad->setupTexCoordSet(0, 2);
216        mSunQuad->setVertexBufferSize(4, 6);
217
218        mSunQuad->setVertexPosition(0, FVector3(-0.1f,  0.1f, 1.0f));
219        mSunQuad->setVertexPosition(1, FVector3( 0.1f,  0.1f, 1.0f));
220        mSunQuad->setVertexPosition(2, FVector3(-0.1f, -0.1f, 1.0f));
221        mSunQuad->setVertexPosition(3, FVector3( 0.1f, -0.1f, 1.0f));
222        mSunQuad->setVertexTexCoord(0, 0, FVector2(0.0f, 0.0f));
223        mSunQuad->setVertexTexCoord(1, 0, FVector2(1.0f, 0.0f));
224        mSunQuad->setVertexTexCoord(2, 0, FVector2(0.0f, 1.0f));
225        mSunQuad->setVertexTexCoord(3, 0, FVector2(1.0f, 1.0f));
226
227        mSunQuad->setIndex(0, 0);
228        mSunQuad->setIndex(1, 1);
229        mSunQuad->setIndex(2, 2);
230        mSunQuad->setIndex(3, 2);
231        mSunQuad->setIndex(4, 1);
232        mSunQuad->setIndex(5, 3);
233#endif
234}
235
236
237void SkyPreetham::ComputeFactors(const Vector3 &sunDir,
238                                                                 Vector3 &zenithColor,
239                                                                 vector<Vector3> &ABCDE, 
240                                                                 std::pair<float, float> &sunThetha) const
241{
242        sunThetha.first = acos(sunDir.z);
243
244        const float cos_theta = cos(sunThetha.first);
245        sunThetha.second = cos_theta * cos_theta;
246
247        zenithColor.x = ( 0.00165f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00374f * SQR(sunThetha.first) + 0.00208f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +       
248                                    (-0.02902f * CBQ(sunThetha.first) + 0.06377f * SQR(sunThetha.first) - 0.03202f * sunThetha.first + 0.00394f) * mTurbidity +
249                                        ( 0.11693f * CBQ(sunThetha.first) - 0.21196f * SQR(sunThetha.first) + 0.06052f * sunThetha.first + 0.25885f);
250
251        zenithColor.y = ( 0.00275f * CBQ(sunThetha.first) - 0.00610f * SQR(sunThetha.first) + 0.00316f * sunThetha.first + 0.0f)     * SQR(mTurbidity) +
252                        (-0.04214f * CBQ(sunThetha.first) + 0.08970f * SQR(sunThetha.first) - 0.04153f * sunThetha.first + 0.00515f) * mTurbidity +
253                            ( 0.15346f * CBQ(sunThetha.first) - 0.26756f * SQR(sunThetha.first) + 0.06669f * sunThetha.first + 0.26688f);
254       
255        zenithColor.z  = (float)((4.0453f * mTurbidity - 4.9710f) *     tan((4.0f / 9.0f - mTurbidity / 120.0f) *
256                                                         (M_PI - 2.0f * sunThetha.first)) - 0.2155f * mTurbidity + 2.4192f);
257
258        // convert kcd/m² to cd/m²
259        zenithColor.z *= 1000.0f;
260
261        ABCDE.push_back(Vector3(-0.01925 * mTurbidity - 0.25922, -0.01669 * mTurbidity - 0.26078,  0.17872 * mTurbidity - 1.46303));
262        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06651 * mTurbidity + 0.00081, -0.09495 * mTurbidity + 0.00921, -0.35540 * mTurbidity + 0.42749));
263        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00041 * mTurbidity + 0.21247, -0.00792 * mTurbidity + 0.21023, -0.02266 * mTurbidity + 5.32505));
264        ABCDE.push_back(Vector3(-0.06409 * mTurbidity - 0.89887, -0.04405 * mTurbidity - 1.65369,  0.12064 * mTurbidity - 2.57705));
265        ABCDE.push_back(Vector3(-0.00325 * mTurbidity + 0.04517, -0.01092 * mTurbidity + 0.05291, -0.06696 * mTurbidity + 0.37027));
266}
267
268
269void SkyPreetham::ComputeSunColor(const Vector3 &sunDir,
270                                                                  Vector3 &ambient,
271                                                                  Vector3 &diffuse,
272                                                                  bool scaleToRange) const
273{
274        // sunDir is sun direction
275        // ambient color: shadow color
276        // diffuse color: sun color
277        pair<float, float> sun_theta;
278
279        Vector3 zenithColor;
280        vector<Vector3> ABCDE;
281
282        ComputeFactors(sunDir, zenithColor, ABCDE, sun_theta);
283
284        Vector3 zenith_XYZ;                                                                                             
285
286        zenith_XYZ.x = (zenithColor.x / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                                       
287        zenith_XYZ.y = zenithColor.z;                                                                                         
288        zenith_XYZ.z = ((1.0f - zenithColor.x - zenithColor.y) / zenithColor.y) * zenithColor.z;                                                               
289
290        ambient.x =  3.240479f * zenith_XYZ.x - 1.537150f * zenith_XYZ.y - 0.498535f * zenith_XYZ.z;
291        ambient.y = -0.969256f * zenith_XYZ.x + 1.875992f * zenith_XYZ.y + 0.041556f * zenith_XYZ.z;   
292        ambient.z =  0.055648f * zenith_XYZ.x - 0.204043f * zenith_XYZ.y + 1.057311f * zenith_XYZ.z;
293
294        // downscale ambient color
295        if (scaleToRange)
296        {
297                ambient *= 8e-6f;
298        }
299        else
300        {
301                ambient *= 1e-1f;
302
303                //  slightly too blueish with tone mapping => scale
304                ambient.x *= 1.3f;
305                ambient.y *= 1.1f;
306                ambient.z = max(max(ambient.z, ambient.x), ambient.y);
307        }
308       
309
310        // simulate the sun intensity by modulating the ambient term.
311        ambient *= (10.0f - 9.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
312
313
314        Vector3 num;
315         
316        num.x = (1.0f + ABCDE[0].x * exp(ABCDE[1].x / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].x)+ ABCDE[4].x;   
317        num.y = (1.0f + ABCDE[0].y * exp(ABCDE[1].y / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].y)+ ABCDE[4].y;   
318        num.z = (1.0f + ABCDE[0].z * exp(ABCDE[1].z / sunDir.z)) * (1.0f + ABCDE[2].z)+ ABCDE[4].z;   
319
320        Vector3 den;
321
322        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); 
323        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);   
324        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);   
325
326
327        Vector3 xyY = zenithColor * num / den;   
328
329        Vector3 XYZ;                                                                                             
330
331        XYZ.x = (xyY.x / xyY.y) * xyY.z;                                                                       
332        XYZ.y = xyY.z;                                                                                         
333        XYZ.z = ((1.0f - xyY.x - xyY.y) / xyY.y) * xyY.z;                                                               
334
335
336        /////////////
337        //-- transform to rgb
338
339        Vector3 color; 
340        color.x =  3.240479f * XYZ.x - 1.537150f * XYZ.y - 0.498535f * XYZ.z;
341        color.y = -0.969256f * XYZ.x + 1.875992f * XYZ.y + 0.041556f *XYZ.z;   
342        color.z =  0.055648f * XYZ.x - 0.204043f * XYZ.y + 1.057311f * XYZ.z;
343
344        // calculate final sun diffuse color.
345        if (scaleToRange)
346        {
347                diffuse = color * 3e-5f;
348        }
349        else
350        {
351                diffuse = color * 3e-1f;
352        }
353
354        // diffuse component should be more saturated (and less blueish) for high sun positions
355        diffuse.x *= 1.3f;
356        diffuse.z *= 0.7f;
357
358        // scale diffuse component in order to make sky look less bright in relation to
359        // the geometry in the evening
360        diffuse *= (2.0f - 1.0f * DotProd(sunDir, Vector3::UNIT_Z()));
361
362        //cout << "diffuse: " << Magnitude(diffuse) << " ambient: " << Magnitude(ambient) << endl;
363}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.