Astro/sky.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * sky.c -- model sky with an upside down "bowl"
   3  *
   4  * Written by Curtis Olson, started December 1997.
   5  *
   6  * Copyright (C) 1997  Curtis L. Olson  - curt@infoplane.com
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11  * License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  21  *
  22  * $Id$
  23  * (Log is kept at end of this file)
  24  **************************************************************************/
  25
  26
  27 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  28 #  include <config.h>
  29 #endif
  30
  31 #ifdef HAVE_WINDOWS_H
  32 #  include <windows.h>
  33 #endif
  34
  35 #include <math.h>
  36
  37 #include <GL/glut.h>
  38 #include <XGL/xgl.h>
  39
  40 #include <Aircraft/aircraft.h>
  41 #include <Debug/fg_debug.h>
  42 #include <Flight/flight.h>
  43 #include <Include/fg_constants.h>
  44 #include <Main/views.hxx>
  45 #include <Math/fg_random.h>
  46 #include <Time/event.hxx>
  47 #include <Time/fg_time.hxx>
  48
  49 #include "sky.hxx"
  50
  51
  52 /*
  53 #include <Include/general.h>
  54 */
  55
  56 /* in meters of course */
  57 #define CENTER_ELEV   25000.0
  58
  59 #define INNER_RADIUS  50000.0
  60 #define INNER_ELEV    20000.0
  61
  62 #define MIDDLE_RADIUS 70000.0
  63 #define MIDDLE_ELEV    8000.0
  64
  65 #define OUTER_RADIUS  80000.0
  66 #define OUTER_ELEV        0.0
  67
  68 #define BOTTOM_RADIUS 50000.0
  69 #define BOTTOM_ELEV   -2000.0
  70
  71
  72 static float inner_vertex[12][3];
  73 static float middle_vertex[12][3];
  74 static float outer_vertex[12][3];
  75 static float bottom_vertex[12][3];
  76
  77 static float inner_color[12][4];
  78 static float middle_color[12][4];
  79 static float outer_color[12][4];
  80
  81
  82 /* Calculate the sky structure vertices */
  83 void fgSkyVerticesInit( void ) {
  84     float theta;
  85     int i;
  86
  87     fgPrintf(FG_ASTRO, FG_INFO, "  Generating the sky dome vertices.\n");
  88
  89     for ( i = 0; i < 12; i++ ) {
  90         theta = (i * 30.0) * DEG_TO_RAD;
  91
  92         inner_vertex[i][0] = cos(theta) * INNER_RADIUS;
  93         inner_vertex[i][1] = sin(theta) * INNER_RADIUS;
  94         inner_vertex[i][2] = INNER_ELEV;
  95
  96         /* printf("    %.2f %.2f\n", cos(theta) * INNER_RADIUS,
  97                sin(theta) * INNER_RADIUS); */
  98
  99         middle_vertex[i][0] = cos((double)theta) * MIDDLE_RADIUS;
 100         middle_vertex[i][1] = sin((double)theta) * MIDDLE_RADIUS;
 101         middle_vertex[i][2] = MIDDLE_ELEV;
 102
 103         outer_vertex[i][0] = cos((double)theta) * OUTER_RADIUS;
 104         outer_vertex[i][1] = sin((double)theta) * OUTER_RADIUS;
 105         outer_vertex[i][2] = OUTER_ELEV;
 106
 107         bottom_vertex[i][0] = cos((double)theta) * BOTTOM_RADIUS;
 108         bottom_vertex[i][1] = sin((double)theta) * BOTTOM_RADIUS;
 109         bottom_vertex[i][2] = BOTTOM_ELEV;
 110     }
 111 }
 112
 113
 114 /* (Re)calculate the sky colors at each vertex */
 115 void fgSkyColorsInit( void ) {
 116     struct fgLIGHT *l;
 117     float sun_angle, diff;
 118     float outer_param[3], outer_amt[3], outer_diff[3];
 119     float middle_param[3], middle_amt[3], middle_diff[3];
 120     int i, j;
 121
 122     l = &cur_light_params;
 123
 124     fgPrintf( FG_ASTRO, FG_INFO,
 125               "  Generating the sky colors for each vertex.\n" );
 126
 127     /* setup for the possibility of sunset effects */
 128     sun_angle = l->sun_angle * RAD_TO_DEG;
 129     fgPrintf( FG_ASTRO, FG_INFO, "  Sun angle in degrees = %.2f\n", sun_angle);
 130
 131     if ( (sun_angle > 80.0) && (sun_angle < 100.0) ) {
 132         /* 0.0 - 0.4 */
 133         outer_param[0] = (10.0 - fabs(90.0 - sun_angle)) / 25.0;
 134         outer_param[1] = (10.0 - fabs(90.0 - sun_angle)) / 35.0;
 135         outer_param[2] = 0.0;
 136
 137         middle_param[0] = (10.0 - fabs(90.0 - sun_angle)) / 20.0;
 138         middle_param[1] = (10.0 - fabs(90.0 - sun_angle)) / 40.0;
 139         middle_param[2] = 0.0;
 140
 141         outer_diff[0] = outer_param[0] / 6.0;
 142         outer_diff[1] = outer_param[1] / 6.0;
 143         outer_diff[2] = outer_param[2] / 6.0;
 144
 145         middle_diff[0] = middle_param[0] / 6.0;
 146         middle_diff[1] = middle_param[1] / 6.0;
 147         middle_diff[2] = middle_param[2] / 6.0;
 148     } else {
 149         outer_param[0] = outer_param[1] = outer_param[2] = 0.0;
 150         middle_param[0] = middle_param[1] = middle_param[2] = 0.0;
 151
 152         outer_diff[0] = outer_diff[1] = outer_diff[2] = 0.0;
 153         middle_diff[0] = middle_diff[1] = middle_diff[2] = 0.0;
 154     }
 155     /* printf("  outer_red_param = %.2f  outer_red_diff = %.2f\n",
 156            outer_red_param, outer_red_diff); */
 157
 158     /* calculate transition colors between sky and fog */
 159     for ( j = 0; j < 3; j++ ) {
 160         outer_amt[j] = outer_param[j];
 161         middle_amt[j] = middle_param[j];
 162     }
 163
 164     for ( i = 0; i < 6; i++ ) {
 165         for ( j = 0; j < 3; j++ ) {
 166             diff = l->sky_color[j] - l->fog_color[j];
 167
 168             /* printf("sky = %.2f  fog = %.2f  diff = %.2f\n",
 169                    l->sky_color[j], l->fog_color[j], diff); */
 170
 171             inner_color[i][j] = l->sky_color[j] - diff * 0.3;
 172             middle_color[i][j] = l->sky_color[j] - diff * 0.9 + middle_amt[j];
 173             outer_color[i][j] = l->fog_color[j] + outer_amt[j];
 174
 175             if ( inner_color[i][j] > 1.00 ) { inner_color[i][j] = 1.00; }
 176             if ( inner_color[i][j] < 0.10 ) { inner_color[i][j] = 0.10; }
 177             if ( middle_color[i][j] > 1.00 ) { middle_color[i][j] = 1.00; }
 178             if ( middle_color[i][j] < 0.10 ) { middle_color[i][j] = 0.10; }
 179             if ( outer_color[i][j] > 1.00 ) { outer_color[i][j] = 1.00; }
 180             if ( outer_color[i][j] < 0.10 ) { outer_color[i][j] = 0.10; }
 181         }
 182         inner_color[i][3] = middle_color[i][3] = outer_color[i][3] =
 183             l->sky_color[3];
 184
 185         for ( j = 0; j < 3; j++ ) {
 186             outer_amt[j] -= outer_diff[j];
 187             middle_amt[j] -= middle_diff[j];
 188         }
 189
 190         /*
 191         printf("inner_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i, inner_color[i][0],
 192                inner_color[i][1], inner_color[i][2], inner_color[i][3]);
 193         printf("middle_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i,
 194                middle_color[i][0], middle_color[i][1], middle_color[i][2],
 195                middle_color[i][3]);
 196         printf("outer_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i,
 197                outer_color[i][0], outer_color[i][1], outer_color[i][2],
 198                outer_color[i][3]);
 199         */
 200     }
 201
 202     for ( j = 0; j < 3; j++ ) {
 203         outer_amt[j] = 0.0;
 204         middle_amt[j] = 0.0;
 205     }
 206
 207     for ( i = 6; i < 12; i++ ) {
 208
 209         for ( j = 0; j < 3; j++ ) {
 210             diff = l->sky_color[j] - l->fog_color[j];
 211
 212             /* printf("sky = %.2f  fog = %.2f  diff = %.2f\n",
 213                    l->sky_color[j], l->fog_color[j], diff); */
 214
 215             inner_color[i][j] = l->sky_color[j] - diff * 0.3;
 216             middle_color[i][j] = l->sky_color[j] - diff * 0.9 + middle_amt[j];
 217             outer_color[i][j] = l->fog_color[j] + outer_amt[j];
 218
 219             if ( inner_color[i][j] > 1.00 ) { inner_color[i][j] = 1.00; }
 220             if ( inner_color[i][j] < 0.10 ) { inner_color[i][j] = 0.10; }
 221             if ( middle_color[i][j] > 1.00 ) { middle_color[i][j] = 1.00; }
 222             if ( middle_color[i][j] < 0.10 ) { middle_color[i][j] = 0.10; }
 223             if ( outer_color[i][j] > 1.00 ) { outer_color[i][j] = 1.00; }
 224             if ( outer_color[i][j] < 0.15 ) { outer_color[i][j] = 0.15; }
 225         }
 226         inner_color[i][3] = middle_color[i][3] = outer_color[i][3] =
 227             l->sky_color[3];
 228
 229         for ( j = 0; j < 3; j++ ) {
 230             outer_amt[j] += outer_diff[j];
 231             middle_amt[j] += middle_diff[j];
 232         }
 233
 234         /*
 235         printf("inner_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i, inner_color[i][0],
 236                inner_color[i][1], inner_color[i][2], inner_color[i][3]);
 237         printf("middle_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i,
 238                middle_color[i][0], middle_color[i][1], middle_color[i][2],
 239                middle_color[i][3]);
 240         printf("outer_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i,
 241                outer_color[i][0], outer_color[i][1], outer_color[i][2],
 242                outer_color[i][3]);
 243         */
 244     }
 245 }
 246
 247
 248 /* Initialize the sky structure and colors */
 249 void fgSkyInit( void ) {
 250     fgPrintf(FG_ASTRO, FG_INFO, "Initializing the sky\n");
 251
 252     fgSkyVerticesInit();
 253
 254     /* regester fgSkyColorsInit() as an event to be run periodically */
 255     fgEventRegister("fgSkyColorsInit()", fgSkyColorsInit,
 256                     FG_EVENT_READY, 30000);
 257 }
 258
 259
 260 /* Draw the Sky */
 261 void fgSkyRender( void ) {
 262     fgFLIGHT *f;
 263     struct fgLIGHT *l;
 264     struct fgVIEW *v;
 265     float /* inner_color[4], middle_color[4], diff, */ east_dot, dot, angle;
 266     int i;
 267
 268     f = current_aircraft.flight;
 269     l = &cur_light_params;
 270     v = &current_view;
 271
 272     /* printf("Rendering the sky.\n"); */
 273
 274     xglPushMatrix();
 275
 276     /* calculate the angle between v->surface_to_sun and
 277      * v->surface_east.  We do this so we can sort out the acos()
 278      * ambiguity.  I wish I could think of a more efficient way ... :-( */
 279     east_dot = MAT3_DOT_PRODUCT(v->surface_to_sun, v->surface_east);
 280     /* printf("  East dot product = %.2f\n", east_dot); */
 281
 282     /* calculate the angle between v->surface_to_sun and
 283      * v->surface_south.  this is how much we have to rotate the sky
 284      * for it to align with the sun */
 285     dot = MAT3_DOT_PRODUCT(v->surface_to_sun, v->surface_south);
 286     /* printf("  Dot product = %.2f\n", dot); */
 287     if ( east_dot >= 0 ) {
 288         angle = acos(dot);
 289     } else {
 290         angle = -acos(dot);
 291     }
 292     /* printf("  Sky needs to rotate = %.3f rads = %.1f degrees.\n",
 293            angle, angle * RAD_TO_DEG); */
 294
 295     /* Translate to view position */
 296     xglTranslatef( v->cur_zero_elev.x, v->cur_zero_elev.y, v->cur_zero_elev.z );
 297     /* printf("  Translated to %.2f %.2f %.2f\n",
 298            v->cur_zero_elev.x, v->cur_zero_elev.y, v->cur_zero_elev.z ); */
 299
 300     /* Rotate to proper orientation */
 301     /* printf("  lon = %.2f  lat = %.2f\n", FG_Longitude * RAD_TO_DEG,
 302            FG_Latitude * RAD_TO_DEG); */
 303     xglRotatef( FG_Longitude * RAD_TO_DEG, 0.0, 0.0, 1.0 );
 304     xglRotatef( 90.0 - FG_Latitude * RAD_TO_DEG, 0.0, 1.0, 0.0 );
 305     xglRotatef( angle * RAD_TO_DEG, 0.0, 0.0, 1.0 );
 306
 307     /* Draw inner/center section of sky*/
 308     xglBegin( GL_TRIANGLE_FAN );
 309     xglColor4fv(l->sky_color);
 310     xglVertex3f(0.0, 0.0, CENTER_ELEV);
 311     for ( i = 0; i < 12; i++ ) {
 312         xglColor4fv( inner_color[i] );
 313         xglVertex3fv( inner_vertex[i] );
 314     }
 315     xglColor4fv( inner_color[0] );
 316     xglVertex3fv( inner_vertex[0] );
 317     xglEnd();
 318
 319     // Draw the middle ring
 320     xglBegin( GL_TRIANGLE_STRIP );
 321     for ( i = 0; i < 12; i++ ) {
 322         xglColor4fv( middle_color[i] );
 323         /* printf("middle_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i,
 324                middle_color[i][0], middle_color[i][1], middle_color[i][2],
 325                middle_color[i][3]); */
 326         // xglColor4f(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
 327         xglVertex3fv( middle_vertex[i] );
 328         xglColor4fv( inner_color[i] );
 329         /* printf("inner_color[%d] = %.2f %.2f %.2f %.2f\n", i,
 330                inner_color[i][0], inner_color[i][1], inner_color[i][2],
 331                inner_color[i][3]); */
 332         // xglColor4f(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);
 333         xglVertex3fv( inner_vertex[i] );
 334     }
 335     xglColor4fv( middle_color[0] );
 336     // xglColor4f(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
 337     xglVertex3fv( middle_vertex[0] );
 338     xglColor4fv( inner_color[0] );
 339     // xglColor4f(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);
 340     xglVertex3fv( inner_vertex[0] );
 341     xglEnd();
 342
 343     /* Draw the outer ring */
 344     xglBegin( GL_TRIANGLE_STRIP );
 345     for ( i = 0; i < 12; i++ ) {
 346         xglColor4fv( outer_color[i] );
 347         xglVertex3fv( outer_vertex[i] );
 348         xglColor4fv( middle_color[i] );
 349         xglVertex3fv( middle_vertex[i] );
 350     }
 351     xglColor4fv( outer_color[0] );
 352     xglVertex3fv( outer_vertex[0] );
 353     xglColor4fv( middle_color[0] );
 354     xglVertex3fv( middle_vertex[0] );
 355     xglEnd();
 356
 357     /* Draw the bottom skirt */
 358     xglBegin( GL_TRIANGLE_STRIP );
 359     for ( i = 0; i < 12; i++ ) {
 360         xglColor4fv( l->fog_color );
 361         xglVertex3fv( bottom_vertex[i] );
 362         xglColor4fv( outer_color[i] );
 363         xglVertex3fv( outer_vertex[i] );
 364     }
 365     xglColor4fv( l->fog_color );
 366     xglVertex3fv( bottom_vertex[0] );
 367     xglColor4fv( outer_color[0] );
 368     xglVertex3fv( outer_vertex[0] );
 369     xglEnd();
 370
 371     xglPopMatrix();
 372 }
 373
 374
 375 /* $Log$
 376 /* Revision 1.3  1998/04/25 22:06:25  curt
 377 /* Edited cvs log messages in source files ... bad bad bad!
 378 /*
 379  * Revision 1.2  1998/04/24 00:45:03  curt
 380  * Wrapped "#include <config.h>" in "#ifdef HAVE_CONFIG_H"
 381  * Fixed a bug when generating sky colors.
 382  *
 383  * Revision 1.1  1998/04/22 13:21:32  curt
 384  * C++ - ifing the code a bit.
 385  *
 386  * Revision 1.9  1998/04/03 21:52:50  curt
 387  * Converting to Gnu autoconf system.
 388  *
 389  * Revision 1.8  1998/03/09 22:47:25  curt
 390  * Incorporated Durk's updates.
 391  *
 392  * Revision 1.7  1998/02/19 13:05:49  curt
 393  * Incorporated some HUD tweaks from Michelle America.
 394  * Tweaked the sky's sunset/rise colors.
 395  * Other misc. tweaks.
 396  *
 397  * Revision 1.6  1998/02/07 15:29:32  curt
 398  * Incorporated HUD changes and struct/typedef changes from Charlie Hotchkiss
 399  * <chotchkiss@namg.us.anritsu.com>
 400  *
 401  * Revision 1.5  1998/01/27 00:47:48  curt
 402  * Incorporated Paul Bleisch's <pbleisch@acm.org> new debug message
 403  * system and commandline/config file processing code.
 404  *
 405  * Revision 1.4  1998/01/26 15:54:28  curt
 406  * Added a "skirt" to try to help hide gaps between scenery and sky.  This will
 407  * have to be revisited in the future.
 408  *
 409  * Revision 1.3  1998/01/19 19:26:59  curt
 410  * Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 411  * This should simplify things tremendously.
 412  *
 413  * Revision 1.2  1998/01/19 18:40:17  curt
 414  * Tons of little changes to clean up the code and to remove fatal errors
 415  * when building with the c++ compiler.
 416  *
 417  * Revision 1.1  1998/01/07 03:16:19  curt
 418  * Moved from .../Src/Scenery/ to .../Src/Astro/
 419  *
 420  * Revision 1.11  1997/12/30 22:22:38  curt
 421  * Further integration of event manager.
 422  *
 423  * Revision 1.10  1997/12/30 20:47:53  curt
 424  * Integrated new event manager with subsystem initializations.
 425  *
 426  * Revision 1.9  1997/12/30 13:06:57  curt
 427  * A couple lighting tweaks ...
 428  *
 429  * Revision 1.8  1997/12/23 04:58:38  curt
 430  * Tweaked the sky coloring a bit to build in structures to allow finer rgb
 431  * control.
 432  *
 433  * Revision 1.7  1997/12/22 23:45:48  curt
 434  * First stab at sunset/sunrise sky glow effects.
 435  *
 436  * Revision 1.6  1997/12/22 04:14:34  curt
 437  * Aligned sky with sun so dusk/dawn effects can be correct relative to the sun.
 438  *
 439  * Revision 1.5  1997/12/19 23:34:59  curt
 440  * Lot's of tweaking with sky rendering and lighting.
 441  *
 442  * Revision 1.4  1997/12/19 16:45:02  curt
 443  * Working on scene rendering order and options.
 444  *
 445  * Revision 1.3  1997/12/18 23:32:36  curt
 446  * First stab at sky dome actually starting to look reasonable. :-)
 447  *
 448  * Revision 1.2  1997/12/18 04:07:03  curt
 449  * Worked on properly translating and positioning the sky dome.
 450  *
 451  * Revision 1.1  1997/12/17 23:14:30  curt
 452  * Initial revision.
 453  * Begin work on rendering the sky. (Rather than just using a clear screen.)
 454  *
 455  */