simgear/scene/sky/cloudfield.cxx

   1 // a layer of 3d clouds
   2 //
   3 // Written by Harald JOHNSEN, started April 2005.
   4 //
   5 // Copyright (C) 2005  Harald JOHNSEN - hjohnsen@evc.net
   6 //
   7 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   8 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  10 // License, or (at your option) any later version.
  11 //
  12 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15 // General Public License for more details.
  16 //
  17 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 // along with this program; if not, write to the Free Software
  19 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  20 //
  21 //
  22
  23 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  24 #  include <simgear_config.h>
  25 #endif
  26
  27 #include <osg/Fog>
  28 #include <osg/Texture2D>
  29 #include <osg/PositionAttitudeTransform>
  30 #include <osg/Vec4f>
  31
  32 #include <simgear/compiler.h>
  33
  34 #include <simgear/math/sg_random.h>
  35 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  36 #include <simgear/scene/util/SGSceneUserData.hxx>
  37
  38 #include <algorithm>
  39 #include <vector>
  40 #include <iostream>
  41
  42 using namespace std;
  43
  44 using std::vector;
  45
  46 //#include <simgear/environment/visual_enviro.hxx>
  47 #include <simgear/scene/util/RenderConstants.hxx>
  48 #include <simgear/scene/util/SGUpdateVisitor.hxx>
  49 #include "sky.hxx"
  50 #include "newcloud.hxx"
  51 #include "cloudfield.hxx"
  52
  53 #if defined(__MINGW32__)
  54 #define isnan(x) _isnan(x)
  55 #endif
  56
  57 #if defined (__FreeBSD__)
  58 #  if __FreeBSD_version < 500000
  59      extern "C" {
  60        inline int isnan(double r) { return !(r <= 0 || r >= 0); }
  61      }
  62 #  endif
  63 #endif
  64
  65 using namespace simgear;
  66
  67 float SGCloudField::fieldSize = 50000.0f;
  68 double SGCloudField::timer_dt = 0.0;
  69 float SGCloudField::view_distance = 20000.0f;
  70 bool SGCloudField::wrap = true;
  71 float SGCloudField::RADIUS_LEVEL_1 = 20000.0f;
  72 float SGCloudField::RADIUS_LEVEL_2 = 5000.0f;
  73
  74 SGVec3f SGCloudField::view_vec, SGCloudField::view_X, SGCloudField::view_Y;
  75
  76
  77 // Reposition the cloud layer at the specified origin and orientation
  78 bool SGCloudField::reposition( const SGVec3f& p, const SGVec3f& up, double lon, double lat,
  79                                double dt, int asl, float speed, float direction ) {
  80     // Determine any movement of the placed clouds
  81     if (placed_root->getNumChildren() == 0) return false;
  82
  83     SGVec3<double> cart;
  84     SGGeodesy::SGGeodToCart(SGGeod::fromRadFt(lon, lat, 0.0f), cart);
  85     osg::Vec3f osg_pos = toOsg(cart);
  86     osg::Quat orient = toOsg(SGQuatd::fromLonLatRad(lon, lat) * SGQuatd::fromRealImag(0, SGVec3d(0, 1, 0)));
  87
  88     // Always update the altitude transform, as this allows
  89     // the clouds to rise and fall smoothly depending on environment updates.
  90     altitude_transform->setPosition(osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, (float) asl));
  91
  92     // Similarly, always determine the effects of the wind
  93     osg::Vec3f wind = osg::Vec3f(-cos((direction + 180)* SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * speed * dt,
  94                                  sin((direction + 180)* SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * speed * dt,
  95                                  0.0f);
  96     //cout << "Wind: " << direction << "@" << speed << "\n";
  97
  98     osg::Vec3f windosg = field_transform->getAttitude() * wind;
  99     field_transform->setPosition(field_transform->getPosition() + windosg);
 100
 101     if (!wrap) {
 102         // If we're not wrapping the cloudfield, then we make no effort to reposition
 103         return false;
 104     }
 105
 106     if ((old_pos - osg_pos).length() > fieldSize*2) {
 107         // Big movement - reposition centered to current location.
 108         field_transform->setPosition(osg_pos);
 109         field_transform->setAttitude(orient);
 110         old_pos = osg_pos;
 111     } else {
 112         // delta is the vector from the old position to the new position in cloud-coords
 113         osg::Vec3f delta = field_transform->getAttitude().inverse() * (osg_pos - old_pos);
 114         //cout << "Delta: " << delta.length() << "\n";
 115
 116         for (unsigned int i = 0; i < placed_root->getNumChildren(); i++) {
 117             osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode1 = (osg::LOD*) placed_root->getChild(i);
 118             osg::Vec3f v = delta - lodnode1->getCenter();
 119
 120             if ((v.x() < -0.5*fieldSize) ||
 121                 (v.x() >  0.5*fieldSize) ||
 122                 (v.y() < -0.5*fieldSize) ||
 123                 (v.y() >  0.5*fieldSize)   )  {
 124                 //cout << "V: " << v.x() << ", " << v.y() << "\n";
 125
 126                 osg::Vec3f shift = osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 127                 if (v.x() > 0.5*fieldSize) { shift += osg::Vec3f(fieldSize, 0.0f, 0.0f); }
 128                 if (v.x() < -0.5*fieldSize) { shift -= osg::Vec3f(fieldSize, 0.0f, 0.0f); }
 129
 130                 if (v.y() > 0.5*fieldSize) { shift += osg::Vec3f(0.0f, fieldSize, 0.0f); }
 131                 if (v.y() < -0.5*fieldSize) { shift -= osg::Vec3f(0.0f, fieldSize, 0.0f); }
 132
 133                 //cout << "Shift: " << shift.x() << ", " << shift.y() << "\n\n";
 134
 135                 for (unsigned int j = 0; j < lodnode1->getNumChildren(); j++) {
 136                     osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode2 = (osg::LOD*) lodnode1->getChild(j);
 137                     for (unsigned int k = 0; k < lodnode2->getNumChildren(); k++) {
 138                         osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> pat =(osg::PositionAttitudeTransform*) lodnode2->getChild(k);
 139                         pat->setPosition(pat->getPosition() + shift);
 140                     }
 141                 }
 142             }
 143         }
 144     }
 145
 146     // Render the clouds in order from farthest away layer to nearest one.
 147     field_root->getStateSet()->setRenderBinDetails(CLOUDS_BIN, "DepthSortedBin");
 148     return true;
 149 }
 150
 151 SGCloudField::SGCloudField() :
 152         field_root(new osg::Group),
 153         field_transform(new osg::PositionAttitudeTransform),
 154         altitude_transform(new osg::PositionAttitudeTransform)
 155 {
 156     old_pos = osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 157     field_root->addChild(field_transform.get());
 158     field_root->setName("3D Cloud field root");
 159     osg::StateSet *rootSet = field_root->getOrCreateStateSet();
 160     rootSet->setRenderBinDetails(CLOUDS_BIN, "DepthSortedBin");
 161     rootSet->setAttributeAndModes(getFog());
 162
 163     field_transform->addChild(altitude_transform.get());
 164     placed_root = new osg::Group();
 165     altitude_transform->addChild(placed_root);
 166 }
 167
 168 SGCloudField::~SGCloudField() {
 169         }
 170
 171
 172 void SGCloudField::clear(void) {
 173
 174     for(CloudHash::const_iterator itr = cloud_hash.begin(), end = cloud_hash.end();
 175         itr != end;
 176         ++itr) {
 177         removeCloudFromTree(itr->second);
 178     }
 179
 180     cloud_hash.clear();
 181 }
 182
 183 void SGCloudField::applyVisRange(void)
 184 {
 185     for (unsigned int i = 0; i < placed_root->getNumChildren(); i++) {
 186         osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode1 = (osg::LOD*) placed_root->getChild(i);
 187         for (unsigned int j = 0; j < lodnode1->getNumChildren(); j++) {
 188             osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode2 = (osg::LOD*) lodnode1->getChild(j);
 189             for (unsigned int k = 0; k < lodnode2->getNumChildren(); k++) {
 190                 lodnode2->setRange(k, 0.0f, view_distance);
 191             }
 192         }
 193     }
 194 }
 195
 196 bool SGCloudField::addCloud(float lon, float lat, float alt, int index, osg::ref_ptr<EffectGeode> geode) {
 197   return addCloud(lon, lat, alt, 0.0f, 0.0f, index, geode);
 198         }
 199
 200 bool SGCloudField::addCloud(float lon, float lat, float alt, float x, float y, int index, osg::ref_ptr<EffectGeode> geode) {
 201     // If this cloud index already exists, don't replace it.
 202     if (cloud_hash[index]) return false;
 203
 204     osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform = new osg::PositionAttitudeTransform;
 205
 206     transform->addChild(geode.get());
 207     addCloudToTree(transform, lon, lat, alt, x, y);
 208     cloud_hash[index] = transform;
 209     return true;
 210     }
 211
 212 // Remove a give cloud from inside the tree, without removing it from the cloud hash
 213 void SGCloudField::removeCloudFromTree(osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform)
 214 {
 215     osg::ref_ptr<osg::Group> lodnode = transform->getParent(0);
 216     lodnode->removeChild(transform);
 217
 218     // Clean up the LOD nodes if required
 219     if (lodnode->getNumChildren() == 0) {
 220         osg::ref_ptr<osg::Group> lodnode1 = lodnode->getParent(0);
 221
 222         lodnode1->removeChild(lodnode);
 223
 224         if (lodnode1->getNumChildren() == 0) {
 225             placed_root->removeChild(lodnode1);
 226         }
 227     }
 228 }
 229
 230 void SGCloudField::addCloudToTree(osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform,
 231                                   float lon, float lat, float alt, float x, float y) {
 232
 233     // Get the base position
 234     SGGeod loc = SGGeod::fromDegFt(lon, lat, alt);
 235
 236     // Determine any shift by x/y
 237     if ((x != 0.0f) || (y != 0.0f)) {
 238         double crs;
 239
 240         if (y == 0.0f) {
 241             crs = (x < 0.0f) ? -90.0 : 90.0;
 242         } else {
 243             crs = SG_RADIANS_TO_DEGREES * tan(x/y);
 244         }
 245
 246         double dst = sqrt(x*x + y*y);
 247         double endcrs;
 248
 249         SGGeod base_pos = SGGeod::fromDegFt(lon, lat, 0.0f);
 250         SGGeodesy::direct(base_pos, crs, dst, loc, endcrs);
 251
 252         // The direct call provides the position at 0 alt, so adjust as required.
 253         loc.setElevationFt(alt);
 254     }
 255
 256     // Work out where this cloud should go in OSG coordinates.
 257     SGVec3<double> cart;
 258     SGGeodesy::SGGeodToCart(loc, cart);
 259     osg::Vec3f pos = toOsg(cart);
 260
 261     // Convert to the scenegraph orientation where we just rotate around
 262     // the y axis 180 degrees.
 263     osg::Quat orient = toOsg(SGQuatd::fromLonLatDeg(lon, lat) * SGQuatd::fromRealImag(0, SGVec3d(0, 1, 0)));
 264
 265     if (old_pos == osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, 0.0f)) {
 266         // First se tup.
 267         SGVec3<double> fieldcenter;
 268         SGGeodesy::SGGeodToCart(SGGeod::fromDegFt(lon, lat, 0.0f), fieldcenter);
 269
 270         field_transform->setPosition(toOsg(fieldcenter));
 271         field_transform->setAttitude(orient);
 272         old_pos = toOsg(fieldcenter);
 273     }
 274
 275     pos = pos - field_transform->getPosition();
 276
 277     pos = orient.inverse() * pos;
 278
 279     // We have a two level dynamic quad tree which the cloud will be added
 280     // to. If there are no appropriate nodes in the quad tree, they are
 281     // created as required.
 282     bool found = false;
 283     osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode1;
 284     osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode;
 285
 286     for (unsigned int i = 0; (!found) && (i < placed_root->getNumChildren()); i++) {
 287         lodnode1 = (osg::LOD*) placed_root->getChild(i);
 288         if ((lodnode1->getCenter() - pos).length2() < RADIUS_LEVEL_1*RADIUS_LEVEL_1) {
 289             // New cloud is within RADIUS_LEVEL_1 of the center of the LOD node.
 290             //cout << "Adding cloud to existing LoD level 1 node. Distance:" << (lodnode1->getCenter() - pos).length() << "\n";
 291             found = true;
 292         }
 293     }
 294
 295     if (!found) {
 296         lodnode1 = new osg::LOD();
 297         placed_root->addChild(lodnode1.get());
 298         //cout << "Adding cloud to new LoD node\n";
 299     }
 300
 301     // Now check if there is a second level LOD node at an appropriate distance
 302     found = false;
 303
 304     for (unsigned int j = 0; (!found) && (j < lodnode1->getNumChildren()); j++) {
 305         lodnode = (osg::LOD*) lodnode1->getChild(j);
 306         if ((lodnode->getCenter() - pos).length2() < RADIUS_LEVEL_2*RADIUS_LEVEL_2) {
 307             // We've found the right leaf LOD node
 308             //cout << "Found existing LOD leaf node. Distance:"<< (lodnode->getCenter() - pos).length() << "\n";
 309             found = true;
 310             }
 311         }
 312
 313     if (!found) {
 314         // No suitable leave node was found, so we need to add one.
 315         lodnode = new osg::LOD();
 316         lodnode1->addChild(lodnode, 0.0f, 4*RADIUS_LEVEL_1);
 317         //cout << "Adding cloud to new LoD node\n";
 318 }
 319
 320     transform->setPosition(pos);
 321     lodnode->addChild(transform.get(), 0.0f, view_distance);
 322
 323     lodnode->dirtyBound();
 324     lodnode1->dirtyBound();
 325     field_root->dirtyBound();
 326 }
 327
 328 bool SGCloudField::deleteCloud(int identifier) {
 329     osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform = cloud_hash[identifier];
 330     if (transform == NULL) return false;
 331
 332     removeCloudFromTree(transform);
 333     cloud_hash.erase(identifier);
 334
 335     return true;
 336 }
 337
 338 bool SGCloudField::repositionCloud(int identifier, float lon, float lat, float alt) {
 339     return repositionCloud(identifier, lon, lat, alt, 0.0f, 0.0f);
 340 }
 341
 342 bool SGCloudField::repositionCloud(int identifier, float lon, float lat, float alt, float x, float y) {
 343     osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform = cloud_hash[identifier];
 344
 345     if (transform == NULL) return false;
 346
 347     removeCloudFromTree(transform);
 348     addCloudToTree(transform, lon, lat, alt, x, y);
 349     return true;
 350     }
 351
 352 bool SGCloudField::isDefined3D(void) {
 353     return (cloud_hash.size() > 0);
 354 }
 355
 356 SGCloudField::CloudFog::CloudFog() {
 357     fog = new osg::Fog;
 358     fog->setMode(osg::Fog::EXP2);
 359     fog->setDataVariance(osg::Object::DYNAMIC);
 360 }
 361
 362 void SGCloudField::updateFog(double visibility, const osg::Vec4f& color) {
 363     const double sqrt_m_log01 = sqrt(-log(0.01));
 364     osg::Fog* fog = CloudFog::instance()->fog.get();
 365     fog->setColor(color);
 366     fog->setDensity(sqrt_m_log01 / visibility);
 367 }
 368