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 <simgear/compiler.h>
  28
  29 #include <plib/sg.h>
  30 #include <simgear/math/sg_random.h>
  31 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  32 #include <simgear/math/polar3d.hxx>
  33
  34 #include STL_ALGORITHM
  35 #include <vector>
  36
  37 SG_USING_STD(vector);
  38
  39 #include <simgear/environment/visual_enviro.hxx>
  40 #include "sky.hxx"
  41 #include "newcloud.hxx"
  42 #include "cloudfield.hxx"
  43
  44 #if defined(__MINGW32__)
  45 #define isnan(x) _isnan(x)
  46 #endif
  47
  48 #if defined (__FreeBSD__)
  49 #  if __FreeBSD_version < 500000
  50      extern "C" {
  51        inline int isnan(double r) { return !(r <= 0 || r >= 0); }
  52      }
  53 #  endif
  54 #endif
  55
  56
  57 #if defined (__CYGWIN__)
  58 #include <ieeefp.h>
  59 #endif
  60
  61 extern SGSky *thesky;
  62
  63 static list_of_culledCloud inViewClouds;
  64
  65 // visibility distance for clouds in meters
  66 float SGCloudField::CloudVis = 25000.0f;
  67 bool SGCloudField::enable3D = false;
  68 // fieldSize must be > CloudVis or we can destroy the impostor cache
  69 // a cloud must only be seen once or the impostor will be generated for each of his positions
  70 double SGCloudField::fieldSize = 50000.0;
  71 float SGCloudField::density = 100.0;
  72 double SGCloudField::timer_dt = 0.0;
  73 sgVec3 SGCloudField::view_vec, SGCloudField::view_X, SGCloudField::view_Y;
  74
  75 static int last_cache_size = 1*1024;
  76 static int cacheResolution = 64;
  77 static sgVec3 last_sunlight={0.0f, 0.0f, 0.0f};
  78
  79 int SGCloudField::get_CacheResolution(void) {
  80 #if 0
  81         return cacheResolution;
  82 #endif
  83         return 0;
  84 }
  85
  86 void SGCloudField::set_CacheResolution(int resolutionPixels) {
  87 #if 0
  88         if(cacheResolution == resolutionPixels)
  89                 return;
  90         cacheResolution = resolutionPixels;
  91         if(enable3D) {
  92                 int count = last_cache_size * 1024 / (cacheResolution * cacheResolution * 4);
  93                 if(count == 0)
  94                         count = 1;
  95                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(count, cacheResolution);
  96         }
  97 #endif
  98 }
  99
 100 int SGCloudField::get_CacheSize(void) {
 101 #if 0
 102         return SGNewCloud::cldCache->queryCacheSize();
 103 #endif
 104         return 0;
 105 }
 106
 107 void SGCloudField::set_CacheSize(int sizeKb) {
 108 #if 0
 109         // apply in rendering option dialog
 110         if(last_cache_size == sizeKb)
 111                 return;
 112         if(sizeKb == 0)
 113                 return;
 114         if(sizeKb)
 115                 last_cache_size = sizeKb;
 116         if(enable3D) {
 117                 int count = last_cache_size * 1024 / (cacheResolution * cacheResolution * 4);
 118                 if(count == 0)
 119                         count = 1;
 120                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(count, cacheResolution);
 121         }
 122 #endif
 123 }
 124 void SGCloudField::set_CloudVis(float distance) {
 125 #if 0
 126         if( distance <= fieldSize )
 127                 SGCloudField::CloudVis = distance;
 128 #endif
 129 }
 130 void SGCloudField::set_density(float density) {
 131 #if 0
 132         SGCloudField::density = density;
 133 #endif
 134 }
 135 void SGCloudField::set_enable3dClouds(bool enable) {
 136 #if 0
 137         if(enable3D == enable)
 138                 return;
 139         enable3D = enable;
 140         if(enable) {
 141                 int count = last_cache_size * 1024 / (cacheResolution * cacheResolution * 4);
 142                 if(count == 0)
 143                         count = 1;
 144                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(count, cacheResolution);
 145         } else {
 146                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(0);
 147         }
 148 #endif
 149 }
 150
 151 // reposition the cloud layer at the specified origin and orientation
 152 void SGCloudField::reposition( sgVec3 p, sgVec3 up, double lon, double lat, double alt, double dt, float direction, float speed) {
 153 #if 0
 154     sgMat4 T1, LON, LAT;
 155     sgVec3 axis;
 156
 157     sgMakeTransMat4( T1, p );
 158
 159     sgSetVec3( axis, 0.0, 0.0, 1.0 );
 160     sgMakeRotMat4( LON, lon * SGD_RADIANS_TO_DEGREES, axis );
 161
 162     sgSetVec3( axis, 0.0, 1.0, 0.0 );
 163     sgMakeRotMat4( LAT, 90.0 - lat * SGD_RADIANS_TO_DEGREES, axis );
 164
 165     sgMat4 TRANSFORM;
 166
 167     sgCopyMat4( TRANSFORM, T1 );
 168     sgPreMultMat4( TRANSFORM, LON );
 169     sgPreMultMat4( TRANSFORM, LAT );
 170
 171     sgCoord layerpos;
 172     sgSetCoord( &layerpos, TRANSFORM );
 173
 174         sgMakeCoordMat4( transform, &layerpos );
 175
 176
 177         this->alt = alt;
 178
 179         // simulate clouds movement from wind
 180     double sp_dist = speed*dt;
 181     if (sp_dist > 0) {
 182         double bx = cos((180.0-direction) * SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * sp_dist;
 183         double by = sin((180.0-direction) * SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * sp_dist;
 184                 relative_position[SG_X] += bx;
 185                 relative_position[SG_Y] += by;
 186     }
 187
 188     if ( lon != last_lon || lat != last_lat || sp_dist != 0 ) {
 189         Point3D start( last_lon, last_lat, 0.0 );
 190         Point3D dest( lon, lat, 0.0 );
 191         double course = 0.0, dist = 0.0;
 192
 193         calc_gc_course_dist( dest, start, &course, &dist );
 194         // if start and dest are too close together,
 195         // calc_gc_course_dist() can return a course of "nan".  If
 196         // this happens, lets just use the last known good course.
 197         // This is a hack, and it would probably be better to make
 198         // calc_gc_course_dist() more robust.
 199         if ( isnan(course) ) {
 200             course = last_course;
 201         } else {
 202             last_course = course;
 203         }
 204
 205         // calculate cloud movement due to external forces
 206         double ax = 0.0, ay = 0.0;
 207
 208         if (dist > 0.0) {
 209             ax = cos(course) * dist;
 210             ay = sin(course) * dist;
 211         }
 212
 213                 deltax += ax;
 214                 deltay += ay;
 215
 216         last_lon = lon;
 217         last_lat = lat;
 218     }
 219
 220
 221         // correct the frustum with the right far plane
 222         ssgContext *context = ssgGetCurrentContext();
 223         frustum = *context->getFrustum();
 224
 225         float w, h;
 226         sgEnviro.getFOV( w, h );
 227         frustum.setFOV( w, h );
 228         frustum.setNearFar(1.0, CloudVis);
 229         timer_dt = dt;
 230 #endif
 231 }
 232
 233 SGCloudField::SGCloudField() :
 234         deltax(0.0),
 235         deltay(0.0),
 236         last_course(0.0),
 237         last_density(0.0),
 238         draw_in_3d(true)
 239 {
 240 #if 0
 241         sgSetVec3( relative_position, 0,0,0);
 242         theField.reserve(200);
 243         inViewClouds.reserve(200);
 244         sg_srandom_time_10();
 245 #else
 246         draw_in_3d = false;
 247 #endif
 248 }
 249
 250 SGCloudField::~SGCloudField() {
 251 #if 0
 252         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 253         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 254                 delete iCloud->aCloud;
 255         }
 256         theField.clear();
 257 #endif
 258 }
 259
 260
 261 void SGCloudField::clear(void) {
 262 #if 0
 263         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 264         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 265                 delete iCloud->aCloud;
 266         }
 267         theField.clear();
 268         // force a recompute of density on first redraw
 269         last_density = 0.0;
 270         // true to come back in set density after layer is built
 271         draw_in_3d = true;
 272 #endif
 273 }
 274
 275 // use a table or else we see poping when moving the slider...
 276 static int densTable[][10] = {
 277         {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
 278         {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
 279         {1,0,0,0,1,0,0,0,0,0},
 280         {1,0,0,0,1,0,0,1,0,0}, // 30%
 281         {1,0,1,0,1,0,0,1,0,0},
 282         {1,0,1,0,1,0,1,1,0,0}, // 50%
 283         {1,0,1,0,1,0,1,1,0,1},
 284         {1,0,1,1,1,0,1,1,0,1}, // 70%
 285         {1,1,1,1,1,0,1,1,0,1},
 286         {1,1,1,1,1,0,1,1,1,1}, // 90%
 287         {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}
 288 };
 289
 290 // set the visible flag depending on density
 291 void SGCloudField::applyDensity(void) {
 292 #if 0
 293         int row = (int) (density / 10.0);
 294         int col = 0;
 295     sgBox fieldBox;
 296
 297         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 298         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 299                 if(++col > 9)
 300                         col = 0;
 301                 if( densTable[row][col] ) {
 302                         iCloud->visible = true;
 303             fieldBox.extend( *iCloud->aCloud->getCenter() );
 304                 } else
 305                         iCloud->visible = false;
 306         }
 307         last_density = density;
 308         draw_in_3d = ( theField.size() != 0);
 309     sgVec3 center;
 310     sgSubVec3( center, fieldBox.getMax(), fieldBox.getMin() );
 311     sgScaleVec3( center, 0.5f );
 312     center[1] = 0.0f;
 313     field_sphere.setCenter( center );
 314     field_sphere.setRadius( fieldSize * 0.5f * 1.414f );
 315 #endif
 316 }
 317
 318 // add one cloud, data is not copied, ownership given
 319 void SGCloudField::addCloud( sgVec3 pos, SGNewCloud *cloud) {
 320 #if 0
 321         Cloud cl;
 322         cl.aCloud = cloud;
 323         cl.visible = true;
 324         cloud->SetPos( pos );
 325         sgCopyVec3( cl.pos, *cloud->getCenter() );
 326         theField.push_back( cl );
 327 #endif
 328 }
 329
 330
 331 static float Rnd(float n) {
 332         return n * (-0.5f + sg_random());
 333 }
 334
 335 // for debug only
 336 // build a field of cloud of size 25x25 km, its a grid of 11x11 clouds
 337 void SGCloudField::buildTestLayer(void) {
 338 #if 0
 339         const float s = 2250.0f;
 340
 341         for( int z = -5 ; z <= 5 ; z++) {
 342                 for( int x = -5 ; x <= 5 ; x++ ) {
 343                         SGNewCloud *cloud = new SGNewCloud(SGNewCloud::CLFamilly_cu);
 344                         cloud->new_cu();
 345                         sgVec3 pos = {(x+Rnd(0.7)) * s, 750.0f, (z+Rnd(0.7)) * s};
 346             addCloud(pos, cloud);
 347                 }
 348         }
 349         applyDensity();
 350 #endif
 351 }
 352
 353 // cull all clouds of a tiled field
 354 void SGCloudField::cullClouds(sgVec3 eyePos, sgMat4 mat) {
 355 #if 0
 356         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 357
 358     sgSphere tile_sphere;
 359     tile_sphere.setRadius( field_sphere.getRadius() );
 360     sgVec3 tile_center;
 361     sgSubVec3( tile_center, field_sphere.getCenter(), eyePos );
 362     tile_sphere.setCenter( tile_center );
 363     tile_sphere.orthoXform(mat);
 364     if( frustum.contains( & tile_sphere ) == SG_OUTSIDE )
 365         return;
 366
 367         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 368                 sgVec3 dist;
 369                 sgSphere sphere;
 370                 if( ! iCloud->visible )
 371                         continue;
 372                 sgSubVec3( dist, iCloud->pos, eyePos );
 373                 sphere.setCenter(dist[0], dist[2], dist[1] + eyePos[1]);
 374                 float radius = iCloud->aCloud->getRadius();
 375                 sphere.setRadius(radius);
 376                 sphere.orthoXform(mat);
 377                 if( frustum.contains( & sphere ) != SG_OUTSIDE ) {
 378                         float squareDist = dist[0]*dist[0] + dist[1]*dist[1] + dist[2]*dist[2];
 379                         culledCloud tmp;
 380                         tmp.aCloud = iCloud->aCloud;
 381                         sgCopyVec3( tmp.eyePos, eyePos );
 382                         // save distance for later sort, opposite distance because we want back to front
 383                         tmp.dist   =  - squareDist;
 384                         tmp.heading = -SG_PI/2.0 - atan2( dist[0], dist[2] ); // + SG_PI;
 385                         tmp.alt         = iCloud->pos[1];
 386                         inViewClouds.push_back(tmp);
 387                         if( squareDist - radius*radius < 100*100 )
 388                                 sgEnviro.set_view_in_cloud(true);
 389                 }
 390         }
 391 #endif
 392 }
 393
 394
 395 // Render a cloud field
 396 // because no field can have an infinite size (and we don't want to reach his border)
 397 // we draw this field and adjacent fields.
 398 // adjacent fields are not real, its the same field displaced by some offset
 399 void SGCloudField::Render(void) {
 400 #if 0
 401     sgVec3 eyePos;
 402         double relx, rely;
 403
 404         if( ! enable3D )
 405                 return;
 406
 407         if( last_density != density ) {
 408                 last_density = density;
 409                 applyDensity();
 410         }
 411
 412         if( ! draw_in_3d )
 413                 return;
 414
 415         if( ! SGNewCloud::cldCache->isRttAvailable() )
 416                 return;
 417
 418         inViewClouds.clear();
 419
 420
 421         glPushMatrix();
 422
 423         sgMat4 modelview, tmp, invtrans;
 424
 425         // try to find the sun position
 426         sgTransposeNegateMat4( invtrans, transform );
 427     sgVec3 lightVec;
 428     ssgGetLight( 0 )->getPosition( lightVec );
 429     sgXformVec3( lightVec, invtrans );
 430
 431         sgSetVec3(  SGNewCloud::modelSunDir, lightVec[0], lightVec[2], lightVec[1]);
 432         // try to find the lighting data (not accurate)
 433         sgVec4 diffuse, ambient;
 434         ssgGetLight( 0 )->getColour( GL_DIFFUSE, diffuse );
 435         ssgGetLight( 0 )->getColour( GL_AMBIENT, ambient );
 436 //      sgScaleVec3 ( SGNewCloud::sunlight, diffuse , 1.0f);
 437         sgScaleVec3 ( SGNewCloud::ambLight, ambient , 1.1f);
 438         // trying something else : clouds are more yellow/red at dawn/dusk
 439         // and added a bit of blue ambient
 440     float *sun_color = thesky->get_sun_color();
 441         sgScaleVec3 ( SGNewCloud::sunlight, sun_color , 0.4f);
 442         SGNewCloud::ambLight[2] += 0.1f;
 443
 444         sgVec3 delta_light;
 445         sgSubVec3(delta_light, last_sunlight, SGNewCloud::sunlight);
 446         if( (fabs(delta_light[0]) + fabs(delta_light[1]) + fabs(delta_light[2])) > 0.05f ) {
 447                 sgCopyVec3( last_sunlight, SGNewCloud::sunlight );
 448                 // force the redraw of all the impostors
 449                 SGNewCloud::cldCache->invalidateCache();
 450         }
 451
 452         // voodoo things on the matrix stack
 453     ssgGetModelviewMatrix( modelview );
 454         sgCopyMat4( tmp, transform );
 455     sgPostMultMat4( tmp, modelview );
 456
 457         // cloud fields are tiled on the flat earth
 458         // compute the position in the tile
 459         relx = fmod( deltax + relative_position[SG_X], fieldSize );
 460         rely = fmod( deltay + relative_position[SG_Y], fieldSize );
 461
 462         relx = fmod( relx + fieldSize, fieldSize );
 463         rely = fmod( rely + fieldSize, fieldSize );
 464         sgSetVec3( eyePos, relx, alt, rely);
 465
 466         sgSetVec3( view_X, tmp[0][0], tmp[1][0], tmp[2][0] );
 467         sgSetVec3( view_Y, tmp[0][1], tmp[1][1], tmp[2][1] );
 468         sgSetVec3( view_vec, tmp[0][2], tmp[1][2], tmp[2][2] );
 469
 470     ssgLoadModelviewMatrix( tmp );
 471
 472 /* flat earth
 473
 474         ^
 475         |
 476         |    FFF
 477         |    FoF
 478         |    FFF
 479         |
 480         O----------->
 481                 o = we are here
 482                 F = adjacent fields
 483 */
 484
 485         for(int x = -1 ; x <= 1 ; x++)
 486                 for(int y = -1 ; y <= 1 ; y++ ) {
 487                         sgVec3 fieldPos;
 488                         // pretend we are not where we are
 489                         sgSetVec3(fieldPos, eyePos[0] + x*fieldSize, eyePos[1], eyePos[2] + y*fieldSize);
 490                         cullClouds(fieldPos, tmp);
 491                 }
 492         // sort all visible clouds back to front (because of transparency)
 493         std::sort( inViewClouds.begin(), inViewClouds.end() );
 494
 495         // TODO:push states
 496         glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
 497     glEnable(GL_ALPHA_TEST);
 498     glAlphaFunc(GL_GREATER, 0.0f);
 499         glDisable(GL_CULL_FACE);
 500         glEnable(GL_DEPTH_TEST);
 501         glDepthMask( GL_FALSE );
 502         glEnable(GL_SMOOTH);
 503     glEnable(GL_BLEND);
 504         glBlendFunc( GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA );
 505         glEnable( GL_TEXTURE_2D );
 506         glDisable( GL_FOG );
 507     glDisable(GL_LIGHTING);
 508
 509         // test data: field = 11x11 cloud, 9 fields
 510         // depending on position and view direction, perhaps 40 to 60 clouds not culled
 511         list_of_culledCloud::iterator iCloud;
 512         for( iCloud = inViewClouds.begin() ; iCloud != inViewClouds.end() ; iCloud++ ) {
 513 //              iCloud->aCloud->drawContainers();
 514                 iCloud->aCloud->Render(iCloud->eyePos);
 515                 sgEnviro.callback_cloud(iCloud->heading, iCloud->alt,
 516                         iCloud->aCloud->getRadius(), iCloud->aCloud->getFamilly(), - iCloud->dist, iCloud->aCloud->getId());
 517         }
 518
 519         glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
 520     glBlendFunc ( GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA ) ;
 521         glEnable( GL_FOG );
 522         glEnable(GL_CULL_FACE);
 523         glEnable(GL_DEPTH_TEST);
 524
 525         ssgLoadModelviewMatrix( modelview );
 526
 527         glPopMatrix();
 528 #endif
 529 }