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 <plib/ssg.h>
  31 #include <simgear/math/sg_random.h>
  32 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  33 #include <simgear/math/polar3d.hxx>
  34
  35 #include STL_ALGORITHM
  36 #include <vector>
  37
  38 SG_USING_STD(vector);
  39
  40 #include <simgear/environment/visual_enviro.hxx>
  41 #include "sky.hxx"
  42 #include "newcloud.hxx"
  43 #include "cloudfield.hxx"
  44
  45 #if defined(__MINGW32__)
  46 #define isnan(x) _isnan(x)
  47 #endif
  48
  49 #if defined (__FreeBSD__)
  50 #  if __FreeBSD_version < 500000
  51      extern "C" {
  52        inline int isnan(double r) { return !(r <= 0 || r >= 0); }
  53      }
  54 #  endif
  55 #endif
  56
  57
  58 #if defined (__CYGWIN__)
  59 #include <ieeefp.h>
  60 #endif
  61
  62 extern SGSky *thesky;
  63
  64 static list_of_culledCloud inViewClouds;
  65
  66 // visibility distance for clouds in meters
  67 float SGCloudField::CloudVis = 25000.0f;
  68 bool SGCloudField::enable3D = false;
  69 // fieldSize must be > CloudVis or we can destroy the impostor cache
  70 // a cloud must only be seen once or the impostor will be generated for each of his positions
  71 double SGCloudField::fieldSize = 50000.0;
  72 float SGCloudField::density = 100.0;
  73 double SGCloudField::timer_dt = 0.0;
  74 sgVec3 SGCloudField::view_vec, SGCloudField::view_X, SGCloudField::view_Y;
  75
  76 static int last_cache_size = 1*1024;
  77 static int cacheResolution = 64;
  78 static sgVec3 last_sunlight={0.0f, 0.0f, 0.0f};
  79
  80 int SGCloudField::get_CacheResolution(void) {
  81 #if 0
  82         return cacheResolution;
  83 #endif
  84         return 0;
  85 }
  86
  87 void SGCloudField::set_CacheResolution(int resolutionPixels) {
  88 #if 0
  89         if(cacheResolution == resolutionPixels)
  90                 return;
  91         cacheResolution = resolutionPixels;
  92         if(enable3D) {
  93                 int count = last_cache_size * 1024 / (cacheResolution * cacheResolution * 4);
  94                 if(count == 0)
  95                         count = 1;
  96                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(count, cacheResolution);
  97         }
  98 #endif
  99 }
 100
 101 int SGCloudField::get_CacheSize(void) {
 102 #if 0
 103         return SGNewCloud::cldCache->queryCacheSize();
 104 #endif
 105         return 0;
 106 }
 107
 108 void SGCloudField::set_CacheSize(int sizeKb) {
 109 #if 0
 110         // apply in rendering option dialog
 111         if(last_cache_size == sizeKb)
 112                 return;
 113         if(sizeKb == 0)
 114                 return;
 115         if(sizeKb)
 116                 last_cache_size = sizeKb;
 117         if(enable3D) {
 118                 int count = last_cache_size * 1024 / (cacheResolution * cacheResolution * 4);
 119                 if(count == 0)
 120                         count = 1;
 121                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(count, cacheResolution);
 122         }
 123 #endif
 124 }
 125 void SGCloudField::set_CloudVis(float distance) {
 126 #if 0
 127         if( distance <= fieldSize )
 128                 SGCloudField::CloudVis = distance;
 129 #endif
 130 }
 131 void SGCloudField::set_density(float density) {
 132 #if 0
 133         SGCloudField::density = density;
 134 #endif
 135 }
 136 void SGCloudField::set_enable3dClouds(bool enable) {
 137 #if 0
 138         if(enable3D == enable)
 139                 return;
 140         enable3D = enable;
 141         if(enable) {
 142                 int count = last_cache_size * 1024 / (cacheResolution * cacheResolution * 4);
 143                 if(count == 0)
 144                         count = 1;
 145                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(count, cacheResolution);
 146         } else {
 147                 SGNewCloud::cldCache->setCacheSize(0);
 148         }
 149 #endif
 150 }
 151
 152 // reposition the cloud layer at the specified origin and orientation
 153 void SGCloudField::reposition( sgVec3 p, sgVec3 up, double lon, double lat, double alt, double dt, float direction, float speed) {
 154 #if 0
 155     sgMat4 T1, LON, LAT;
 156     sgVec3 axis;
 157
 158     sgMakeTransMat4( T1, p );
 159
 160     sgSetVec3( axis, 0.0, 0.0, 1.0 );
 161     sgMakeRotMat4( LON, lon * SGD_RADIANS_TO_DEGREES, axis );
 162
 163     sgSetVec3( axis, 0.0, 1.0, 0.0 );
 164     sgMakeRotMat4( LAT, 90.0 - lat * SGD_RADIANS_TO_DEGREES, axis );
 165
 166     sgMat4 TRANSFORM;
 167
 168     sgCopyMat4( TRANSFORM, T1 );
 169     sgPreMultMat4( TRANSFORM, LON );
 170     sgPreMultMat4( TRANSFORM, LAT );
 171
 172     sgCoord layerpos;
 173     sgSetCoord( &layerpos, TRANSFORM );
 174
 175         sgMakeCoordMat4( transform, &layerpos );
 176
 177
 178         this->alt = alt;
 179
 180         // simulate clouds movement from wind
 181     double sp_dist = speed*dt;
 182     if (sp_dist > 0) {
 183         double bx = cos((180.0-direction) * SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * sp_dist;
 184         double by = sin((180.0-direction) * SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * sp_dist;
 185                 relative_position[SG_X] += bx;
 186                 relative_position[SG_Y] += by;
 187     }
 188
 189     if ( lon != last_lon || lat != last_lat || sp_dist != 0 ) {
 190         Point3D start( last_lon, last_lat, 0.0 );
 191         Point3D dest( lon, lat, 0.0 );
 192         double course = 0.0, dist = 0.0;
 193
 194         calc_gc_course_dist( dest, start, &course, &dist );
 195         // if start and dest are too close together,
 196         // calc_gc_course_dist() can return a course of "nan".  If
 197         // this happens, lets just use the last known good course.
 198         // This is a hack, and it would probably be better to make
 199         // calc_gc_course_dist() more robust.
 200         if ( isnan(course) ) {
 201             course = last_course;
 202         } else {
 203             last_course = course;
 204         }
 205
 206         // calculate cloud movement due to external forces
 207         double ax = 0.0, ay = 0.0;
 208
 209         if (dist > 0.0) {
 210             ax = cos(course) * dist;
 211             ay = sin(course) * dist;
 212         }
 213
 214                 deltax += ax;
 215                 deltay += ay;
 216
 217         last_lon = lon;
 218         last_lat = lat;
 219     }
 220
 221
 222         // correct the frustum with the right far plane
 223         ssgContext *context = ssgGetCurrentContext();
 224         frustum = *context->getFrustum();
 225
 226         float w, h;
 227         sgEnviro.getFOV( w, h );
 228         frustum.setFOV( w, h );
 229         frustum.setNearFar(1.0, CloudVis);
 230         timer_dt = dt;
 231 #endif
 232 }
 233
 234 SGCloudField::SGCloudField() :
 235         deltax(0.0),
 236         deltay(0.0),
 237         last_course(0.0),
 238         last_density(0.0),
 239         draw_in_3d(true)
 240 {
 241 #if 0
 242         sgSetVec3( relative_position, 0,0,0);
 243         theField.reserve(200);
 244         inViewClouds.reserve(200);
 245         sg_srandom_time_10();
 246 #else
 247         draw_in_3d = false;
 248 #endif
 249 }
 250
 251 SGCloudField::~SGCloudField() {
 252 #if 0
 253         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 254         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 255                 delete iCloud->aCloud;
 256         }
 257         theField.clear();
 258 #endif
 259 }
 260
 261
 262 void SGCloudField::clear(void) {
 263 #if 0
 264         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 265         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 266                 delete iCloud->aCloud;
 267         }
 268         theField.clear();
 269         // force a recompute of density on first redraw
 270         last_density = 0.0;
 271         // true to come back in set density after layer is built
 272         draw_in_3d = true;
 273 #endif
 274 }
 275
 276 // use a table or else we see poping when moving the slider...
 277 static int densTable[][10] = {
 278         {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
 279         {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
 280         {1,0,0,0,1,0,0,0,0,0},
 281         {1,0,0,0,1,0,0,1,0,0}, // 30%
 282         {1,0,1,0,1,0,0,1,0,0},
 283         {1,0,1,0,1,0,1,1,0,0}, // 50%
 284         {1,0,1,0,1,0,1,1,0,1},
 285         {1,0,1,1,1,0,1,1,0,1}, // 70%
 286         {1,1,1,1,1,0,1,1,0,1},
 287         {1,1,1,1,1,0,1,1,1,1}, // 90%
 288         {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}
 289 };
 290
 291 // set the visible flag depending on density
 292 void SGCloudField::applyDensity(void) {
 293 #if 0
 294         int row = (int) (density / 10.0);
 295         int col = 0;
 296     sgBox fieldBox;
 297
 298         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 299         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 300                 if(++col > 9)
 301                         col = 0;
 302                 if( densTable[row][col] ) {
 303                         iCloud->visible = true;
 304             fieldBox.extend( *iCloud->aCloud->getCenter() );
 305                 } else
 306                         iCloud->visible = false;
 307         }
 308         last_density = density;
 309         draw_in_3d = ( theField.size() != 0);
 310     sgVec3 center;
 311     sgSubVec3( center, fieldBox.getMax(), fieldBox.getMin() );
 312     sgScaleVec3( center, 0.5f );
 313     center[1] = 0.0f;
 314     field_sphere.setCenter( center );
 315     field_sphere.setRadius( fieldSize * 0.5f * 1.414f );
 316 #endif
 317 }
 318
 319 // add one cloud, data is not copied, ownership given
 320 void SGCloudField::addCloud( sgVec3 pos, SGNewCloud *cloud) {
 321 #if 0
 322         Cloud cl;
 323         cl.aCloud = cloud;
 324         cl.visible = true;
 325         cloud->SetPos( pos );
 326         sgCopyVec3( cl.pos, *cloud->getCenter() );
 327         theField.push_back( cl );
 328 #endif
 329 }
 330
 331
 332 static float Rnd(float n) {
 333         return n * (-0.5f + sg_random());
 334 }
 335
 336 // for debug only
 337 // build a field of cloud of size 25x25 km, its a grid of 11x11 clouds
 338 void SGCloudField::buildTestLayer(void) {
 339 #if 0
 340         const float s = 2250.0f;
 341
 342         for( int z = -5 ; z <= 5 ; z++) {
 343                 for( int x = -5 ; x <= 5 ; x++ ) {
 344                         SGNewCloud *cloud = new SGNewCloud(SGNewCloud::CLFamilly_cu);
 345                         cloud->new_cu();
 346                         sgVec3 pos = {(x+Rnd(0.7)) * s, 750.0f, (z+Rnd(0.7)) * s};
 347             addCloud(pos, cloud);
 348                 }
 349         }
 350         applyDensity();
 351 #endif
 352 }
 353
 354 // cull all clouds of a tiled field
 355 void SGCloudField::cullClouds(sgVec3 eyePos, sgMat4 mat) {
 356 #if 0
 357         list_of_Cloud::iterator iCloud;
 358
 359     sgSphere tile_sphere;
 360     tile_sphere.setRadius( field_sphere.getRadius() );
 361     sgVec3 tile_center;
 362     sgSubVec3( tile_center, field_sphere.getCenter(), eyePos );
 363     tile_sphere.setCenter( tile_center );
 364     tile_sphere.orthoXform(mat);
 365     if( frustum.contains( & tile_sphere ) == SG_OUTSIDE )
 366         return;
 367
 368         for( iCloud = theField.begin() ; iCloud != theField.end() ; iCloud++ ) {
 369                 sgVec3 dist;
 370                 sgSphere sphere;
 371                 if( ! iCloud->visible )
 372                         continue;
 373                 sgSubVec3( dist, iCloud->pos, eyePos );
 374                 sphere.setCenter(dist[0], dist[2], dist[1] + eyePos[1]);
 375                 float radius = iCloud->aCloud->getRadius();
 376                 sphere.setRadius(radius);
 377                 sphere.orthoXform(mat);
 378                 if( frustum.contains( & sphere ) != SG_OUTSIDE ) {
 379                         float squareDist = dist[0]*dist[0] + dist[1]*dist[1] + dist[2]*dist[2];
 380                         culledCloud tmp;
 381                         tmp.aCloud = iCloud->aCloud;
 382                         sgCopyVec3( tmp.eyePos, eyePos );
 383                         // save distance for later sort, opposite distance because we want back to front
 384                         tmp.dist   =  - squareDist;
 385                         tmp.heading = -SG_PI/2.0 - atan2( dist[0], dist[2] ); // + SG_PI;
 386                         tmp.alt         = iCloud->pos[1];
 387                         inViewClouds.push_back(tmp);
 388                         if( squareDist - radius*radius < 100*100 )
 389                                 sgEnviro.set_view_in_cloud(true);
 390                 }
 391         }
 392 #endif
 393 }
 394
 395
 396 // Render a cloud field
 397 // because no field can have an infinite size (and we don't want to reach his border)
 398 // we draw this field and adjacent fields.
 399 // adjacent fields are not real, its the same field displaced by some offset
 400 void SGCloudField::Render(void) {
 401 #if 0
 402     sgVec3 eyePos;
 403         double relx, rely;
 404
 405         if( ! enable3D )
 406                 return;
 407
 408         if( last_density != density ) {
 409                 last_density = density;
 410                 applyDensity();
 411         }
 412
 413         if( ! draw_in_3d )
 414                 return;
 415
 416         if( ! SGNewCloud::cldCache->isRttAvailable() )
 417                 return;
 418
 419         inViewClouds.clear();
 420
 421
 422         glPushMatrix();
 423
 424         sgMat4 modelview, tmp, invtrans;
 425
 426         // try to find the sun position
 427         sgTransposeNegateMat4( invtrans, transform );
 428     sgVec3 lightVec;
 429     ssgGetLight( 0 )->getPosition( lightVec );
 430     sgXformVec3( lightVec, invtrans );
 431
 432         sgSetVec3(  SGNewCloud::modelSunDir, lightVec[0], lightVec[2], lightVec[1]);
 433         // try to find the lighting data (not accurate)
 434         sgVec4 diffuse, ambient;
 435         ssgGetLight( 0 )->getColour( GL_DIFFUSE, diffuse );
 436         ssgGetLight( 0 )->getColour( GL_AMBIENT, ambient );
 437 //      sgScaleVec3 ( SGNewCloud::sunlight, diffuse , 1.0f);
 438         sgScaleVec3 ( SGNewCloud::ambLight, ambient , 1.1f);
 439         // trying something else : clouds are more yellow/red at dawn/dusk
 440         // and added a bit of blue ambient
 441     float *sun_color = thesky->get_sun_color();
 442         sgScaleVec3 ( SGNewCloud::sunlight, sun_color , 0.4f);
 443         SGNewCloud::ambLight[2] += 0.1f;
 444
 445         sgVec3 delta_light;
 446         sgSubVec3(delta_light, last_sunlight, SGNewCloud::sunlight);
 447         if( (fabs(delta_light[0]) + fabs(delta_light[1]) + fabs(delta_light[2])) > 0.05f ) {
 448                 sgCopyVec3( last_sunlight, SGNewCloud::sunlight );
 449                 // force the redraw of all the impostors
 450                 SGNewCloud::cldCache->invalidateCache();
 451         }
 452
 453         // voodoo things on the matrix stack
 454     ssgGetModelviewMatrix( modelview );
 455         sgCopyMat4( tmp, transform );
 456     sgPostMultMat4( tmp, modelview );
 457
 458         // cloud fields are tiled on the flat earth
 459         // compute the position in the tile
 460         relx = fmod( deltax + relative_position[SG_X], fieldSize );
 461         rely = fmod( deltay + relative_position[SG_Y], fieldSize );
 462
 463         relx = fmod( relx + fieldSize, fieldSize );
 464         rely = fmod( rely + fieldSize, fieldSize );
 465         sgSetVec3( eyePos, relx, alt, rely);
 466
 467         sgSetVec3( view_X, tmp[0][0], tmp[1][0], tmp[2][0] );
 468         sgSetVec3( view_Y, tmp[0][1], tmp[1][1], tmp[2][1] );
 469         sgSetVec3( view_vec, tmp[0][2], tmp[1][2], tmp[2][2] );
 470
 471     ssgLoadModelviewMatrix( tmp );
 472
 473 /* flat earth
 474
 475         ^
 476         |
 477         |    FFF
 478         |    FoF
 479         |    FFF
 480         |
 481         O----------->
 482                 o = we are here
 483                 F = adjacent fields
 484 */
 485
 486         for(int x = -1 ; x <= 1 ; x++)
 487                 for(int y = -1 ; y <= 1 ; y++ ) {
 488                         sgVec3 fieldPos;
 489                         // pretend we are not where we are
 490                         sgSetVec3(fieldPos, eyePos[0] + x*fieldSize, eyePos[1], eyePos[2] + y*fieldSize);
 491                         cullClouds(fieldPos, tmp);
 492                 }
 493         // sort all visible clouds back to front (because of transparency)
 494         std::sort( inViewClouds.begin(), inViewClouds.end() );
 495
 496         // TODO:push states
 497         glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
 498     glEnable(GL_ALPHA_TEST);
 499     glAlphaFunc(GL_GREATER, 0.0f);
 500         glDisable(GL_CULL_FACE);
 501         glEnable(GL_DEPTH_TEST);
 502         glDepthMask( GL_FALSE );
 503         glEnable(GL_SMOOTH);
 504     glEnable(GL_BLEND);
 505         glBlendFunc( GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA );
 506         glEnable( GL_TEXTURE_2D );
 507         glDisable( GL_FOG );
 508     glDisable(GL_LIGHTING);
 509
 510         // test data: field = 11x11 cloud, 9 fields
 511         // depending on position and view direction, perhaps 40 to 60 clouds not culled
 512         list_of_culledCloud::iterator iCloud;
 513         for( iCloud = inViewClouds.begin() ; iCloud != inViewClouds.end() ; iCloud++ ) {
 514 //              iCloud->aCloud->drawContainers();
 515                 iCloud->aCloud->Render(iCloud->eyePos);
 516                 sgEnviro.callback_cloud(iCloud->heading, iCloud->alt,
 517                         iCloud->aCloud->getRadius(), iCloud->aCloud->getFamilly(), - iCloud->dist, iCloud->aCloud->getId());
 518         }
 519
 520         glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
 521     glBlendFunc ( GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA ) ;
 522         glEnable( GL_FOG );
 523         glEnable(GL_CULL_FACE);
 524         glEnable(GL_DEPTH_TEST);
 525
 526         ssgLoadModelviewMatrix( modelview );
 527
 528         glPopMatrix();
 529 #endif
 530 }