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     osg::Vec3f alt = orient * osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, (float) asl);
  91     altitude_transform->setPosition(alt);
  92
  93     // Similarly, always determine the effects of the wind
  94     osg::Vec3f wind = osg::Vec3f(-cos((direction + 180)* SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * speed * dt,
  95                                  sin((direction + 180)* SGD_DEGREES_TO_RADIANS) * speed * dt,
  96                                  0.0f);
  97     //cout << "Wind: " << direction << "@" << speed << "\n";
  98
  99     osg::Vec3f windosg = field_transform->getAttitude() * wind;
 100     field_transform->setPosition(field_transform->getPosition() + windosg);
 101
 102     if (!wrap) {
 103         // If we're not wrapping the cloudfield, then we make no effort to reposition
 104         return false;
 105         }
 106
 107     if ((old_pos - osg_pos).length() > fieldSize*2) {
 108         // Big movement - reposition centered to current location.
 109         field_transform->setPosition(osg_pos);
 110         field_transform->setAttitude(orient);
 111         old_pos = osg_pos;
 112     } else {
 113         // delta is the vector from the old position to the new position in cloud-coords
 114         osg::Vec3f delta = field_transform->getAttitude().inverse() * (osg_pos - old_pos);
 115         //cout << "Delta: " << delta.length() << "\n";
 116
 117         for (unsigned int i = 0; i < placed_root->getNumChildren(); i++) {
 118             osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode1 = (osg::LOD*) placed_root->getChild(i);
 119             osg::Vec3f v = delta - lodnode1->getCenter();
 120
 121             if ((v.x() < -0.5*fieldSize) ||
 122                 (v.x() >  0.5*fieldSize) ||
 123                 (v.y() < -0.5*fieldSize) ||
 124                 (v.y() >  0.5*fieldSize)   )  {
 125                 //cout << "V: " << v.x() << ", " << v.y() << "\n";
 126
 127                 osg::Vec3f shift = osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 128                 if (v.x() > 0.5*fieldSize) { shift += osg::Vec3f(fieldSize, 0.0f, 0.0f); }
 129                 if (v.x() < -0.5*fieldSize) { shift -= osg::Vec3f(fieldSize, 0.0f, 0.0f); }
 130
 131                 if (v.y() > 0.5*fieldSize) { shift += osg::Vec3f(0.0f, fieldSize, 0.0f); }
 132                 if (v.y() < -0.5*fieldSize) { shift -= osg::Vec3f(0.0f, fieldSize, 0.0f); }
 133
 134                 //cout << "Shift: " << shift.x() << ", " << shift.y() << "\n\n";
 135
 136                 for (unsigned int j = 0; j < lodnode1->getNumChildren(); j++) {
 137                     osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode2 = (osg::LOD*) lodnode1->getChild(j);
 138                     for (unsigned int k = 0; k < lodnode2->getNumChildren(); k++) {
 139                         osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> pat =(osg::PositionAttitudeTransform*) lodnode2->getChild(k);
 140                         pat->setPosition(pat->getPosition() + shift);
 141                     }
 142         }
 143         }
 144         }
 145     }
 146
 147     // Render the clouds in order from farthest away layer to nearest one.
 148     field_root->getStateSet()->setRenderBinDetails(CLOUDS_BIN, "DepthSortedBin");
 149     return true;
 150 }
 151
 152 SGCloudField::SGCloudField() :
 153         field_root(new osg::Group),
 154         field_transform(new osg::PositionAttitudeTransform),
 155         altitude_transform(new osg::PositionAttitudeTransform)
 156 {
 157     old_pos = osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 158     field_root->addChild(field_transform.get());
 159     field_root->setName("3D Cloud field root");
 160     osg::StateSet *rootSet = field_root->getOrCreateStateSet();
 161     rootSet->setRenderBinDetails(CLOUDS_BIN, "DepthSortedBin");
 162     rootSet->setAttributeAndModes(getFog());
 163
 164     field_transform->addChild(altitude_transform.get());
 165     placed_root = new osg::Group();
 166     altitude_transform->addChild(placed_root);
 167 }
 168
 169 SGCloudField::~SGCloudField() {
 170         }
 171
 172
 173 void SGCloudField::clear(void) {
 174
 175     for(CloudHash::const_iterator itr = cloud_hash.begin(), end = cloud_hash.end();
 176         itr != end;
 177         ++itr) {
 178         removeCloudFromTree(itr->second);
 179     }
 180
 181     cloud_hash.clear();
 182 }
 183
 184 void SGCloudField::applyVisRange(void)
 185 {
 186     for (unsigned int i = 0; i < placed_root->getNumChildren(); i++) {
 187         osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode1 = (osg::LOD*) placed_root->getChild(i);
 188         for (unsigned int j = 0; j < lodnode1->getNumChildren(); j++) {
 189             osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode2 = (osg::LOD*) lodnode1->getChild(j);
 190             for (unsigned int k = 0; k < lodnode2->getNumChildren(); k++) {
 191                 lodnode2->setRange(k, 0.0f, view_distance);
 192             }
 193         }
 194     }
 195 }
 196
 197 bool SGCloudField::addCloud(float lon, float lat, float alt, int index, osg::ref_ptr<EffectGeode> geode) {
 198   return addCloud(lon, lat, alt, 0.0f, 0.0f, index, geode);
 199         }
 200
 201 bool SGCloudField::addCloud(float lon, float lat, float alt, float x, float y, int index, osg::ref_ptr<EffectGeode> geode) {
 202     // If this cloud index already exists, don't replace it.
 203     if (cloud_hash[index]) return false;
 204
 205     osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform = new osg::PositionAttitudeTransform;
 206
 207     transform->addChild(geode.get());
 208     addCloudToTree(transform, lon, lat, alt, x, y);
 209     cloud_hash[index] = transform;
 210     return true;
 211     }
 212
 213 // Remove a give cloud from inside the tree, without removing it from the cloud hash
 214 void SGCloudField::removeCloudFromTree(osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform)
 215 {
 216     osg::ref_ptr<osg::Group> lodnode = transform->getParent(0);
 217     lodnode->removeChild(transform);
 218
 219     // Clean up the LOD nodes if required
 220     if (lodnode->getNumChildren() == 0) {
 221         osg::ref_ptr<osg::Group> lodnode1 = lodnode->getParent(0);
 222
 223         lodnode1->removeChild(lodnode);
 224
 225         if (lodnode1->getNumChildren() == 0) {
 226             placed_root->removeChild(lodnode1);
 227         }
 228     }
 229 }
 230
 231 void SGCloudField::addCloudToTree(osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform,
 232                                   float lon, float lat, float alt, float x, float y) {
 233     // Work out where this cloud should go in OSG coordinates.
 234     SGVec3<double> cart;
 235     SGGeodesy::SGGeodToCart(SGGeod::fromDegFt(lon, lat, alt), cart);
 236
 237     // Convert to the scenegraph orientation where we just rotate around
 238     // the y axis 180 degrees.
 239     osg::Quat orient = toOsg(SGQuatd::fromLonLatDeg(lon, lat) * SGQuatd::fromRealImag(0, SGVec3d(0, 1, 0)));
 240     osg::Vec3f pos = toOsg(cart) + orient * osg::Vec3f(x, y, 0.0f);
 241
 242     if (old_pos == osg::Vec3f(0.0f, 0.0f, 0.0f)) {
 243         // First se tup.
 244         SGVec3<double> fieldcenter;
 245         SGGeodesy::SGGeodToCart(SGGeod::fromDegFt(lon, lat, 0.0f), fieldcenter);
 246
 247         field_transform->setPosition(toOsg(fieldcenter));
 248         field_transform->setAttitude(orient);
 249         old_pos = toOsg(fieldcenter);
 250 }
 251
 252     pos = pos - field_transform->getPosition();
 253
 254     pos = orient.inverse() * pos;
 255
 256     // We have a two level dynamic quad tree which the cloud will be added
 257     // to. If there are no appropriate nodes in the quad tree, they are
 258     // created as required.
 259     bool found = false;
 260     osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode1;
 261     osg::ref_ptr<osg::LOD> lodnode;
 262
 263     for (unsigned int i = 0; (!found) && (i < placed_root->getNumChildren()); i++) {
 264         lodnode1 = (osg::LOD*) placed_root->getChild(i);
 265         if ((lodnode1->getCenter() - pos).length2() < RADIUS_LEVEL_1*RADIUS_LEVEL_1) {
 266             // New cloud is within RADIUS_LEVEL_1 of the center of the LOD node.
 267             //cout << "Adding cloud to existing LoD level 1 node. Distance:" << (lodnode1->getCenter() - pos).length() << "\n";
 268             found = true;
 269                         }
 270                     }
 271
 272     if (!found) {
 273         lodnode1 = new osg::LOD();
 274         placed_root->addChild(lodnode1.get());
 275         //cout << "Adding cloud to new LoD node\n";
 276                 }
 277
 278     // Now check if there is a second level LOD node at an appropriate distance
 279     found = false;
 280
 281     for (unsigned int j = 0; (!found) && (j < lodnode1->getNumChildren()); j++) {
 282         lodnode = (osg::LOD*) lodnode1->getChild(j);
 283         if ((lodnode->getCenter() - pos).length2() < RADIUS_LEVEL_2*RADIUS_LEVEL_2) {
 284             // We've found the right leaf LOD node
 285             //cout << "Found existing LOD leaf node. Distance:"<< (lodnode->getCenter() - pos).length() << "\n";
 286             found = true;
 287             }
 288         }
 289
 290     if (!found) {
 291         // No suitable leave node was found, so we need to add one.
 292         lodnode = new osg::LOD();
 293         lodnode1->addChild(lodnode, 0.0f, 4*RADIUS_LEVEL_1);
 294         //cout << "Adding cloud to new LoD node\n";
 295 }
 296
 297     transform->setPosition(pos);
 298     lodnode->addChild(transform.get(), 0.0f, view_distance);
 299
 300     lodnode->dirtyBound();
 301     lodnode1->dirtyBound();
 302     field_root->dirtyBound();
 303 }
 304
 305 bool SGCloudField::deleteCloud(int identifier) {
 306     osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform = cloud_hash[identifier];
 307     if (transform == NULL) return false;
 308
 309     removeCloudFromTree(transform);
 310     cloud_hash.erase(identifier);
 311
 312     return true;
 313 }
 314
 315 bool SGCloudField::repositionCloud(int identifier, float lon, float lat, float alt) {
 316     return repositionCloud(identifier, lon, lat, alt, 0.0f, 0.0f);
 317 }
 318
 319 bool SGCloudField::repositionCloud(int identifier, float lon, float lat, float alt, float x, float y) {
 320     osg::ref_ptr<osg::PositionAttitudeTransform> transform = cloud_hash[identifier];
 321
 322     if (transform == NULL) return false;
 323
 324     removeCloudFromTree(transform);
 325     addCloudToTree(transform, lon, lat, alt, x, y);
 326     return true;
 327     }
 328
 329 bool SGCloudField::isDefined3D(void) {
 330     return (cloud_hash.size() > 0);
 331 }
 332
 333 SGCloudField::CloudFog::CloudFog() {
 334     fog = new osg::Fog;
 335     fog->setMode(osg::Fog::EXP2);
 336     fog->setDataVariance(osg::Object::DYNAMIC);
 337 }
 338
 339 void SGCloudField::updateFog(double visibility, const osg::Vec4f& color) {
 340     const double sqrt_m_log01 = sqrt(-log(0.01));
 341     osg::Fog* fog = CloudFog::instance()->fog.get();
 342     fog->setColor(color);
 343     fog->setDensity(sqrt_m_log01 / visibility);
 344 }
 345