simgear/scene/sky/dome.cxx

   1 // dome.cxx -- model sky with an upside down "bowl"
   2 //
   3 // Written by Curtis Olson, started December 1997.
   4 // SSG-ified by Curtis Olson, February 2000.
   5 //
   6 // Copyright (C) 1997-2000  Curtis L. Olson  - http://www.flightgear.org/~curt
   7 //
   8 // This library is free software; you can redistribute it and/or
   9 // modify it under the terms of the GNU Library General Public
  10 // License as published by the Free Software Foundation; either
  11 // version 2 of the License, or (at your option) any later version.
  12 //
  13 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
  14 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16 // Library 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., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  21
  22 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  23 #  include <simgear_config.h>
  24 #endif
  25
  26 #include <math.h>
  27
  28 #include <simgear/compiler.h>
  29
  30 #include <osg/Array>
  31 #include <osg/Geode>
  32 #include <osg/Geometry>
  33 #include <osg/Node>
  34 #include <osg/Math>
  35 #include <osg/MatrixTransform>
  36 #include <osg/Material>
  37 #include <osg/ShadeModel>
  38 #include <osg/PrimitiveSet>
  39
  40 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
  41 #include <simgear/math/Math.hxx>
  42 #include <simgear/scene/util/VectorArrayAdapter.hxx>
  43
  44 #include "dome.hxx"
  45
  46 using namespace osg;
  47 using namespace simgear;
  48
  49 // proportions of max dimensions fed to the build() routine
  50 static const float center_elev = 1.0;
  51
  52 namespace
  53 {
  54 struct DomeParam
  55 {
  56     float radius;
  57     float elev;
  58 } domeParams[] = {{.5, .8660},  // 60deg from horizon
  59                   {.8660, .5},  // 30deg from horizon
  60                   // Original dome horizon vertices
  61                   {0.9701, 0.2425}, {0.9960, 0.0885},
  62                   {1.0, 0.0}, {0.9922, -0.1240}};
  63
  64 const int numRings = sizeof(domeParams) / sizeof(domeParams[0]);
  65 const int numBands = 12;
  66 }
  67
  68 static const float upper_radius = 0.9701; // (.6, 0.15)
  69 static const float upper_elev = 0.2425;
  70
  71 static const float middle_radius = 0.9960; // (.9, .08)
  72 static const float middle_elev = 0.0885;
  73
  74 static const float lower_radius = 1.0;
  75 static const float lower_elev = 0.0;
  76
  77 static const float bottom_radius = 0.9922; // (.8, -.1)
  78 static const float bottom_elev = -0.1240;
  79
  80
  81 // Constructor
  82 SGSkyDome::SGSkyDome( void ) {
  83     asl = 0;
  84 }
  85
  86
  87 // Destructor
  88 SGSkyDome::~SGSkyDome( void ) {
  89 }
  90
  91 // Generate indices for a dome mesh. Assume a center vertex at 0, then
  92 // rings of vertices. Each ring's vertices are stored together. An
  93 // even number of longitudinal bands are assumed.
  94
  95 namespace
  96 {
  97 // Calculate the index of a vertex in the grid by using its address in
  98 // the array that holds its location.
  99 struct GridIndex
 100 {
 101     VectorArrayAdapter<Vec3Array> gridAdapter;
 102     Vec3Array& grid;
 103     GridIndex(Vec3Array& array, int rowStride, int baseOffset) :
 104         gridAdapter(array, rowStride, baseOffset), grid(array)
 105     {
 106     }
 107     unsigned short operator() (int ring, int band)
 108     {
 109         return (unsigned short)(&gridAdapter(ring, band) - &grid[0]);
 110     }
 111 };
 112 }
 113 void SGSkyDome::makeDome(int rings, int bands, DrawElementsUShort& elements)
 114 {
 115     std::back_insert_iterator<DrawElementsUShort> pusher
 116         = std::back_inserter(elements);
 117     GridIndex grid(*dome_vl, numBands, 1);
 118     for (int i = 0; i < bands; i += 2) {
 119         *pusher = 0;  *pusher = grid(0, i);  *pusher = grid(0, i + 1);
 120         // down a band
 121         for (int j = 0; j < rings - 1; ++j) {
 122             *pusher = grid(j, i);  *pusher = grid(j, i + 1);
 123             *pusher = grid(j + 1, i + 1);
 124             *pusher = grid(j, i);  *pusher =  grid(j + 1, i + 1);
 125             *pusher =  grid(j + 1, i);
 126         }
 127         // and up the next one
 128         for (int j = rings - 1; j > 0; --j) {
 129             *pusher = grid(j, i + 1);  *pusher = grid(j - 1, i + 1);
 130             *pusher = grid(j, (i + 2) % bands);
 131             *pusher = grid(j, (i + 2) % bands); *pusher = grid(j - 1, i + 1);
 132             *pusher = grid(j - 1, (i + 2) % bands);
 133         }
 134         *pusher = grid(0, i + 1);  *pusher = 0;
 135         *pusher = grid(0, (i + 2) % bands);
 136     }
 137 }
 138
 139 // initialize the sky object and connect it into our scene graph
 140 osg::Node*
 141 SGSkyDome::build( double hscale, double vscale ) {
 142
 143     osg::Geode* geode = new osg::Geode;
 144
 145     // set up the state
 146     osg::StateSet* stateSet = geode->getOrCreateStateSet();
 147     stateSet->setRenderBinDetails(-10, "RenderBin");
 148
 149     osg::ShadeModel* shadeModel = new osg::ShadeModel;
 150     shadeModel->setMode(osg::ShadeModel::SMOOTH);
 151     stateSet->setAttributeAndModes(shadeModel);
 152     stateSet->setMode(GL_LIGHTING, osg::StateAttribute::OFF);
 153     stateSet->setMode(GL_FOG, osg::StateAttribute::OFF);
 154     stateSet->setMode(GL_DEPTH_TEST, osg::StateAttribute::OFF);
 155     stateSet->setMode(GL_CULL_FACE, osg::StateAttribute::OFF);
 156     stateSet->setMode(GL_BLEND, osg::StateAttribute::OFF);
 157     stateSet->setMode(GL_ALPHA_TEST, osg::StateAttribute::OFF);
 158     osg::Material* material = new osg::Material;
 159     stateSet->setAttribute(material);
 160
 161     dome_vl = new osg::Vec3Array(1 + numRings * numBands);
 162     dome_cl = new osg::Vec3Array(1 + numRings * numBands);
 163     // generate the raw vertex data
 164
 165     (*dome_vl)[0].set(0.0, 0.0, center_elev * vscale);
 166     simgear::VectorArrayAdapter<Vec3Array> vertices(*dome_vl, numBands, 1);
 167
 168     for ( int i = 0; i < numBands; ++i ) {
 169         double theta = (i * 30) * SGD_DEGREES_TO_RADIANS;
 170         double sTheta = hscale*sin(theta);
 171         double cTheta = hscale*cos(theta);
 172         for (int j = 0; j < numRings; ++j) {
 173             vertices(j, i).set(cTheta * domeParams[j].radius,
 174                                sTheta * domeParams[j].radius,
 175                                domeParams[j].elev * vscale);
 176         }
 177     }
 178
 179     DrawElementsUShort* domeElements
 180         = new osg::DrawElementsUShort(GL_TRIANGLES);
 181     makeDome(numRings, numBands, *domeElements);
 182     osg::Geometry* geom = new Geometry;
 183     geom->setName("Dome Elements");
 184     geom->setUseDisplayList(false);
 185     geom->setVertexArray(dome_vl.get());
 186     geom->setColorArray(dome_cl.get());
 187     geom->setColorBinding(osg::Geometry::BIND_PER_VERTEX);
 188     geom->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_OFF);
 189     geom->addPrimitiveSet(domeElements);
 190     geode->addDrawable(geom);
 191     // force a repaint of the sky colors with ugly defaults
 192     repaint(SGVec3f(1, 1, 1), SGVec3f(1, 1, 1), 0.0, 5000.0 );
 193     dome_transform = new osg::MatrixTransform;
 194     dome_transform->addChild(geode);
 195
 196     return dome_transform.get();
 197 }
 198
 199 static void fade_to_black(osg::Vec3 sky_color[], float asl, int count) {
 200     const float ref_asl = 10000.0f;
 201     const float d = exp( - asl / ref_asl );
 202     for(int i = 0; i < count ; i++)
 203         sky_color[i] *= d;
 204 }
 205
 206 inline void clampColor(osg::Vec3& color)
 207 {
 208     color.x() = osg::clampTo(color.x(), 0.0f, 1.0f);
 209     color.y() = osg::clampTo(color.y(), 0.0f, 1.0f);
 210     color.z() = osg::clampTo(color.z(), 0.0f, 1.0f);
 211 }
 212
 213 // repaint the sky colors based on current value of sun_angle, sky,
 214 // and fog colors.  This updates the color arrays for ssgVtxTable.
 215 // sun angle in degrees relative to verticle
 216 // 0 degrees = high noon
 217 // 90 degrees = sun rise/set
 218 // 180 degrees = darkest midnight
 219 bool
 220 SGSkyDome::repaint( const SGVec3f& sky_color, const SGVec3f& fog_color,
 221                     double sun_angle, double vis )
 222 {
 223     SGVec3f outer_param, outer_diff;
 224     SGVec3f middle_param, middle_diff;
 225
 226     // Check for sunrise/sunset condition
 227     if (sun_angle > 80) {
 228         // 0.0 - 0.4
 229         double sunAngleFactor = 10.0 - fabs(90.0 - sun_angle);
 230         static const SGVec3f outerConstant(1.0 / 20.0, 1.0 / 40.0, -1.0 / 30.0);
 231         static const SGVec3f middleConstant(1.0 / 40.0, 1.0 / 80.0, 0.0);
 232         outer_param = sunAngleFactor * outerConstant;
 233         middle_param = sunAngleFactor * middleConstant;
 234         outer_diff = (1.0 / 6.0) * outer_param;
 235         middle_diff = (1.0 / 6.0) * middle_param;
 236     } else {
 237         outer_param = SGVec3f(0, 0, 0);
 238         middle_param = SGVec3f(0, 0, 0);
 239         outer_diff = SGVec3f(0, 0, 0);
 240         middle_diff = SGVec3f(0, 0, 0);
 241     }
 242     // printf("  outer_red_param = %.2f  outer_red_diff = %.2f\n",
 243     //        outer_red_param, outer_red_diff);
 244
 245     // calculate transition colors between sky and fog
 246     SGVec3f outer_amt = outer_param;
 247     SGVec3f middle_amt = middle_param;
 248
 249     //
 250     // First, recalulate the basic colors
 251     //
 252
 253     // Magic factors for coloring the sky according visibility and
 254     // zenith angle.
 255     const double cvf = osg::clampBelow(vis, 45000.0);
 256     const double vis_factor = osg::clampTo((vis - 1000.0) / 2000.0, 0.0, 1.0);
 257     const float upperVisFactor = 1.0 - vis_factor * (0.7 + 0.3 * cvf/45000);
 258     const float middleVisFactor = 1.0 - vis_factor * (0.1 + 0.85 * cvf/45000);
 259
 260     (*dome_cl)[0] = sky_color.osg();
 261     simgear::VectorArrayAdapter<Vec3Array> colors(*dome_cl, numBands, 1);
 262     const double saif = sun_angle/SG_PI;
 263     static const SGVec3f blueShift(0.8, 1.0, 1.2);
 264     const SGVec3f skyFogDelta = sky_color - fog_color;
 265     // For now the colors of the upper two rings are linearly
 266     // interpolated between the zenith color and the first horizon
 267     // ring color.
 268
 269     for (int i = 0; i < 7; i++) {
 270         SGVec3f diff = mult(skyFogDelta, blueShift);
 271         diff *= (0.8 + saif - ((6-i)/10));
 272         colors(2, i) = (sky_color - upperVisFactor * diff).osg();
 273         colors(3, i) = (sky_color - middleVisFactor * diff + middle_amt).osg();
 274         colors(4, i) = (fog_color + outer_amt).osg();
 275         // Interpolate using distance along dome segment
 276         colors(0, i) = simgear::math::lerp(sky_color.osg(), colors(2, i), .3942);
 277         colors(1, i) = simgear::math::lerp(sky_color.osg(), colors(2, i), .7885);
 278         for (int j = 0; j < numRings - 1; ++j)
 279             clampColor(colors(j, i));
 280         outer_amt -= outer_diff;
 281         middle_amt -= middle_diff;
 282     }
 283
 284     for (int i = 7; i < 12; ++i)
 285         for (int j = 0; j < 5; ++j)
 286             colors(j, i) = colors(j, 12 - i);
 287
 288     fade_to_black(&(*dome_cl)[0], asl * center_elev, 1);
 289     for (int i = 0; i < numRings - 1; ++i)
 290         fade_to_black(&colors(i, 0), (asl+0.05f) * domeParams[i].elev,
 291                       numBands);
 292
 293     for ( int i = 0; i < numBands; i++ )
 294         colors(numRings - 1, i) = fog_color.osg();
 295     dome_cl->dirty();
 296     return true;
 297 }
 298
 299
 300 // reposition the sky at the specified origin and orientation
 301 // lon specifies a rotation about the Z axis
 302 // lat specifies a rotation about the new Y axis
 303 // spin specifies a rotation about the new Z axis (and orients the
 304 // sunrise/set effects
 305 bool
 306 SGSkyDome::reposition( const SGVec3f& p, double _asl,
 307                        double lon, double lat, double spin ) {
 308     asl = _asl;
 309
 310     osg::Matrix T, LON, LAT, SPIN;
 311
 312     // Translate to view position
 313     // Point3D zero_elev = current_view.get_cur_zero_elev();
 314     // xglTranslatef( zero_elev.x(), zero_elev.y(), zero_elev.z() );
 315     T.makeTranslate( p.osg() );
 316
 317     // printf("  Translated to %.2f %.2f %.2f\n",
 318     //        zero_elev.x, zero_elev.y, zero_elev.z );
 319
 320     // Rotate to proper orientation
 321     // printf("  lon = %.2f  lat = %.2f\n",
 322     //        lon * SGD_RADIANS_TO_DEGREES,
 323     //        lat * SGD_RADIANS_TO_DEGREES);
 324     // xglRotatef( lon * SGD_RADIANS_TO_DEGREES, 0.0, 0.0, 1.0 );
 325     LON.makeRotate(lon, osg::Vec3(0, 0, 1));
 326
 327     // xglRotatef( 90.0 - f->get_Latitude() * SGD_RADIANS_TO_DEGREES,
 328     //             0.0, 1.0, 0.0 );
 329     LAT.makeRotate(90.0 * SGD_DEGREES_TO_RADIANS - lat, osg::Vec3(0, 1, 0));
 330
 331     // xglRotatef( l->sun_rotation * SGD_RADIANS_TO_DEGREES, 0.0, 0.0, 1.0 );
 332     SPIN.makeRotate(spin, osg::Vec3(0, 0, 1));
 333
 334     dome_transform->setMatrix( SPIN*LAT*LON*T );
 335     return true;
 336 }