simgear/scene/sky/newcloud.cxx

   1 // 3D cloud class
   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/AlphaFunc>
  28 #include <osg/Depth>
  29 #include <osg/Program>
  30 #include <osg/Uniform>
  31 #include <osg/ref_ptr>
  32 #include <osg/Texture2D>
  33 #include <osg/NodeVisitor>
  34 #include <osg/PositionAttitudeTransform>
  35 #include <osg/Material>
  36 #include <osgUtil/UpdateVisitor>
  37 #include <osgDB/ReadFile>
  38 #include <osgDB/FileUtils>
  39
  40
  41 #include <simgear/compiler.h>
  42
  43 #include <simgear/math/sg_random.h>
  44 #include <simgear/misc/sg_path.hxx>
  45 #include <simgear/scene/util/PathOptions.hxx>
  46 #include <simgear/props/props.hxx>
  47 #include <simgear/scene/model/model.hxx>
  48 #include <simgear/scene/util/SGReaderWriterOptions.hxx>
  49 #include <simgear/scene/util/StateAttributeFactory.hxx>
  50 #include <simgear/scene/util/SGUpdateVisitor.hxx>
  51
  52 #include <algorithm>
  53 #include <osg/BlendFunc>
  54 #include <osg/GLU>
  55 #include <osg/ShadeModel>
  56
  57 #include "cloudfield.hxx"
  58 #include "newcloud.hxx"
  59 #include "CloudShaderGeometry.hxx"
  60
  61 using namespace simgear;
  62 using namespace osg;
  63 using namespace std;
  64
  65
  66 namespace
  67 {
  68 typedef std::map<std::string, osg::ref_ptr<Effect> > EffectMap;
  69 EffectMap effectMap;
  70 }
  71
  72 float SGNewCloud::sprite_density = 1.0;
  73
  74 SGNewCloud::SGNewCloud(const SGPath &texture_root, const SGPropertyNode *cld_def)
  75 {
  76     min_width = cld_def->getFloatValue("min-cloud-width-m", 500.0);
  77     max_width = cld_def->getFloatValue("max-cloud-width-m", min_width*2);
  78     min_height = cld_def->getFloatValue("min-cloud-height-m", 400.0);
  79     max_height = cld_def->getFloatValue("max-cloud-height-m", min_height*2);
  80     min_sprite_width = cld_def->getFloatValue("min-sprite-width-m", 200.0);
  81     max_sprite_width = cld_def->getFloatValue("max-sprite-width-m", min_sprite_width*1.5);
  82     min_sprite_height = cld_def->getFloatValue("min-sprite-height-m", 150);
  83     max_sprite_height = cld_def->getFloatValue("max-sprite-height-m", min_sprite_height*1.5);
  84     num_sprites = cld_def->getIntValue("num-sprites", 20);
  85     num_textures_x = cld_def->getIntValue("num-textures-x", 4);
  86     num_textures_y = cld_def->getIntValue("num-textures-y", 4);
  87     height_map_texture = cld_def->getBoolValue("height-map-texture", false);
  88
  89     min_bottom_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-bottom-lighting-factor", 1.0);
  90     max_bottom_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-bottom-lighting-factor", min(min_bottom_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
  91
  92     min_middle_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-middle-lighting-factor", 1.0);
  93     max_middle_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-middle-lighting-factor", min(min_middle_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
  94
  95     min_top_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-top-lighting-factor", 1.0);
  96     max_top_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-top-lighting-factor", min(min_top_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
  97
  98     min_shade_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-shade-lighting-factor", 0.5);
  99     max_shade_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-shade-lighting-factor", min(min_shade_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
 100
 101     zscale = cld_def->getFloatValue("z-scale", 1.0);
 102     texture = cld_def->getStringValue("texture", "cl_cumulus.png");
 103
 104     // Create a new Effect for the texture, if required.
 105     EffectMap::iterator iter = effectMap.find(texture);
 106     if (iter == effectMap.end()) {
 107         SGPropertyNode_ptr pcloudEffect = new SGPropertyNode;
 108         makeChild(pcloudEffect, "inherits-from")->setValue("Effects/cloud");
 109         setValue(makeChild(makeChild(makeChild(pcloudEffect, "parameters"),
 110                                      "texture"),
 111                            "image"),
 112                  texture);
 113         ref_ptr<osgDB::Options> options
 114             = makeOptionsFromPath(texture_root);
 115         ref_ptr<SGReaderWriterOptions> sgOptions
 116             = new SGReaderWriterOptions(*options.get());
 117         if ((effect = makeEffect(pcloudEffect, true, sgOptions.get())))
 118             effectMap.insert(EffectMap::value_type(texture, effect));
 119     } else {
 120         effect = iter->second.get();
 121     }
 122 }
 123
 124 SGNewCloud::~SGNewCloud() {
 125 }
 126
 127 #if 0
 128 // return a random number between -n/2 and n/2, tending to 0
 129 static float Rnd(float n) {
 130     return n * (-0.5f + (sg_random() + sg_random()) / 2.0f);
 131 }
 132 #endif
 133
 134 osg::ref_ptr<EffectGeode> SGNewCloud::genCloud() {
 135
 136     osg::ref_ptr<EffectGeode> geode = new EffectGeode;
 137
 138     // Determine how big this specific cloud instance is. Note that we subtract
 139     // the sprite size because the width/height is used to define the limits of
 140     // the center of the sprites, not their edges.
 141     float width = min_width + sg_random() * (max_width - min_width) - min_sprite_width;
 142     float height = min_height + sg_random() * (max_height - min_height) - min_sprite_height;
 143
 144     if (width  < 0.0) { width  = 0.0; }
 145     if (height < 0.0) { height = 0.0; }
 146
 147     // Determine appropriate shading factors
 148     float top_factor = min_top_lighting_factor + sg_random() * (max_top_lighting_factor - min_top_lighting_factor);
 149     float middle_factor = min_middle_lighting_factor + sg_random() * (max_middle_lighting_factor - min_middle_lighting_factor);
 150     float bottom_factor = min_bottom_lighting_factor + sg_random() * (max_bottom_lighting_factor - min_bottom_lighting_factor);
 151     float shade_factor = min_shade_lighting_factor + sg_random() * (max_shade_lighting_factor - min_shade_lighting_factor);
 152
 153     //printf("Cloud: %2f, %2f, %2f, %2f\n", top_factor, middle_factor, bottom_factor, shade_factor);
 154
 155     CloudShaderGeometry* sg = new CloudShaderGeometry(num_textures_x,
 156                                                       num_textures_y,
 157                                                       max_width + max_sprite_width,
 158                                                       max_height + max_sprite_height,
 159                                                       top_factor,
 160                                                       middle_factor,
 161                                                       bottom_factor,
 162                                                       shade_factor,
 163                                                       height,
 164                                                       zscale);
 165
 166     // Determine the cull distance. This is used to remove sprites that are too close together.
 167     // The value is squared as we use vector calculations.
 168     float cull_distance_squared = min_sprite_height * min_sprite_height * 0.1f;
 169
 170     // The number of sprites we actually use is a function of the (user-controlled) density
 171     int n_sprites = num_sprites * sprite_density * (0.5f + sg_random());
 172
 173     for (int i = 0; i < n_sprites; i++)
 174     {
 175         // Determine the position of the sprite. Rather than being completely random,
 176         // we place them on the surface of a distorted sphere. However, we place
 177         // the first sprite in the center of the sphere (and at maximum size) to
 178               // ensure good coverage and reduce the chance of there being "holes" in the
 179               // middle of our cloud. Also note that (0,0,0) defines the _bottom_ of the
 180               // cloud, not the middle.
 181
 182         float x, y, z;
 183
 184         if (i == 0) {
 185             x = 0;
 186             y = 0;
 187             z = height * 0.5;
 188         } else {
 189             float theta = sg_random() * SGD_2PI;
 190             float elev  = sg_random() * SGD_PI;
 191             x = width * cos(theta) * 0.5f * sin(elev);
 192             y = width * sin(theta) * 0.5f * sin(elev);
 193             z = height * cos(elev) * 0.5f + height * 0.5f;
 194         }
 195
 196         // Determine the height and width
 197         float sprite_width = min_sprite_width + sg_random() * (max_sprite_width - min_sprite_width);
 198         float sprite_height = min_sprite_height + sg_random() * (max_sprite_height - min_sprite_height);
 199
 200         // Sprites are never taller than square.
 201         if (sprite_height > sprite_width )
 202         {
 203             sprite_height = sprite_width;
 204         }
 205
 206         if (i == 0) {
 207             // The center sprite is always maximum size to fill up any holes.
 208             sprite_width = max_sprite_width;
 209             sprite_height = max_sprite_height;
 210         }
 211
 212         // If the center of the sprite is less than half the sprite heightthe sprite will extend
 213         // below the bottom of the cloud and must be shifted upwards. This is particularly important
 214         // for cumulus clouds which have a very well defined base.
 215         if (z < 0.5f * sprite_height)
 216         {
 217             z = 0.5f * sprite_height;
 218         }
 219
 220         // Determine the sprite texture indexes.
 221         int index_x = (int) floor(sg_random() * num_textures_x);
 222         if (index_x >= num_textures_x) { index_x = num_textures_x - 1; }
 223
 224         int index_y = (int) floor(sg_random() * num_textures_y);
 225
 226         if (height_map_texture) {
 227           // The y index depends on the position of the sprite within the cloud.
 228           // This allows cloud designers to have particular sprites for the base
 229           // and tops of the cloud.
 230           index_y = (int) floor((z / height) * num_textures_y);
 231         }
 232
 233         if (index_y >= num_textures_y) { index_y = num_textures_y - 1; }
 234
 235         sg->addSprite(SGVec3f(x, y, z),
 236                       index_x,
 237                       index_y,
 238                       sprite_width,
 239                       sprite_height,
 240                       cull_distance_squared);
 241     }
 242
 243     sg->generateGeometry();
 244     geode->addDrawable(sg);
 245     geode->setName("3D cloud");
 246     geode->setEffect(effect.get());
 247
 248     return geode;
 249 }
 250