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/props/props.hxx>
  46 #include <simgear/scene/model/model.hxx>
  47 #include <simgear/scene/util/SGReaderWriterOptions.hxx>
  48 #include <simgear/scene/util/StateAttributeFactory.hxx>
  49 #include <simgear/scene/util/SGUpdateVisitor.hxx>
  50
  51 #include <algorithm>
  52 #include <osg/BlendFunc>
  53 #include <osg/GLU>
  54 #include <osg/ShadeModel>
  55
  56 #include "cloudfield.hxx"
  57 #include "newcloud.hxx"
  58 #include "CloudShaderGeometry.hxx"
  59
  60 using namespace simgear;
  61 using namespace osg;
  62 using namespace std;
  63
  64
  65 namespace
  66 {
  67 typedef std::map<std::string, osg::observer_ptr<Effect> > EffectMap;
  68 EffectMap effectMap;
  69 }
  70
  71 float SGNewCloud::sprite_density = 1.0;
  72
  73 SGNewCloud::SGNewCloud(const SGPath &texture_root, const SGPropertyNode *cld_def)
  74 {
  75     min_width = cld_def->getFloatValue("min-cloud-width-m", 500.0);
  76     max_width = cld_def->getFloatValue("max-cloud-width-m", min_width*2);
  77     min_height = cld_def->getFloatValue("min-cloud-height-m", 400.0);
  78     max_height = cld_def->getFloatValue("max-cloud-height-m", min_height*2);
  79     min_sprite_width = cld_def->getFloatValue("min-sprite-width-m", 200.0);
  80     max_sprite_width = cld_def->getFloatValue("max-sprite-width-m", min_sprite_width*1.5);
  81     min_sprite_height = cld_def->getFloatValue("min-sprite-height-m", 150);
  82     max_sprite_height = cld_def->getFloatValue("max-sprite-height-m", min_sprite_height*1.5);
  83     num_sprites = cld_def->getIntValue("num-sprites", 20);
  84     num_textures_x = cld_def->getIntValue("num-textures-x", 4);
  85     num_textures_y = cld_def->getIntValue("num-textures-y", 4);
  86     height_map_texture = cld_def->getBoolValue("height-map-texture", false);
  87
  88     min_bottom_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-bottom-lighting-factor", 1.0);
  89     max_bottom_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-bottom-lighting-factor", min(min_bottom_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
  90
  91     min_middle_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-middle-lighting-factor", 1.0);
  92     max_middle_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-middle-lighting-factor", min(min_middle_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
  93
  94     min_top_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-top-lighting-factor", 1.0);
  95     max_top_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-top-lighting-factor", min(min_top_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
  96
  97     min_shade_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("min-shade-lighting-factor", 0.5);
  98     max_shade_lighting_factor = cld_def->getFloatValue("max-shade-lighting-factor", min(min_shade_lighting_factor  + 0.1, 1.0));
  99
 100     zscale = cld_def->getFloatValue("z-scale", 1.0);
 101     texture = cld_def->getStringValue("texture", "cl_cumulus.png");
 102
 103     // Create a new Effect for the texture, if required.
 104     EffectMap::iterator iter = effectMap.find(texture);
 105
 106     if ((iter == effectMap.end())||
 107         (!iter->second.lock(effect)))
 108     {
 109         SGPropertyNode_ptr pcloudEffect = new SGPropertyNode;
 110         makeChild(pcloudEffect, "inherits-from")->setValue("Effects/cloud");
 111         setValue(makeChild(makeChild(makeChild(pcloudEffect, "parameters"),
 112                                      "texture"),
 113                            "image"),
 114                  texture);
 115         ref_ptr<SGReaderWriterOptions> options;
 116         options = SGReaderWriterOptions::fromPath(texture_root.str());
 117         effect = makeEffect(pcloudEffect, true, options.get());
 118         if (effect.valid())
 119         {
 120             if (iter == effectMap.end())
 121                 effectMap.insert(EffectMap::value_type(texture, effect));
 122             else
 123                 iter->second = effect; // update existing, but empty observer
 124         }
 125     }
 126 }
 127
 128 SGNewCloud::~SGNewCloud() {
 129 }
 130
 131 #if 0
 132 // return a random number between -n/2 and n/2, tending to 0
 133 static float Rnd(float n) {
 134     return n * (-0.5f + (sg_random() + sg_random()) / 2.0f);
 135 }
 136 #endif
 137
 138 osg::ref_ptr<EffectGeode> SGNewCloud::genCloud() {
 139
 140     osg::ref_ptr<EffectGeode> geode = new EffectGeode;
 141
 142     // Determine how big this specific cloud instance is. Note that we subtract
 143     // the sprite size because the width/height is used to define the limits of
 144     // the center of the sprites, not their edges.
 145     float width = min_width + sg_random() * (max_width - min_width) - min_sprite_width;
 146     float height = min_height + sg_random() * (max_height - min_height) - min_sprite_height;
 147
 148     if (width  < 0.0) { width  = 0.0; }
 149     if (height < 0.0) { height = 0.0; }
 150
 151     // Determine appropriate shading factors
 152     float top_factor = min_top_lighting_factor + sg_random() * (max_top_lighting_factor - min_top_lighting_factor);
 153     float middle_factor = min_middle_lighting_factor + sg_random() * (max_middle_lighting_factor - min_middle_lighting_factor);
 154     float bottom_factor = min_bottom_lighting_factor + sg_random() * (max_bottom_lighting_factor - min_bottom_lighting_factor);
 155     float shade_factor = min_shade_lighting_factor + sg_random() * (max_shade_lighting_factor - min_shade_lighting_factor);
 156
 157     //printf("Cloud: %2f, %2f, %2f, %2f\n", top_factor, middle_factor, bottom_factor, shade_factor);
 158
 159     CloudShaderGeometry* sg = new CloudShaderGeometry(num_textures_x,
 160                                                       num_textures_y,
 161                                                       max_width + max_sprite_width,
 162                                                       max_height + max_sprite_height,
 163                                                       top_factor,
 164                                                       middle_factor,
 165                                                       bottom_factor,
 166                                                       shade_factor,
 167                                                       height,
 168                                                       zscale);
 169
 170     // Determine the cull distance. This is used to remove sprites that are too close together.
 171     // The value is squared as we use vector calculations.
 172     float cull_distance_squared = min_sprite_height * min_sprite_height * 0.1f;
 173
 174     // The number of sprites we actually use is a function of the (user-controlled) density
 175     int n_sprites = num_sprites * sprite_density * (0.5f + sg_random());
 176
 177     for (int i = 0; i < n_sprites; i++)
 178     {
 179         // Determine the position of the sprite. Rather than being completely random,
 180         // we place them on the surface of a distorted sphere. However, we place
 181         // the first sprite in the center of the sphere (and at maximum size) to
 182               // ensure good coverage and reduce the chance of there being "holes" in the
 183               // middle of our cloud. Also note that (0,0,0) defines the _bottom_ of the
 184               // cloud, not the middle.
 185
 186         float x, y, z;
 187
 188         if (i == 0) {
 189             x = 0;
 190             y = 0;
 191             z = height * 0.5;
 192         } else {
 193             float theta = sg_random() * SGD_2PI;
 194             float elev  = sg_random() * SGD_PI;
 195             x = width * cos(theta) * 0.5f * sin(elev);
 196             y = width * sin(theta) * 0.5f * sin(elev);
 197             z = height * cos(elev) * 0.5f + height * 0.5f;
 198         }
 199
 200         // Determine the height and width
 201         float sprite_width = min_sprite_width + sg_random() * (max_sprite_width - min_sprite_width);
 202         float sprite_height = min_sprite_height + sg_random() * (max_sprite_height - min_sprite_height);
 203
 204         // Sprites are never taller than square.
 205         if (sprite_height > sprite_width )
 206         {
 207             sprite_height = sprite_width;
 208         }
 209
 210         if (i == 0) {
 211             // The center sprite is always maximum size to fill up any holes.
 212             sprite_width = max_sprite_width;
 213             sprite_height = max_sprite_height;
 214         }
 215
 216         // If the center of the sprite is less than half the sprite heightthe sprite will extend
 217         // below the bottom of the cloud and must be shifted upwards. This is particularly important
 218         // for cumulus clouds which have a very well defined base.
 219         if (z < 0.5f * sprite_height)
 220         {
 221             z = 0.5f * sprite_height;
 222         }
 223
 224         // Determine the sprite texture indexes.
 225         int index_x = (int) floor(sg_random() * num_textures_x);
 226         if (index_x >= num_textures_x) { index_x = num_textures_x - 1; }
 227
 228         int index_y = (int) floor(sg_random() * num_textures_y);
 229
 230         if (height_map_texture) {
 231           // The y index depends on the position of the sprite within the cloud.
 232           // This allows cloud designers to have particular sprites for the base
 233           // and tops of the cloud.
 234           index_y = (int) floor((z / height) * num_textures_y);
 235         }
 236
 237         if (index_y >= num_textures_y) { index_y = num_textures_y - 1; }
 238
 239         sg->addSprite(SGVec3f(x, y, z),
 240                       index_x,
 241                       index_y,
 242                       sprite_width,
 243                       sprite_height,
 244                       cull_distance_squared);
 245     }
 246
 247     sg->generateGeometry();
 248     geode->addDrawable(sg);
 249     geode->setName("3D cloud");
 250     geode->setEffect(effect.get());
 251
 252     return geode;
 253 }
 254