]> git.mxchange.org Git - simgear.git/blob - simgear/scene/sky/sky.hxx
Update the SoundSample api so we can request that a copy of the sample be
[simgear.git] / simgear / scene / sky / sky.hxx
1 /**
2  * \file sky.hxx
3  * Provides a class to model a realistic (time/date/position) based sky.
4  */
5
6 // Written by Curtis Olson, started December 1997.
7 // SSG-ified by Curtis Olson, February 2000.
8 //
9 // Copyright (C) 1997-2000  Curtis L. Olson  - curt@flightgear.org
10 //
11 // This library is free software; you can redistribute it and/or
12 // modify it under the terms of the GNU Library General Public
13 // License as published by the Free Software Foundation; either
14 // version 2 of the License, or (at your option) any later version.
15 //
16 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
17 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
18 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
19 // Library General Public License for more details.
20 //
21 // You should have received a copy of the GNU Library General Public
22 // License along with this library; if not, write to the
23 // Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
24 // Boston, MA  02111-1307, USA.
25 //
26 // $Id$
27
28
29 #ifndef _SG_SKY_HXX
30 #define _SG_SKY_HXX
31
32
33 #ifndef __cplusplus                                                          
34 # error This library requires C++
35 #endif                                   
36
37
38 #include <plib/ssg.h>           // plib include
39
40 #include <simgear/compiler.h>
41 #include <simgear/misc/sg_path.hxx>
42
43 #include <vector>
44
45 #include <simgear/scene/sky/cloud.hxx>
46 #include <simgear/scene/sky/dome.hxx>
47 #include <simgear/scene/sky/moon.hxx>
48 #include <simgear/scene/sky/oursun.hxx>
49 #include <simgear/scene/sky/stars.hxx>
50
51 SG_USING_STD(vector);
52
53
54 typedef vector < SGCloudLayer* > layer_list_type;
55 typedef layer_list_type::iterator layer_list_iterator;
56 typedef layer_list_type::const_iterator layer_list_const_iterator;
57
58 typedef struct {
59         float *view_pos, *zero_elev, *view_up;
60         double lon, lat, alt, spin;
61         double gst;
62         double sun_ra, sun_dec, sun_dist;
63         double moon_ra, moon_dec, moon_dist;
64 } SGSkyState;
65
66 typedef struct {
67         float *sky_color, *fog_color, *cloud_color;
68         double sun_angle, moon_angle;
69         int nplanets, nstars;
70         sgdVec3 *planet_data, *star_data;
71 } SGSkyColor;
72
73 /**
74  * A class to model a realistic (time/date/position) based sky.
75  *
76  * Introduction 
77  *
78  * The SGSky class models a blended sky dome, a haloed sun, a textured
79  * moon with phase that properly matches the date, stars and planets,
80  * and cloud layers. SGSky is designed to be dropped into existing
81  * plib based applications and depends heavily on plib's scene graph
82  * library, ssg. The sky implements various time of day lighting
83  * effects, it plays well with fog and visibility effects, and
84  * implements scudded cloud fly-through effects. Additionally, you can
85  * wire in the output of the SGEphemeris class to accurately position
86  * all the objects in the sky.
87  *
88  * Building the sky 
89  *
90
91  * Once you have created an instance of SGSky you must call the
92  * build() method.  Building the sky requires several textures. So,
93  * you must specify the path/directory where these textures reside
94  * before building the sky.  You do this first by calling the
95  * texture_path() method.
96
97  * The arguments you pass to the build() method allow you to specify
98  * the horizontal and vertical radiuses of the sky dome, the size of
99  * your sun sphere and moon sphere, a number of planets, and a
100  * multitude of stars.  For the planets and stars you pass in an array
101  * of right ascensions, declinations, and magnitudes.
102
103  * Cloud Layers 
104
105  * Cloud layers can be added, changed, or removed individually. To add
106  * a cloud layer use the add_cloud_layer() method.  The arguments
107  * allow you to specify base height above sea level, layer thickness,
108  * a transition zone for entering/leaving the cloud layer, the size of
109  * the cloud object, and the type of cloud texture. All distances are
110  * in meters. There are additional forms of this method that allow you
111  * to specify your own ssgSimpleState or texture name for drawing the
112  * cloud layer.
113
114  * Repainting the Sky 
115
116  * As the sun circles the globe, you can call the repaint() method to
117  * recolor the sky objects to simulate sunrise and sunset effects,
118  * visibility, and other lighting changes.  The arguments allow you to
119  * specify a base sky color (for the top of the dome), a fog color
120  * (for the horizon), the sun angle with the horizon (for
121  * sunrise/sunset effects), the moon angle (so we can make it more
122  * yellow at the horizon), and new star and planet data so that we can
123  * optionally change the magnitude of these (for day / night
124  * transitions.)
125
126  * Positioning Sky Objects 
127
128  * As time progresses and as you move across the surface of the earth,
129  * the apparent position of the objects and the various lighting
130  * effects can change. the reposition() method allows you to specify
131  * the positions of all the sky objects as well as your view position.
132  * The arguments allow you to specify your view position in world
133  * Cartesian coordinates, the zero elevation position in world
134  * Cartesian coordinates (your longitude, your latitude, sea level),
135  * the ``up'' vector in world Cartesian coordinates, current
136  * longitude, latitude, and altitude. A ``spin'' angle can be
137  * specified for orienting the sky with the sun position so sunset and
138  * sunrise effects look correct. You must specify GMT side real time,
139  * the sun right ascension, sun declination, and sun distance from
140  * view point (to keep it inside your view volume.) You also must
141  * specify moon right ascension, moon declination, and moon distance
142  * from view point.
143
144  * Rendering the Sky 
145
146  * The sky is designed to be rendered in three stages. The first stage
147  * renders the parts that form your back drop - the sky dome, the
148  * stars and planets, the sun, and the moon.  These should be rendered
149  * before the rest of your scene by calling the preDraw() method. The
150  * second stage renders the clouds that are above the viewer. This stage 
151  * is done before translucent objects in the main scene are drawn. It 
152  * is seperated from the preDraw routine to enable to implement a 
153  * multi passes technique and is located in the drawUpperClouds() method.
154  * The third stage renders the clouds that are below the viewer an which 
155  * are likely to be translucent (depending on type) and should be drawn 
156  * after your scene has been rendered.  Use the drawLowerClouds() method 
157  * to draw the second stage of the sky.
158
159  * A typical application might do the following: 
160
161  * <li> thesky->preDraw( my_altitude );
162  * <li> thesky->drawUpperClouds();
163  * <li> ssgCullAndDraw ( myscene ) ;
164  * <li> thesky->drawLowerClouds();
165
166  * The current altitude in meters is passed to the preDraw() method
167  * so the clouds layers can be rendered correction from most distant
168  * to closest.
169
170  * Visibility Effects 
171
172  * Visibility and fog is important for correctly rendering the
173  * sky. You can inform SGSky of the current visibility by calling the
174  * set_visibility() method.
175
176  * When transitioning through clouds, it is nice to pull in the fog as
177  * you get close to the cloud layer to hide the fact that the clouds
178  * are drawn as a flat polygon. As you get nearer to the cloud layer
179  * it is also nice to temporarily pull in the visibility to simulate
180  * the effects of flying in and out of the puffy edge of the
181  * cloud. These effects can all be accomplished by calling the
182  * modify_vis() method.  The arguments allow you to specify your
183  * current altitude (which is then compared to the altitudes of the
184  * various cloud layers.) You can also specify a time factor which
185  * should be the length in seconds since the last time you called
186  * modify_vis(). The time_factor value allows the puffy cloud effect
187  * to be calculated correctly.
188
189  * The modify_vis() method alters the SGSky's internal idea of
190  * visibility, so you should subsequently call get_visibility() to get
191  * the actual modified visibility. You should then make the
192  * appropriate glFog() calls to setup fog properly for your scene.
193
194  * Accessor Methods 
195
196  * Once an instance of SGSky has been successfully initialized, there
197  * are a couple accessor methods you can use such as get_num_layers()
198  * to return the number of cloud layers, get_cloud_layer(i) to return
199  * cloud layer number i, get_visibility() to return the actual
200  * visibility as modified by the sky/cloud model.
201
202  */
203
204 class SGSky {
205
206 private:
207
208     // components of the sky
209     SGSkyDome *dome;
210     SGSun *oursun;
211     SGMoon *moon;
212     SGStars *planets;
213     SGStars *stars;
214     layer_list_type cloud_layers;
215
216     ssgRoot *pre_root, *post_root;
217
218     ssgSelector *pre_selector, *post_selector;
219     ssgTransform *pre_transform, *post_transform;
220
221     SGPath tex_path;
222
223     // visibility
224     float visibility;
225     float effective_visibility;
226
227     int in_cloud;
228     int cur_layer_pos;
229
230     // near cloud visibility state variables
231     bool in_puff;
232     double puff_length;         // in seconds
233     double puff_progression;    // in seconds
234     double ramp_up;             // in seconds
235     double ramp_down;           // in seconds
236
237 public:
238
239     /** Constructor */
240     SGSky( void );
241
242     /** Destructor */
243     ~SGSky( void );
244
245     /**
246      * Initialize the sky and connect the components to the scene
247      * graph at the provided branch.  See discussion in detailed class
248      * description.
249      * @param h_radius_m horizontal radius of sky dome
250      * @param v_radius_m vertical radius of sky dome
251      * @param sun_size size of sun
252      * @param moon_size size of moon
253      * @param nplanets number of planets
254      * @param planet_data an array of planet right ascensions, declinations,
255      *        and magnitudes
256      * @param nstars number of stars
257      * @param star_data an array of star right ascensions, declinations,
258      *        and magnitudes
259      */
260     void build( double h_radius_m, double v_radius_m,
261                 double sun_size, double moon_size,
262                 int nplanets, sgdVec3 *planet_data,
263                 int nstars, sgdVec3 *star_data );
264
265     /**
266      * Repaint the sky components based on current value of sun_angle,
267      * sky, and fog colors.  You can also specify new star and planet
268      * data so that we can optionally change the magnitude of these
269      * (for day/night transitions.)  See discussion in detailed
270      * class description.
271      *
272      * Sun and moon angles are specified in degrees relative to local up
273      * <li> 0 degrees = high noon
274      * <li> 90 degrees = sun rise/set
275      * <li> 180 degrees = darkest midnight
276      * @param sky_color the base sky color (for the top of the dome)
277      * @param fog_color the fog color (for the horizon)
278      * @param sun_angle the sun angle with the horizon (for sunrise/sunset
279      *        effects)
280      * @param moon_angle the moon angle (so we can make it more yellow
281      *        at the horizon)
282      * @param nplanets number of planets
283      * @param planet_data an array of planet right ascensions, declinations,
284      *        and magnitudes
285      * @param nstars number of stars
286      * @param star_data an array of star right ascensions, declinations,
287      *        and magnitudes
288      */
289     bool repaint( const SGSkyColor &sc );
290
291     /**
292      * Reposition the sky at the specified origin and orientation
293      *
294      * lon specifies a rotation about the Z axis
295      * lat specifies a rotation about the new Y axis
296      * spin specifies a rotation about the new Z axis (this allows
297      * additional orientation for the sunrise/set effects and is used
298      * by the skydome and perhaps clouds.  See discussion in detailed
299      * class description.
300      * @param view_pos specify your view position in world Cartesian
301      *        coordinates
302      * @param zero_elev the zero elevation position in world Cartesian
303      *        coordinates
304      * @param view_up the up vector in world Cartesian coordinates
305      * @param lon current longitude
306      * @param lat current latitude
307      * @param alt current altitude
308      * @param spin an offset angle for orienting the sky effects with the
309      *        sun position so sunset and sunrise effects look correct.
310      * @param gst GMT side real time
311      * @param sun_ra the sun's current right ascension
312      * @param sun_dec the sun's current declination
313      * @param sun_dist the sun's distance from the current view point
314      *        (to keep it inside your view volume.)
315      * @param moon_ra the moon's current right ascension
316      * @param moon_dec the moon's current declination
317      * @param moon_dist the moon's distance from the current view point. 
318      */
319     bool reposition( SGSkyState &st, double dt = 0.0 );
320
321     /**
322      * Modify the given visibility based on cloud layers, thickness,
323      * transition range, and simulated "puffs".  See discussion in detailed
324      * class description.
325      * @param alt current altitude
326      * @param time_factor amount of time since modify_vis() last called so
327      *        we can scale effect rates properly despite variable frame rates.
328      */
329     void modify_vis( float alt, float time_factor );
330
331     /**
332      * Draw background portions of the sky ... do this before you draw
333      * the rest of your scene.  See discussion in detailed
334      * class description.
335      * @param alt current altitude
336      */
337     void preDraw( float alt, float fog_exp2_density );
338
339     /**
340      * Draw upper translucent clouds ... do this before you've drawn 
341      * all the translucent elements of your scene.  See discussion in 
342      * detailed class description.
343      * @param fog_exp2_density fog density of the current cloud layer
344      */
345     void drawUpperClouds();
346
347     /**
348      * Draw lower translucent clouds ... do this after you've drawn 
349      * all the opaque elements of your scene.  See discussion in detailed
350      * class description.
351      */
352     void drawLowerClouds();
353
354     /** 
355      * Specify the texture path (optional, defaults to current directory)
356      * @param path base path to texture locations
357      */
358     inline void texture_path( const string& path ) {
359         tex_path = SGPath( path );
360     }
361
362     /** Enable drawing of the sky. */
363     inline void enable() {
364         pre_selector->select( 1 );
365         post_selector->select( 1 );
366     }
367
368     /**
369      * Disable drawing of the sky in the scene graph.  The leaf node is still
370      * there, how ever it won't be traversed on by ssgCullandRender()
371      */
372     inline void disable() {
373         pre_selector->select( 0 );
374         post_selector->select( 0 );
375     }
376
377
378     /**
379      * Get the current sun color
380      */
381     inline float *get_sun_color() { return oursun->get_color(); }
382
383
384     /**
385      * Add a cloud layer.
386      *
387      * Transfer pointer ownership to this object.
388      *
389      * @param layer The new cloud layer to add.
390      */
391     void add_cloud_layer (SGCloudLayer * layer);
392
393
394     /**
395      * Get a cloud layer (const).
396      *
397      * Pointer ownership remains with this object.
398      *
399      * @param i The index of the cloud layer, zero-based.
400      * @return A const pointer to the cloud layer.
401      */
402     const SGCloudLayer * get_cloud_layer (int i) const;
403
404
405     /**
406      * Get a cloud layer (non-const).
407      *
408      * Pointer ownership remains with this object.
409      *
410      * @param i The index of the cloud layer, zero-based.
411      * @return A non-const pointer to the cloud layer.
412      */
413     SGCloudLayer * get_cloud_layer (int i);
414
415
416     /**
417      * Return the number of cloud layers currently available.
418      *
419      * @return The cloud layer count.
420      */
421     int get_cloud_layer_count () const;
422
423
424     /** @return current effective visibility */
425     inline float get_visibility() const { return effective_visibility; }
426
427     /** Set desired clear air visibility.
428      * @param v visibility in meters
429      */
430     inline void set_visibility( float v ) {
431         effective_visibility = visibility = (v <= 25.0) ? 25.0 : v;
432     }
433 };
434
435
436 #endif // _SG_SKY_HXX