]> git.mxchange.org Git - simgear.git/blob - simgear/scene/sky/sky.hxx
MSVC fixes
[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 /**
59  * A class to model a realistic (time/date/position) based sky.
60  *
61  * Introduction 
62  *
63  * The SGSky class models a blended sky dome, a haloed sun, a textured
64  * moon with phase that properly matches the date, stars and planets,
65  * and cloud layers. SGSky is designed to be dropped into existing
66  * plib based applications and depends heavily on plib's scene graph
67  * library, ssg. The sky implements various time of day lighting
68  * effects, it plays well with fog and visibility effects, and
69  * implements scudded cloud fly-through effects. Additionally, you can
70  * wire in the output of the SGEphemeris class to accurately position
71  * all the objects in the sky.
72  *
73  * Building the sky 
74  *
75
76  * Once you have created an instance of SGSky you must call the
77  * build() method.  Building the sky requires several textures. So,
78  * you must specify the path/directory where these textures reside
79  * before building the sky.  You do this first by calling the
80  * texture_path() method.
81
82  * The arguments you pass to the build() method allow you to specify
83  * the horizontal and vertical radiuses of the sky dome, the size of
84  * your sun sphere and moon sphere, a number of planets, and a
85  * multitude of stars.  For the planets and stars you pass in an array
86  * of right ascensions, declinations, and magnitudes.
87
88  * Cloud Layers 
89
90  * Cloud layers can be added, changed, or removed individually. To add
91  * a cloud layer use the add_cloud_layer() method.  The arguments
92  * allow you to specify base height above sea level, layer thickness,
93  * a transition zone for entering/leaving the cloud layer, the size of
94  * the cloud object, and the type of cloud texture. All distances are
95  * in meters. There are additional forms of this method that allow you
96  * to specify your own ssgSimpleState or texture name for drawing the
97  * cloud layer.
98
99  * Repainting the Sky 
100
101  * As the sun circles the globe, you can call the repaint() method to
102  * recolor the sky objects to simulate sunrise and sunset effects,
103  * visibility, and other lighting changes.  The arguments allow you to
104  * specify a base sky color (for the top of the dome), a fog color
105  * (for the horizon), the sun angle with the horizon (for
106  * sunrise/sunset effects), the moon angle (so we can make it more
107  * yellow at the horizon), and new star and planet data so that we can
108  * optionally change the magnitude of these (for day / night
109  * transitions.)
110
111  * Positioning Sky Objects 
112
113  * As time progresses and as you move across the surface of the earth,
114  * the apparent position of the objects and the various lighting
115  * effects can change. the reposition() method allows you to specify
116  * the positions of all the sky objects as well as your view position.
117  * The arguments allow you to specify your view position in world
118  * Cartesian coordinates, the zero elevation position in world
119  * Cartesian coordinates (your longitude, your latitude, sea level),
120  * the ``up'' vector in world Cartesian coordinates, current
121  * longitude, latitude, and altitude. A ``spin'' angle can be
122  * specified for orienting the sky with the sun position so sunset and
123  * sunrise effects look correct. You must specify GMT side real time,
124  * the sun right ascension, sun declination, and sun distance from
125  * view point (to keep it inside your view volume.) You also must
126  * specify moon right ascension, moon declination, and moon distance
127  * from view point.
128
129  * Rendering the Sky 
130
131  * The sky is designed to be rendered in two stages. The first stage
132  * renders the parts that form your back drop - the sky dome, the
133  * stars and planets, the sun, and the moon.  These should be rendered
134  * before the rest of your scene by calling the preDraw() method. The
135  * second stage renders the clouds which are likely to be translucent
136  * (depending on type) and should be drawn after your scene has been
137  * rendered.  Use the postDraw() method to draw the second stage of
138  * the sky.
139
140  * A typical application might do the following: 
141
142  * <li> thesky->preDraw();
143  * <li> ssgCullAndDraw ( myscene ) ;
144  * <li> thesky->postDraw( my_altitude );
145
146  * The current altitude in meters is passed to the postDraw() method
147  * so the clouds layers can be rendered correction from most distant
148  * to closest.
149
150  * Visibility Effects 
151
152  * Visibility and fog is important for correctly rendering the
153  * sky. You can inform SGSky of the current visibility by calling the
154  * set_visibility() method.
155
156  * When transitioning through clouds, it is nice to pull in the fog as
157  * you get close to the cloud layer to hide the fact that the clouds
158  * are drawn as a flat polygon. As you get nearer to the cloud layer
159  * it is also nice to temporarily pull in the visibility to simulate
160  * the effects of flying in and out of the puffy edge of the
161  * cloud. These effects can all be accomplished by calling the
162  * modify_vis() method.  The arguments allow you to specify your
163  * current altitude (which is then compared to the altitudes of the
164  * various cloud layers.) You can also specify a time factor which
165  * should be the length in seconds since the last time you called
166  * modify_vis(). The time_factor value allows the puffy cloud effect
167  * to be calculated correctly.
168
169  * The modify_vis() method alters the SGSky's internal idea of
170  * visibility, so you should subsequently call get_visibility() to get
171  * the actual modified visibility. You should then make the
172  * appropriate glFog() calls to setup fog properly for your scene.
173
174  * Accessor Methods 
175
176  * Once an instance of SGSky has been successfully initialized, there
177  * are a couple accessor methods you can use such as get_num_layers()
178  * to return the number of cloud layers, get_cloud_layer(i) to return
179  * cloud layer number i, get_visibility() to return the actual
180  * visibility as modified by the sky/cloud model.
181
182  */
183
184 class SGSky {
185
186 private:
187
188     // components of the sky
189     SGSkyDome *dome;
190     SGSun *oursun;
191     SGMoon *moon;
192     SGStars *planets;
193     SGStars *stars;
194     layer_list_type cloud_layers;
195
196     ssgRoot *pre_root, *post_root;
197
198     ssgSelector *pre_selector, *post_selector;
199     ssgTransform *pre_transform, *post_transform;
200
201     SGPath tex_path;
202
203     // visibility
204     float visibility;
205     float effective_visibility;
206
207     // near cloud visibility state variables
208     bool in_puff;
209     double puff_length;         // in seconds
210     double puff_progression;    // in seconds
211     double ramp_up;             // in seconds
212     double ramp_down;           // in seconds
213
214 public:
215
216     /** Constructor */
217     SGSky( void );
218
219     /** Destructor */
220     ~SGSky( void );
221
222     /**
223      * Initialize the sky and connect the components to the scene
224      * graph at the provided branch.  See discussion in detailed class
225      * description.
226      * @param h_radius_m horizontal radius of sky dome
227      * @param v_radius_m vertical radius of sky dome
228      * @param sun_size size of sun
229      * @param moon_size size of moon
230      * @param nplanets number of planets
231      * @param planet_data an array of planet right ascensions, declinations,
232      *        and magnitudes
233      * @param nstars number of stars
234      * @param star_data an array of star right ascensions, declinations,
235      *        and magnitudes
236      */
237     void build( double h_radius_m, double v_radius_m,
238                 double sun_size, double moon_size,
239                 int nplanets, sgdVec3 *planet_data,
240                 int nstars, sgdVec3 *star_data );
241
242     /**
243      * Repaint the sky components based on current value of sun_angle,
244      * sky, and fog colors.  You can also specify new star and planet
245      * data so that we can optionally change the magnitude of these
246      * (for day/night transitions.)  See discussion in detailed
247      * class description.
248      *
249      * Sun and moon angles are specified in degrees relative to local up
250      * <li> 0 degrees = high noon
251      * <li> 90 degrees = sun rise/set
252      * <li> 180 degrees = darkest midnight
253      * @param sky_color the base sky color (for the top of the dome)
254      * @param fog_color the fog color (for the horizon)
255      * @param sun_angle the sun angle with the horizon (for sunrise/sunset
256      *        effects)
257      * @param moon_angle the moon angle (so we can make it more yellow
258      *        at the horizon)
259      * @param nplanets number of planets
260      * @param planet_data an array of planet right ascensions, declinations,
261      *        and magnitudes
262      * @param nstars number of stars
263      * @param star_data an array of star right ascensions, declinations,
264      *        and magnitudes
265      */
266     bool repaint( sgVec4 sky_color, sgVec4 fog_color, sgVec4 cloud_color,
267                   double sun_angle, double moon_angle,
268                   int nplanets, sgdVec3 *planet_data,
269                   int nstars, sgdVec3 *star_data );
270
271     /**
272      * Reposition the sky at the specified origin and orientation
273      *
274      * lon specifies a rotation about the Z axis
275      * lat specifies a rotation about the new Y axis
276      * spin specifies a rotation about the new Z axis (this allows
277      * additional orientation for the sunrise/set effects and is used
278      * by the skydome and perhaps clouds.  See discussion in detailed
279      * class description.
280      * @param view_pos specify your view position in world Cartesian
281      *        coordinates
282      * @param zero_elev the zero elevation position in world Cartesian
283      *        coordinates
284      * @param view_up the up vector in world Cartesian coordinates
285      * @param lon current longitude
286      * @param lat current latitude
287      * @param alt current altitude
288      * @param spin an offset angle for orienting the sky effects with the
289      *        sun position so sunset and sunrise effects look correct.
290      * @param gst GMT side real time
291      * @param sun_ra the sun's current right ascension
292      * @param sun_dec the sun's current declination
293      * @param sun_dist the sun's distance from the current view point
294      *        (to keep it inside your view volume.)
295      * @param moon_ra the moon's current right ascension
296      * @param moon_dec the moon's current declination
297      * @param moon_dist the moon's distance from the current view point. 
298      */
299     bool reposition( sgVec3 view_pos, sgVec3 zero_elev, sgVec3 view_up,
300                      double lon, double lat, double alt, double spin,
301                      double gst, 
302                      double sun_ra, double sun_dec, double sun_dist,
303                      double moon_ra, double moon_dec, double moon_dist );
304
305     /**
306      * Modify the given visibility based on cloud layers, thickness,
307      * transition range, and simulated "puffs".  See discussion in detailed
308      * class description.
309      * @param alt current altitude
310      * @param time_factor amount of time since modify_vis() last called so
311      *        we can scale effect rates properly despite variable frame rates.
312      */
313     void modify_vis( float alt, float time_factor );
314
315     /**
316      * Draw background portions of the sky ... do this before you draw
317      * the rest of your scene.  See discussion in detailed
318      * class description.
319      */
320     void preDraw();
321
322     /**
323      * Draw translucent clouds ... do this after you've drawn all the
324      * oapaque elements of your scene.  See discussion in detailed
325      * class description.
326      * @param alt current altitude
327      */
328     void postDraw( float alt );
329
330     /** 
331      * Specify the texture path (optional, defaults to current directory)
332      * @param path base path to texture locations
333      */
334     inline void texture_path( const string& path ) {
335         tex_path = SGPath( path );
336     }
337
338     /** Enable drawing of the sky. */
339     inline void enable() {
340         pre_selector->select( 1 );
341         post_selector->select( 1 );
342     }
343
344     /**
345      * Disable drawing of the sky in the scene graph.  The leaf node is still
346      * there, how ever it won't be traversed on by ssgCullandRender()
347      */
348     inline void disable() {
349         pre_selector->select( 0 );
350         post_selector->select( 0 );
351     }
352
353
354     /**
355      * Get the current sun color
356      */
357     inline float *get_sun_color() { return oursun->get_color(); }
358
359
360     /**
361      * Add a cloud layer.
362      *
363      * Transfer pointer ownership to this object.
364      *
365      * @param layer The new cloud layer to add.
366      */
367     void add_cloud_layer (SGCloudLayer * layer);
368
369
370     /**
371      * Get a cloud layer (const).
372      *
373      * Pointer ownership remains with this object.
374      *
375      * @param i The index of the cloud layer, zero-based.
376      * @return A const pointer to the cloud layer.
377      */
378     const SGCloudLayer * get_cloud_layer (int i) const;
379
380
381     /**
382      * Get a cloud layer (non-const).
383      *
384      * Pointer ownership remains with this object.
385      *
386      * @param i The index of the cloud layer, zero-based.
387      * @return A non-const pointer to the cloud layer.
388      */
389     SGCloudLayer * get_cloud_layer (int i);
390
391
392     /**
393      * Return the number of cloud layers currently available.
394      *
395      * @return The cloud layer count.
396      */
397     int get_cloud_layer_count () const;
398
399
400     /** @return current effective visibility */
401     inline float get_visibility() const { return effective_visibility; }
402
403     /** Set desired clear air visibility.
404      * @param v visibility in meters
405      */
406     inline void set_visibility( float v ) {
407         effective_visibility = visibility = v;
408     }
409 };
410
411
412 #endif // _SG_SKY_HXX