]> git.mxchange.org Git - simgear.git/blob - simgear/scene/sky/sky.hxx
Give the sky a BACKGROUND_BIT nodemask
[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  - http://www.flightgear.org/~curt
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 General Public License
22 // along with this program; if not, write to the Free Software
23 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
24 //
25 // $Id$
26
27
28 #ifndef _SG_SKY_HXX
29 #define _SG_SKY_HXX
30
31
32 #ifndef __cplusplus
33 # error This library requires C++
34 #endif
35
36 #include <simgear/compiler.h>
37 #include <simgear/misc/sg_path.hxx>
38 #include <simgear/props/props.hxx>
39
40 #include <vector>
41
42 #include <osg/ref_ptr>
43 #include <osg/MatrixTransform>
44 #include <osg/Node>
45 #include <osg/Switch>
46
47 #include <simgear/scene/sky/cloud.hxx>
48 #include <simgear/scene/sky/dome.hxx>
49 #include <simgear/scene/sky/moon.hxx>
50 #include <simgear/scene/sky/oursun.hxx>
51 #include <simgear/scene/sky/stars.hxx>
52
53 SG_USING_STD(vector);
54
55
56 typedef struct {
57         SGVec3f view_pos, zero_elev, view_up;
58         double lon, lat, alt, spin;
59         double gst;
60         double sun_ra, sun_dec, sun_dist;
61         double moon_ra, moon_dec, moon_dist;
62         double sun_angle;
63 } SGSkyState;
64
65 typedef struct {
66         SGVec3f sky_color, fog_color;
67         SGVec3f cloud_color;
68         double sun_angle, moon_angle;
69         int nplanets, nstars;
70         SGVec3d *planet_data;
71         SGVec3d *star_data;
72 } SGSkyColor;
73
74 /**
75  * A class to model a realistic (time/date/position) based sky.
76  *
77  * Introduction 
78  *
79  * The SGSky class models a blended sky dome, a haloed sun, a textured
80  * moon with phase that properly matches the date, stars and planets,
81  * and cloud layers. SGSky is designed to be dropped into existing
82  * plib based applications and depends heavily on plib's scene graph
83  * library, ssg. The sky implements various time of day lighting
84  * effects, it plays well with fog and visibility effects, and
85  * implements scudded cloud fly-through effects. Additionally, you can
86  * wire in the output of the SGEphemeris class to accurately position
87  * all the objects in the sky.
88  *
89  * Building the sky 
90  *
91
92  * Once you have created an instance of SGSky you must call the
93  * build() method.  Building the sky requires several textures. So,
94  * you must specify the path/directory where these textures reside
95  * before building the sky.  You do this first by calling the
96  * texture_path() method.
97
98  * The arguments you pass to the build() method allow you to specify
99  * the horizontal and vertical radiuses of the sky dome, the size of
100  * your sun sphere and moon sphere, a number of planets, and a
101  * multitude of stars.  For the planets and stars you pass in an array
102  * of right ascensions, declinations, and magnitudes.
103
104  * Cloud Layers 
105
106  * Cloud layers can be added, changed, or removed individually. To add
107  * a cloud layer use the add_cloud_layer() method.  The arguments
108  * allow you to specify base height above sea level, layer thickness,
109  * a transition zone for entering/leaving the cloud layer, the size of
110  * the cloud object, and the type of cloud texture. All distances are
111  * in meters. There are additional forms of this method that allow you
112  * to specify your own ssgSimpleState or texture name for drawing the
113  * cloud layer.
114
115  * Repainting the Sky 
116
117  * As the sun circles the globe, you can call the repaint() method to
118  * recolor the sky objects to simulate sunrise and sunset effects,
119  * visibility, and other lighting changes.  The arguments allow you to
120  * specify a base sky color (for the top of the dome), a fog color
121  * (for the horizon), the sun angle with the horizon (for
122  * sunrise/sunset effects), the moon angle (so we can make it more
123  * yellow at the horizon), and new star and planet data so that we can
124  * optionally change the magnitude of these (for day / night
125  * transitions.)
126
127  * Positioning Sky Objects 
128
129  * As time progresses and as you move across the surface of the earth,
130  * the apparent position of the objects and the various lighting
131  * effects can change. the reposition() method allows you to specify
132  * the positions of all the sky objects as well as your view position.
133  * The arguments allow you to specify your view position in world
134  * Cartesian coordinates, the zero elevation position in world
135  * Cartesian coordinates (your longitude, your latitude, sea level),
136  * the ``up'' vector in world Cartesian coordinates, current
137  * longitude, latitude, and altitude. A ``spin'' angle can be
138  * specified for orienting the sky with the sun position so sunset and
139  * sunrise effects look correct. You must specify GMT side real time,
140  * the sun right ascension, sun declination, and sun distance from
141  * view point (to keep it inside your view volume.) You also must
142  * specify moon right ascension, moon declination, and moon distance
143  * from view point.
144
145  * Rendering the Sky 
146
147  * The sky is designed to be rendered in three stages. The first stage
148  * renders the parts that form your back drop - the sky dome, the
149  * stars and planets, the sun, and the moon.  These should be rendered
150  * before the rest of your scene by calling the preDraw() method. The
151  * second stage renders the clouds that are above the viewer. This stage 
152  * is done before translucent objects in the main scene are drawn. It 
153  * is seperated from the preDraw routine to enable to implement a 
154  * multi passes technique and is located in the drawUpperClouds() method.
155  * The third stage renders the clouds that are below the viewer an which 
156  * are likely to be translucent (depending on type) and should be drawn 
157  * after your scene has been rendered.  Use the drawLowerClouds() method 
158  * to draw the second stage of the sky.
159
160  * A typical application might do the following: 
161
162  * <li> thesky->preDraw( my_altitude );
163  * <li> thesky->drawUpperClouds();
164  * <li> ssgCullAndDraw ( myscene ) ;
165  * <li> thesky->drawLowerClouds();
166
167  * The current altitude in meters is passed to the preDraw() method
168  * so the clouds layers can be rendered correction from most distant
169  * to closest.
170
171  * Visibility Effects 
172
173  * Visibility and fog is important for correctly rendering the
174  * sky. You can inform SGSky of the current visibility by calling the
175  * set_visibility() method.
176
177  * When transitioning through clouds, it is nice to pull in the fog as
178  * you get close to the cloud layer to hide the fact that the clouds
179  * are drawn as a flat polygon. As you get nearer to the cloud layer
180  * it is also nice to temporarily pull in the visibility to simulate
181  * the effects of flying in and out of the puffy edge of the
182  * cloud. These effects can all be accomplished by calling the
183  * modify_vis() method.  The arguments allow you to specify your
184  * current altitude (which is then compared to the altitudes of the
185  * various cloud layers.) You can also specify a time factor which
186  * should be the length in seconds since the last time you called
187  * modify_vis(). The time_factor value allows the puffy cloud effect
188  * to be calculated correctly.
189
190  * The modify_vis() method alters the SGSky's internal idea of
191  * visibility, so you should subsequently call get_visibility() to get
192  * the actual modified visibility. You should then make the
193  * appropriate glFog() calls to setup fog properly for your scene.
194
195  * Accessor Methods 
196
197  * Once an instance of SGSky has been successfully initialized, there
198  * are a couple accessor methods you can use such as get_num_layers()
199  * to return the number of cloud layers, get_cloud_layer(i) to return
200  * cloud layer number i, get_visibility() to return the actual
201  * visibility as modified by the sky/cloud model.
202
203  */
204
205 class SGSky {
206
207 private:
208     typedef std::vector<SGSharedPtr<SGCloudLayer> > layer_list_type;
209     typedef layer_list_type::iterator layer_list_iterator;
210     typedef layer_list_type::const_iterator layer_list_const_iterator;
211
212     // components of the sky
213     SGSharedPtr<SGSkyDome> dome;
214     SGSharedPtr<SGSun> oursun;
215     SGSharedPtr<SGMoon> moon;
216     SGSharedPtr<SGStars> planets;
217     SGSharedPtr<SGStars> stars;
218     layer_list_type cloud_layers;
219
220     osg::ref_ptr<osg::Group> pre_root, cloud_root;
221     osg::ref_ptr<osg::Switch> pre_selector;
222     osg::ref_ptr<osg::MatrixTransform> pre_transform;
223
224     SGPath tex_path;
225
226     // visibility
227     float visibility;
228     float effective_visibility;
229
230     int in_cloud;
231     int cur_layer_pos;
232
233     // near cloud visibility state variables
234     bool in_puff;
235     double puff_length;         // in seconds
236     double puff_progression;    // in seconds
237     double ramp_up;             // in seconds
238     double ramp_down;           // in seconds
239
240 public:
241
242     /** Constructor */
243     SGSky( void );
244
245     /** Destructor */
246     ~SGSky( void );
247
248     /**
249      * Initialize the sky and connect the components to the scene
250      * graph at the provided branch.  See discussion in detailed class
251      * description.
252      * @param h_radius_m horizontal radius of sky dome
253      * @param v_radius_m vertical radius of sky dome
254      * @param sun_size size of sun
255      * @param moon_size size of moon
256      * @param nplanets number of planets
257      * @param planet_data an array of planet right ascensions, declinations,
258      *        and magnitudes
259      * @param nstars number of stars
260      * @param star_data an array of star right ascensions, declinations,
261      *        and magnitudes
262      */
263     void build( double h_radius_m, double v_radius_m,
264                 double sun_size, double moon_size,
265                 int nplanets, SGVec3d planet_data[7],
266                 int nstars, SGVec3d star_data[], SGPropertyNode *property_tree_node );
267
268     /**
269      * Repaint the sky components based on current value of sun_angle,
270      * sky, and fog colors.  You can also specify new star and planet
271      * data so that we can optionally change the magnitude of these
272      * (for day/night transitions.)  See discussion in detailed
273      * class description.
274      *
275      * Sun and moon angles are specified in degrees relative to local up
276      * <li> 0 degrees = high noon
277      * <li> 90 degrees = sun rise/set
278      * <li> 180 degrees = darkest midnight
279      * @param sky_color the base sky color (for the top of the dome)
280      * @param fog_color the fog color (for the horizon)
281      * @param sun_angle the sun angle with the horizon (for sunrise/sunset
282      *        effects)
283      * @param moon_angle the moon angle (so we can make it more yellow
284      *        at the horizon)
285      * @param nplanets number of planets
286      * @param planet_data an array of planet right ascensions, declinations,
287      *        and magnitudes
288      * @param nstars number of stars
289      * @param star_data an array of star right ascensions, declinations,
290      *        and magnitudes
291      */
292     bool repaint( const SGSkyColor &sc );
293
294     /**
295      * Reposition the sky at the specified origin and orientation
296      *
297      * lon specifies a rotation about the Z axis
298      * lat specifies a rotation about the new Y axis
299      * spin specifies a rotation about the new Z axis (this allows
300      * additional orientation for the sunrise/set effects and is used
301      * by the skydome and perhaps clouds.  See discussion in detailed
302      * class description.
303      * @param view_pos specify your view position in world Cartesian
304      *        coordinates
305      * @param zero_elev the zero elevation position in world Cartesian
306      *        coordinates
307      * @param view_up the up vector in world Cartesian coordinates
308      * @param lon current longitude
309      * @param lat current latitude
310      * @param alt current altitude
311      * @param spin an offset angle for orienting the sky effects with the
312      *        sun position so sunset and sunrise effects look correct.
313      * @param gst GMT side real time
314      * @param sun_ra the sun's current right ascension
315      * @param sun_dec the sun's current declination
316      * @param sun_dist the sun's distance from the current view point
317      *        (to keep it inside your view volume.)
318      * @param moon_ra the moon's current right ascension
319      * @param moon_dec the moon's current declination
320      * @param moon_dist the moon's distance from the current view point. 
321      */
322     bool reposition( SGSkyState &st, double dt = 0.0 );
323
324     /**
325      * Modify the given visibility based on cloud layers, thickness,
326      * transition range, and simulated "puffs".  See discussion in detailed
327      * class description.
328      * @param alt current altitude
329      * @param time_factor amount of time since modify_vis() last called so
330      *        we can scale effect rates properly despite variable frame rates.
331      */
332     void modify_vis( float alt, float time_factor );
333
334     osg::Node* getPreRoot() { return pre_root.get(); }
335     osg::Node* getCloudRoot() { return cloud_root.get(); }
336
337     /** 
338      * Specify the texture path (optional, defaults to current directory)
339      * @param path base path to texture locations
340      */
341     inline void texture_path( const string& path ) {
342         tex_path = SGPath( path );
343     }
344     /** Enable drawing of the sky. */
345     inline void enable() {
346         pre_selector->setValue(0, 1);
347     }
348
349     /**
350      * Disable drawing of the sky in the scene graph.  The leaf node is still
351      * there, how ever it won't be traversed on by ssgCullandRender()
352      */
353     inline void disable() {
354         pre_selector->setValue(0, 0);
355     }
356
357     /**
358      * Get the current sun color
359      */
360     inline SGVec4f get_sun_color() { return oursun->get_color(); }
361
362     /**
363      * Add a cloud layer.
364      *
365      * Transfer pointer ownership to this object.
366      *
367      * @param layer The new cloud layer to add.
368      */
369     void add_cloud_layer (SGCloudLayer * layer);
370
371
372     /**
373      * Get a cloud layer (const).
374      *
375      * Pointer ownership remains with this object.
376      *
377      * @param i The index of the cloud layer, zero-based.
378      * @return A const pointer to the cloud layer.
379      */
380     const SGCloudLayer * get_cloud_layer (int i) const;
381
382
383     /**
384      * Get a cloud layer (non-const).
385      *
386      * Pointer ownership remains with this object.
387      *
388      * @param i The index of the cloud layer, zero-based.
389      * @return A non-const pointer to the cloud layer.
390      */
391     SGCloudLayer * get_cloud_layer (int i);
392
393
394     /**
395      * Return the number of cloud layers currently available.
396      *
397      * @return The cloud layer count.
398      */
399     int get_cloud_layer_count () const;
400
401
402     /** @return current effective visibility */
403     inline float get_visibility() const { return effective_visibility; }
404
405     /** Set desired clear air visibility.
406      * @param v visibility in meters
407      */
408     inline void set_visibility( float v ) {
409         effective_visibility = visibility = (v <= 25.0) ? 25.0 : v;
410     }
411 };
412
413
414 #endif // _SG_SKY_HXX