simgear/scene/tgdb/SGOceanTile.cxx

   1 /* -*-c++-*-
   2  *
   3  * Copyright (C) 2006-2007 Mathias Froehlich, Tim Moore
   4  *
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  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston,
  18  * MA 02110-1301, USA.
  19  *
  20  */
  21
  22 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  23 #  include <simgear_config.h>
  24 #endif
  25
  26 #include "SGOceanTile.hxx"
  27
  28 #include <math.h>
  29 #include <simgear/compiler.h>
  30
  31 #include <osg/Geode>
  32 #include <osg/Geometry>
  33 #include <osg/MatrixTransform>
  34 #include <osg/StateSet>
  35
  36 #include <simgear/bucket/newbucket.hxx>
  37 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  38 #include <simgear/math/sg_types.hxx>
  39 #include <simgear/misc/texcoord.hxx>
  40 #include <simgear/scene/material/Effect.hxx>
  41 #include <simgear/scene/material/EffectGeode.hxx>
  42 #include <simgear/scene/material/mat.hxx>
  43 #include <simgear/scene/material/matlib.hxx>
  44
  45 #include <simgear/scene/util/VectorArrayAdapter.hxx>
  46
  47 using namespace simgear;
  48 // Ocean tile with curvature and apron to hide cracks. The cracks are
  49 // mostly with adjoining coastal tiles that assume a flat ocean
  50 // between corners of a tile; they also hide the micro cracks between
  51 // adjoining ocean tiles. This is probably over-engineered, but it
  52 // serves as a testbed for some things that will come later.
  53
  54 // Helper class for building and accessing the mesh. The layout of the
  55 // points in the mesh is a little wacky. First is the bottom row of
  56 // the points for the apron. Next is the left apron point, the points
  57 // in the mesh, and the right apron point, for each of the rows of the
  58 // mesh; the points for the top apron come last. This order should
  59 // help with things like vertex caching in the OpenGL driver, though
  60 // it may be superfluous for such a small mesh.
  61 namespace
  62 {
  63 const int lonPoints = 5;
  64 const int latPoints = 5;
  65
  66 class OceanMesh {
  67 public:
  68     OceanMesh():
  69         geoPoints(latPoints * lonPoints + 2 * (lonPoints + latPoints)),
  70         geod_nodes(latPoints * lonPoints),
  71         vl(new osg::Vec3Array(geoPoints)),
  72         nl(new osg::Vec3Array(geoPoints)),
  73         tl(new osg::Vec2Array(geoPoints)),
  74         vlArray(*vl, lonPoints + 2, lonPoints, 1),
  75         nlArray(*nl, lonPoints + 2, lonPoints, 1),
  76         tlArray(*tl, lonPoints + 2, lonPoints, 1)
  77     {
  78     }
  79     const int geoPoints;
  80     SGGeod geod[latPoints][lonPoints];
  81     SGVec3f normals[latPoints][lonPoints];
  82     SGVec3d rel[latPoints][lonPoints];
  83
  84     std::vector<SGGeod> geod_nodes;
  85
  86     osg::Vec3Array* vl;
  87     osg::Vec3Array* nl;
  88     osg::Vec2Array* tl;
  89     VectorArrayAdapter<osg::Vec3Array> vlArray;
  90     VectorArrayAdapter<osg::Vec3Array> nlArray;
  91     VectorArrayAdapter<osg::Vec2Array> tlArray;
  92
  93     void calcMesh(const SGVec3d& cartCenter, const SGQuatd& orient,
  94                   double clon, double clat,
  95                   double height, double width, double tex_width);
  96     void calcApronPt(int latIdx, int lonIdx, int latInner, int lonInner,
  97                      int destIdx, double tex_width);
  98     void calcApronPts(double tex_width);
  99
 100 };
 101 }
 102
 103 void OceanMesh::calcMesh(const SGVec3d& cartCenter, const SGQuatd& orient,
 104                          double clon, double clat,
 105                          double height, double width, double tex_width)
 106 {
 107     // Calculate vertices. By splitting the tile up into 4 quads on a
 108     // side we avoid curvature-of-the-earth problems; the error should
 109     // be less than .5 meters.
 110     double longInc = width * .25;
 111     double latInc = height * .25;
 112     double startLat = clat - height * .5;
 113     double startLon = clon - width * .5;
 114     for (int j = 0; j < latPoints; j++) {
 115         double lat = startLat + j * latInc;
 116         for (int i = 0; i < lonPoints; i++) {
 117             geod[j][i] = SGGeod::fromDeg(startLon + i * longInc, lat);
 118             SGVec3d cart = SGVec3d::fromGeod(geod[j][i]);
 119             rel[j][i] = orient.transform(cart - cartCenter);
 120             normals[j][i] = toVec3f(orient.transform(normalize(cart)));
 121         }
 122     }
 123
 124     // Calculate texture coordinates
 125     typedef std::vector<SGGeod> GeodVector;
 126
 127     GeodVector geod_nodes(latPoints * lonPoints);
 128     VectorArrayAdapter<GeodVector> geodNodesArray(geod_nodes, lonPoints);
 129     int_list rectangle(latPoints * lonPoints);
 130     VectorArrayAdapter<int_list> rectArray(rectangle, lonPoints);
 131     for (int j = 0; j < latPoints; j++) {
 132         for (int i = 0; i < lonPoints; i++) {
 133             geodNodesArray(j, i) = geod[j][i];
 134             rectArray(j, i) = j * 5 + i;
 135         }
 136     }
 137
 138     typedef std::vector<SGVec2f> Vec2Array;
 139     Vec2Array texs = sgCalcTexCoords( clat, geod_nodes, rectangle,
 140                                        1000.0 / tex_width );
 141
 142
 143     VectorArrayAdapter<Vec2Array> texsArray(texs, lonPoints);
 144
 145     for (int j = 0; j < latPoints; j++) {
 146         for (int i = 0; i < lonPoints; ++i) {
 147             vlArray(j, i) = toOsg(rel[j][i]);
 148             nlArray(j, i) = toOsg(normals[j][i]);
 149             tlArray(j, i) = toOsg(texsArray(j, i));
 150         }
 151     }
 152
 153 }
 154
 155 // Apron points. For each point on the edge we'll go 150
 156 // metres "down" and 40 metres "out" to create a nice overlap. The
 157 // texture should be applied according to this dimension. The
 158 // normals of the apron polygons will be the same as the those of
 159 // the points on the edge to better disguise the apron.
 160 void OceanMesh::calcApronPt(int latIdx, int lonIdx, int latInner, int lonInner,
 161                             int destIdx, double tex_width)
 162 {
 163     static const float downDist = 150.0f;
 164     static const float outDist = 40.0f;
 165     // Get vector along edge, in the right direction to make a cross
 166     // product with the normal vector that will point out from the
 167     // mesh.
 168     osg::Vec3f edgePt = vlArray(latIdx, lonIdx);
 169     osg::Vec3f edgeVec;
 170     if (lonIdx == lonInner) {   // bottom or top edge
 171         if (lonIdx > 0)
 172             edgeVec = vlArray(latIdx, lonIdx - 1) - edgePt;
 173         else
 174             edgeVec = edgePt - vlArray(latIdx, lonIdx + 1);
 175         if (latIdx > latInner)
 176             edgeVec = -edgeVec;  // Top edge
 177     } else {                     // right or left edge
 178         if (latIdx > 0)
 179             edgeVec = edgePt - vlArray(latIdx - 1, lonIdx);
 180         else
 181             edgeVec = vlArray(latIdx + 1, lonIdx) - edgePt;
 182         if (lonIdx > lonInner)  // right edge
 183             edgeVec = -edgeVec;
 184     }
 185     edgeVec.normalize();
 186     osg::Vec3f outVec = nlArray(latIdx, lonIdx) ^ edgeVec;
 187     (*vl)[destIdx]
 188         = edgePt - nlArray(latIdx, lonIdx) * downDist + outVec * outDist;
 189     (*nl)[destIdx] = nlArray(latIdx, lonIdx);
 190     static const float apronDist
 191         = sqrtf(downDist * downDist  + outDist * outDist);
 192     float texDelta = apronDist / tex_width;
 193     if (lonIdx == lonInner) {
 194         if (latIdx > latInner)
 195             (*tl)[destIdx]
 196                 = tlArray(latIdx, lonIdx) + osg::Vec2f(0.0f, texDelta);
 197         else
 198             (*tl)[destIdx]
 199                 = tlArray(latIdx, lonIdx) - osg::Vec2f(0.0f, texDelta);
 200     } else {
 201         if (lonIdx > lonInner)
 202             (*tl)[destIdx]
 203                 = tlArray(latIdx, lonIdx) + osg::Vec2f(texDelta, 0.0f);
 204         else
 205             (*tl)[destIdx]
 206                 = tlArray(latIdx, lonIdx) - osg::Vec2f(texDelta, 0.0f);
 207     }
 208 }
 209
 210 void OceanMesh::calcApronPts(double tex_width)
 211 {
 212     for (int i = 0; i < lonPoints; i++)
 213         calcApronPt(0, i, 1, i, i, tex_width);
 214     int topApronOffset = latPoints + (2 + lonPoints) * latPoints;
 215     for (int i = 0; i < lonPoints; i++)
 216         calcApronPt(latPoints - 1, i, latPoints - 2, i,
 217                     i + topApronOffset, tex_width);
 218     for (int i = 0; i < latPoints; i++) {
 219         calcApronPt(i, 0, i, 1, lonPoints + i * (lonPoints + 2), tex_width);
 220         calcApronPt(i, lonPoints - 1, i, lonPoints - 2,
 221                     lonPoints + i * (lonPoints + 2) + 1 + lonPoints, tex_width);
 222     }
 223 }
 224
 225 namespace
 226 {
 227 // Enter the vertices of triangles that fill one row of the
 228 // mesh. The vertices are entered in counter-clockwise order.
 229 void fillDrawElementsRow(int width, short row0Start, short row1Start,
 230                          osg::DrawElementsUShort::vector_type::iterator&
 231                          elements)
 232 {
 233     short row0Idx = row0Start;
 234     short row1Idx = row1Start;
 235     for (int i = 0; i < width - 1; i++, row0Idx++, row1Idx++) {
 236         *elements++ = row0Idx;
 237         *elements++ = row0Idx + 1;
 238         *elements++ = row1Idx;
 239         *elements++ = row1Idx;
 240         *elements++ = row0Idx + 1;
 241         *elements++ = row1Idx + 1;
 242     }
 243 }
 244
 245 void fillDrawElementsWithApron(short height, short width,
 246                                osg::DrawElementsUShort::vector_type::iterator
 247                                elements)
 248 {
 249     // First apron row
 250     fillDrawElementsRow(width, 0, width + 1, elements);
 251     for (short i = 0; i < height - 1; i++)
 252         fillDrawElementsRow(width + 2, width + i * (width + 2),
 253                             width + (i + 1) * (width + 2),
 254                             elements);
 255     // Last apron row
 256     short topApronBottom = width + (height - 1) * (width + 2) + 1;
 257     fillDrawElementsRow(width, topApronBottom, topApronBottom + width + 1,
 258                         elements);
 259 }
 260 }
 261
 262 osg::Node* SGOceanTile(const SGBucket& b, SGMaterialLib *matlib)
 263 {
 264     Effect *effect = 0;
 265
 266     double tex_width = 1000.0;
 267
 268     // find Ocean material in the properties list
 269     SGMaterial *mat = matlib->find( "Ocean" );
 270     if ( mat != NULL ) {
 271         // set the texture width and height values for this
 272         // material
 273         tex_width = mat->get_xsize();
 274
 275         // set OSG State
 276         effect = mat->get_effect();
 277     } else {
 278         SG_LOG( SG_TERRAIN, SG_ALERT, "Ack! unknown use material name = Ocean");
 279     }
 280     OceanMesh grid;
 281     // Calculate center point
 282     SGVec3d cartCenter = SGVec3d::fromGeod(b.get_center());
 283     SGGeod geodPos = SGGeod::fromCart(cartCenter);
 284     SGQuatd hlOr = SGQuatd::fromLonLat(geodPos)*SGQuatd::fromEulerDeg(0, 0, 180);
 285
 286     double clon = b.get_center_lon();
 287     double clat = b.get_center_lat();
 288     double height = b.get_height();
 289     double width = b.get_width();
 290
 291     grid.calcMesh(cartCenter, hlOr, clon, clat, height, width, tex_width);
 292     grid.calcApronPts(tex_width);
 293
 294     osg::Vec4Array* cl = new osg::Vec4Array;
 295     cl->push_back(osg::Vec4(1, 1, 1, 1));
 296
 297     osg::Geometry* geometry = new osg::Geometry;
 298     geometry->setVertexArray(grid.vl);
 299     geometry->setNormalArray(grid.nl);
 300     geometry->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_PER_VERTEX);
 301     geometry->setColorArray(cl);
 302     geometry->setColorBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL);
 303     geometry->setTexCoordArray(0, grid.tl);
 304
 305     // Allocate the indices for triangles in the mesh and the apron
 306     osg::DrawElementsUShort* drawElements
 307         = new osg::DrawElementsUShort(GL_TRIANGLES,
 308                                       6 * ((latPoints - 1) * (lonPoints + 1)
 309                                            + 2 * (latPoints - 1)));
 310     fillDrawElementsWithApron(latPoints, lonPoints, drawElements->begin());
 311     geometry->addPrimitiveSet(drawElements);
 312
 313     EffectGeode* geode = new EffectGeode;
 314     geode->setName("Ocean tile");
 315     geode->setEffect(effect);
 316     geode->addDrawable(geometry);
 317     geode->runGenerators(geometry);
 318
 319     osg::MatrixTransform* transform = new osg::MatrixTransform;
 320     transform->setName("Ocean");
 321     transform->setMatrix(osg::Matrix::rotate(toOsg(hlOr))*
 322                          osg::Matrix::translate(toOsg(cartCenter)));
 323     transform->addChild(geode);
 324
 325     return transform;
 326 }