Support for creating high altitude noctilucent clouds in Advanced Weather/ALS
[fg:toms-fgdata.git] / Shaders / cloud-noctilucent-lightfield.vert
1 // -*-C++-*-
2 #version 120
3
4 varying float fogFactor;
5 varying vec3 hazeColor;
6
7 uniform float terminator;
8 uniform float altitude;
9 uniform float cloud_self_shading;
10 uniform float moonlight;
11
12 const float shade = 1.0;
13 const float cloud_height = 1000.0;
14 const float EarthRadius = 5800000.0;
15
16 // light_func is a generalized logistic function fit to the light intensity as a function
17 // of scaled terminator position obtained from Flightgear core
18
19 float light_func (in float x, in float a, in float b, in float c, in float d, in float e)
20 {
21 x = x-0.5;
22
23 // use the asymptotics to shorten computations
24 if (x > 30.0) {return e;}
25 if (x < -15.0) {return 0.03;}
26
27
28 return e / pow((1.0 + a * exp(-b * (x-c)) ),(1.0/d));
29 }
30
31 void main(void)
32 {       
33
34   vec3 shadedFogColor = vec3 (0.65, 0.67, 0.78);
35   vec3 moonLightColor = vec3 (0.095, 0.095, 0.15) * moonlight;
36
37   gl_TexCoord[0] = gl_TextureMatrix[0] * gl_MultiTexCoord0;
38   //gl_TexCoord[0] = gl_MultiTexCoord0 + vec4(textureIndexX, textureIndexY, 0.0, 0.0);
39   vec4 ep = gl_ModelViewMatrixInverse * vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);
40   vec4 l  = gl_ModelViewMatrixInverse * vec4(0.0,0.0,1.0,1.0);
41   vec3 u = normalize(ep.xyz - l.xyz);
42
43   gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
44   gl_Position.x = gl_Vertex.x;
45   gl_Position.y += gl_Vertex.y;
46   gl_Position.z += gl_Vertex.z;
47   gl_Position.xyz += gl_Color.xyz;
48
49
50   // Determine a lighting normal based on the vertex position from the
51   // center of the cloud, so that sprite on the opposite side of the cloud to the sun are darker.
52   float n = dot(normalize(-gl_LightSource[0].position.xyz),
53                 normalize(mat3x3(gl_ModelViewMatrix) * (- gl_Position.xyz)));;
54
55   // Determine the position - used for fog and shading calculations
56   vec3 ecPosition = vec3(gl_ModelViewMatrix * gl_Position);
57   float fogCoord = abs(ecPosition.z);
58   float fract = smoothstep(0.0, cloud_height, gl_Position.z + cloud_height);
59
60   vec3 relVector = gl_Position.xyz - ep.xyz;
61   gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * gl_Position;
62
63  // Light at the final position
64
65  // first obtain normal to sun position
66
67   vec3 lightFull = (gl_ModelViewMatrixInverse * gl_LightSource[0].position).xyz;
68   vec3 lightHorizon = normalize(vec3(lightFull.x,lightFull.y, 0.0));
69
70  // yprime is the distance of the vertex into sun direction, corrected for altitude
71   //float vertex_alt = max(altitude * 0.30480 + relVector.z,100.0); 
72   float vertex_alt = altitude + relVector.z; 
73   float yprime = -dot(relVector, lightHorizon);
74   float yprime_alt = yprime -sqrt(2.0 * EarthRadius * vertex_alt);
75
76   // compute the light at the position
77   //vec4 light_diffuse;
78   
79   float lightArg = (terminator-yprime_alt)/100000.0;
80
81   //light_diffuse.b = light_func(lightArg, 1.330e-05, 0.264, 2.227, 1.08e-05, 1.0);
82   //light_diffuse.g = light_func(lightArg, 3.931e-06, 0.264, 3.827, 7.93e-06, 1.0);
83   //light_diffuse.r = light_func(lightArg, 8.305e-06, 0.161, 3.827, 3.04e-05, 1.0);
84   //light_diffuse.a = 1.0;
85
86   float light_intensity = light_func(lightArg, 8.305e-06, 0.161, 3.827, 3.04e-05, 1.0);
87   vec4 light_diffuse = vec4 (0.57, 0.57, 0.9, 1.0);
88   light_diffuse.rgb = light_intensity * light_diffuse.rgb;
89   
90   float intensity = length(light_diffuse.rgb);
91   //light_diffuse.rgb = intensity * normalize(mix(light_diffuse.rgb, shadedFogColor, (1.0 - smoothstep(0.5,0.9, cloud_self_shading ))));   
92
93 // Determine the shading of the sprite based on its vertical position and position relative to the sun.
94   n = min(smoothstep(-0.5, 0.0, n), fract);
95 // Determine the shading based on a mixture from the backlight to the front
96   vec4 backlight = light_diffuse * shade;
97
98   gl_FrontColor = mix(backlight, light_diffuse, n);
99   gl_FrontColor += gl_FrontLightModelProduct.sceneColor;
100
101   // As we get within 100m of the sprite, it is faded out. Equally at large distances it also fades out.
102   gl_FrontColor.a = 0.2 * min(smoothstep(100.0, 250.0, fogCoord), 1.0 - smoothstep(250000.0, 300000.0, fogCoord));
103   // During the day, noctilucent clouds are invisible
104   gl_FrontColor.a = gl_FrontColor.a * (1.0 -  smoothstep(4.0,8.0,lightArg)); 
105   
106   
107   // Fog doesn't affect rain as much as other objects.
108   //fogFactor = exp( -gl_Fog.density * fogCoord * 0.4);
109   //fogFactor = clamp(fogFactor, 0.0, 1.0);
110
111 float fadeScale = 0.05 + 0.2 * log(fogCoord/1000.0);
112   if (fadeScale < 0.05) fadeScale = 0.05;
113   fogFactor = exp( -gl_Fog.density * fogCoord * fadeScale);
114
115   hazeColor = light_diffuse.rgb;
116   hazeColor.r = hazeColor.r * 0.83;
117   hazeColor.g = hazeColor.g * 0.9; 
118
119  // in sunset or sunrise conditions, do extra shading of clouds
120   
121         
122
123   // two times terminator width governs how quickly light fades into shadow
124   float terminator_width = 200000.0;
125
126   // now dim the light
127   float earthShade = 0.9 * smoothstep(terminator_width+ terminator, -terminator_width + terminator, yprime_alt) + 0.1;
128
129   if (earthShade < 0.8)
130         {
131         intensity = length(light_diffuse.rgb); 
132         gl_FrontColor.rgb = intensity * normalize(mix(gl_FrontColor.rgb,  shadedFogColor, 1.0 -smoothstep(0.1, 0.8,earthShade ) ));
133         }
134
135   hazeColor = hazeColor * earthShade;
136   gl_FrontColor.rgb = gl_FrontColor.rgb * earthShade;
137   gl_FrontColor.rgb = gl_FrontColor.rgb +  moonLightColor * (1.0 - smoothstep(0.4, 0.5, earthShade));
138   hazeColor.rgb = hazeColor.rgb + moonLightColor * (1.0 - smoothstep(0.4, 0.5, earthShade));
139   gl_BackColor = gl_FrontColor;
140
141 }