Shaders/skydome.frag

   1 #version 120\r
   2  \r
   3 // Atmospheric scattering shader for flightgear\r
   4 // Written by Lauri Peltonen (Zan)\r
   5 // Implementation of O'Neil's algorithm\r
   6 // Ground haze layer added by Thorsten Renk\r
   7  \r
   8 varying vec3 rayleigh;\r
   9 varying vec3 mie;\r
  10 varying vec3 eye;\r
  11 varying vec3 hazeColor;\r
  12 varying float ct;\r
  13 varying float cphi;\r
  14 varying float delta_z;\r
  15 varying float alt;\r
  16 varying float earthShade;\r
  17  \r
  18 uniform float overcast;\r
  19 uniform float saturation;\r
  20 uniform float visibility;\r
  21 uniform float avisibility;\r
  22 uniform float scattering;\r
  23 uniform float cloud_self_shading;\r
  24 uniform float horizon_roughness;\r
  25 \r
  26 const float EarthRadius = 5800000.0;\r
  27 \r
  28 float miePhase(in float cosTheta, in float g)\r
  29 {\r
  30   float g2 = g*g;\r
  31   float a = 1.5 * (1.0 - g2);\r
  32   float b = (2.0 + g2);\r
  33   float c = 1.0 + cosTheta*cosTheta;\r
  34   float d = pow(1.0 + g2 - 2.0 * g * cosTheta, 0.6667);\r
  35  \r
  36   return (a*c) / (b*d);\r
  37 }\r
  38  \r
  39 float rayleighPhase(in float cosTheta)\r
  40 {\r
  41   //return 1.5 * (1.0 + cosTheta*cosTheta);\r
  42   return 1.5 * (2.0 + 0.5*cosTheta*cosTheta);\r
  43 }\r
  44  \r
  45 float rand2D(in vec2 co){\r
  46     return fract(sin(dot(co.xy ,vec2(12.9898,78.233))) * 43758.5453);\r
  47 }\r
  48 \r
  49 float simple_interpolate(in float a, in float b, in float x)\r
  50 {\r
  51 return a + smoothstep(0.0,1.0,x) * (b-a);\r
  52 }\r
  53 \r
  54 float interpolatedNoise2D(in float x, in float y)\r
  55 {\r
  56       float integer_x    = x - fract(x);\r
  57       float fractional_x = x - integer_x;\r
  58 \r
  59       float integer_y    = y - fract(y);\r
  60       float fractional_y = y - integer_y;\r
  61 \r
  62       float v1 = rand2D(vec2(integer_x, integer_y));\r
  63       float v2 = rand2D(vec2(integer_x+1.0, integer_y));\r
  64       float v3 = rand2D(vec2(integer_x, integer_y+1.0));\r
  65       float v4 = rand2D(vec2(integer_x+1.0, integer_y +1.0));\r
  66 \r
  67       float i1 = simple_interpolate(v1 , v2 , fractional_x);\r
  68       float i2 = simple_interpolate(v3 , v4 , fractional_x);\r
  69 \r
  70       return simple_interpolate(i1 , i2 , fractional_y);\r
  71 }\r
  72  \r
  73 float Noise2D(in vec2 coord, in float wavelength)\r
  74 {\r
  75 return interpolatedNoise2D(coord.x/wavelength, coord.y/wavelength);\r
  76 \r
  77 }\r
  78  \r
  79 void main()\r
  80 {\r
  81 \r
  82   vec3 shadedFogColor = vec3(0.65, 0.67, 0.78);\r
  83   float cosTheta = dot(normalize(eye), gl_LightSource[0].position.xyz);\r
  84  \r
  85   // position of the horizon line\r
  86 \r
  87   float lAltitude = alt + delta_z;\r
  88   float radiusEye = EarthRadius + alt;\r
  89   float radiusLayer = EarthRadius + lAltitude;\r
  90   float cthorizon;\r
  91   float ctterrain;\r
  92 \r
  93   if (radiusEye > radiusLayer) cthorizon = -sqrt(radiusEye * radiusEye - radiusLayer * radiusLayer)/radiusEye;\r
  94   else cthorizon = sqrt(radiusLayer * radiusLayer - radiusEye * radiusEye)/radiusLayer;\r
  95 \r
  96   ctterrain = -sqrt(radiusEye * radiusEye - EarthRadius * EarthRadius)/radiusEye;\r
  97 \r
  98   vec3 color = rayleigh * rayleighPhase(cosTheta);\r
  99   color += mie * miePhase(cosTheta, -0.8);\r
 100 \r
 101   vec3 black = vec3(0.0,0.0,0.0);\r
 102 \r
 103   \r
 104   float ovc = overcast;\r
 105 \r
 106 \r
 107 \r
 108   float sat = 1.0 - ((1.0 - saturation) * 2.0);\r
 109   if (sat < 0.3) sat = 0.3;\r
 110 \r
 111 \r
 112   \r
 113 \r
 114 if (color.r > 0.58) color.r = 1.0 - exp(-1.5 * color.r);\r
 115 if (color.g > 0.58) color.g = 1.0 - exp(-1.5 * color.g);\r
 116 if (color.b > 0.58) color.b = 1.0 - exp(-1.5 * color.b);\r
 117   \r
 118 \r
 119 \r
 120 // fog computations for a ground haze layer, extending from zero to lAltitude\r
 121 \r
 122 \r
 123 \r
 124 float transmission;\r
 125 float vAltitude;\r
 126 float delta_zv;\r
 127 \r
 128 float costheta = ct;\r
 129 \r
 130 float vis = min(visibility, avisibility);\r
 131 \r
 132 \r
 133  if (delta_z > 0.0) // we're inside the layer\r
 134         {\r
 135         if (costheta>0.0 + ctterrain) // looking up, view ray intersecting upper layer edge\r
 136                 {\r
 137                 transmission  = exp(-min((delta_z/max(costheta,0.1)),25000.0)/vis);\r
 138                 //transmission = 1.0;\r
 139                 vAltitude = min(vis * costheta, delta_z);\r
 140                 delta_zv = delta_z - vAltitude;\r
 141                 }\r
 142 \r
 143         else // looking down, view range intersecting terrain (which may not be drawn)\r
 144                 {\r
 145                 transmission = exp(alt/vis/costheta);\r
 146                 vAltitude = min(-vis * costheta, alt);\r
 147                 delta_zv = delta_z + vAltitude;\r
 148                 }\r
 149         }\r
 150   else // we see the layer from above\r
 151         {       \r
 152         if (costheta < 0.0 + cthorizon) \r
 153                 {\r
 154                 transmission = exp(-min(lAltitude/abs(costheta),25000.0)/vis);\r
 155                 transmission = transmission * exp(-alt/avisibility/abs(costheta));\r
 156                 transmission = 1.0 - (1.0 - transmission) * smoothstep(0+cthorizon, -0.02+cthorizon, costheta);\r
 157                 vAltitude = min(lAltitude, -vis * costheta);\r
 158                 delta_zv = vAltitude; \r
 159                 }\r
 160         else\r
 161                 {       \r
 162                 transmission = 1.0;\r
 163                 delta_zv = 0.0;\r
 164                 }\r
 165         }\r
 166 \r
 167 // combined intensity reduction by cloud shading and fog self-shading, corrected for Weber-Fechner perception law\r
 168 float eqColorFactor = 1.0 - 0.1 * delta_zv/vis - (1.0 - min(scattering,cloud_self_shading));\r
 169 \r
 170 \r
 171 // there's always residual intensity, we should never be driven to zero\r
 172 if (eqColorFactor < 0.2) eqColorFactor = 0.2;\r
 173 \r
 174 \r
 175 // postprocessing of haze color\r
 176 vec3 hColor = hazeColor;\r
 177 \r
 178 \r
 179 // high altitude desaturation\r
 180 float intensity = length(hColor);\r
 181 hColor = intensity * normalize (mix(hColor, intensity * vec3 (1.0,1.0,1.0), 0.7 * smoothstep(5000.0, 50000.0, alt)));\r
 182 \r
 183 hColor = clamp(hColor,0.0,1.0);\r
 184 \r
 185 // blue hue\r
 186 hColor.x = 0.83 * hColor.x;\r
 187 hColor.y = 0.9 * hColor.y;\r
 188 \r
 189 \r
 190 \r
 191 // further blueshift when in shadow, either cloud shadow, or self-shadow or Earth shadow, dependent on indirect \r
 192 // light\r
 193 \r
 194 float fade_out = max(0.65 - 0.3 *overcast, 0.45);\r
 195 intensity = length(hColor);\r
 196 vec3 oColor = hColor;\r
 197 oColor = intensity * normalize(mix(oColor,  shadedFogColor, (smoothstep(0.1,1.0,ovc)))); \r
 198 oColor = clamp(oColor,0.0,1.0);\r
 199 color = ovc *  mix(color, oColor * earthShade ,smoothstep(-0.1+ctterrain, 0.0+ctterrain, ct)) + (1.0-ovc) * color; \r
 200 \r
 201 \r
 202 hColor = intensity * normalize(mix(hColor,  1.5 * shadedFogColor, 1.0 -smoothstep(0.25, fade_out,earthShade) ));\r
 203 hColor = intensity * normalize(mix(hColor,  shadedFogColor, (1.0 - smoothstep(0.5,0.9,eqColorFactor)))); \r
 204 hColor = hColor * earthShade;\r
 205 \r
 206 // accounting for overcast and saturation \r
 207 \r
 208 \r
 209 \r
 210 color = sat * color + (1.0 - sat) * mix(color, black, smoothstep(0.4+cthorizon,0.2+cthorizon,ct));\r
 211 \r
 212 \r
 213 // the terrain below the horizon gets drawn in one optical thickness\r
 214 vec3 terrainHazeColor = eqColorFactor * hColor; \r
 215 \r
 216 // determine a visibility-dependent angle for how smoothly the haze blends over the skydome\r
 217 \r
 218 float hazeBlendAngle = max(0.01,1000.0/avisibility + 0.3 * (1.0 - smoothstep(5000.0, 30000.0, avisibility)));\r
 219 float altFactor = smoothstep(-300.0, 0.0, delta_z);\r
 220 float altFactor2 =  0.2 + 0.8 * smoothstep(-3000.0, 0.0, delta_z);\r
 221 hazeBlendAngle = hazeBlendAngle + 0.1 * altFactor;\r
 222 hazeBlendAngle = hazeBlendAngle +  (1.0-horizon_roughness) * altFactor2 * 0.1 *  Noise2D(vec2(0.0,cphi), 0.3);\r
 223 \r
 224 terrainHazeColor = clamp(terrainHazeColor,0.0,1.0);\r
 225 color = mix(color, terrainHazeColor ,smoothstep(hazeBlendAngle + ctterrain, 0.0+ctterrain, ct));\r
 226 \r
 227 \r
 228 // mix fog the skydome with the right amount of haze\r
 229 \r
 230 hColor = clamp(hColor,0.0,1.0);\r
 231 color = transmission * color  + (1.0-transmission) * eqColorFactor * hColor;\r
 232 \r
 233 \r
 234   gl_FragColor = vec4(color, 1.0);\r
 235   gl_FragDepth = 0.1;\r
 236 \r
 237 }\r
 238 \r