Shaders/water.frag

   1 // This shader is mostly an adaptation of the shader found at
   2 //  http://www.bonzaisoftware.com/water_tut.html and its glsl conversion
   3 //  available at http://forum.bonzaisoftware.com/viewthread.php?tid=10
   4 //  © Michael Horsch - 2005
   5 //  Major update and revisions - 2011-10-07
   6 //  © Emilian Huminiuc and Vivian Meazza
   7 //  Optimisation - 2012-5-05
   8 //  Based on ideas by Thorsten Renk
   9 //  © Emilian Huminiuc and Vivian Meazza
  10
  11 #version 120
  12
  13 uniform sampler2D water_normalmap;
  14 uniform sampler2D water_reflection;
  15 uniform sampler2D water_dudvmap;
  16 uniform sampler2D water_reflection_grey;
  17 uniform sampler2D sea_foam;
  18 uniform sampler2D perlin_normalmap;
  19
  20 uniform float saturation, Overcast, WindE, WindN;
  21 uniform float CloudCover0, CloudCover1, CloudCover2, CloudCover3, CloudCover4;
  22 uniform float osg_SimulationTime;
  23 uniform int Status;
  24
  25 varying vec4 waterTex1; //moving texcoords
  26 varying vec4 waterTex2; //moving texcoords
  27 varying vec3 viewerdir;
  28 varying vec3 lightdir;
  29 varying vec3 normal;
  30
  31 uniform    float WaveFreq ;
  32 uniform    float WaveAmp ;
  33 uniform    float WaveSharp ;
  34 uniform    float normalmap_dds;
  35
  36 ////fog "include" /////
  37 uniform int fogType;
  38
  39 vec3 fog_Func(vec3 color, int type);
  40 //////////////////////
  41
  42 /////// functions /////////
  43
  44 void rotationmatrix(in float angle, out mat4 rotmat)
  45     {
  46     rotmat = mat4( cos( angle ), -sin( angle ), 0.0, 0.0,
  47         sin( angle ),  cos( angle ), 0.0, 0.0,
  48         0.0         ,  0.0         , 1.0, 0.0,
  49         0.0         ,  0.0         , 0.0, 1.0 );
  50     }
  51
  52 void main(void)
  53     {
  54     const vec4 sca = vec4(0.005, 0.005, 0.005, 0.005);
  55     const vec4 sca2 = vec4(0.02, 0.02, 0.02, 0.02);
  56     const vec4 tscale = vec4(0.25, 0.25, 0.25, 0.25);
  57
  58     mat4 RotationMatrix;
  59     // compute direction to viewer
  60     vec3 E = normalize(viewerdir);
  61
  62     // compute direction to light source
  63     vec3 L = normalize(lightdir);
  64
  65     // half vector
  66     vec3 H = normalize(L + E);
  67
  68     vec3 Normal = normalize(normal);
  69
  70     const float water_shininess = 240.0;
  71
  72     // approximate cloud cover
  73     float cover = 0.0;
  74     //bool Status = true;
  75
  76
  77     float windEffect = sqrt( WindE*WindE + WindN*WindN ) * 0.6;                                          //wind speed in kt
  78     float windScale = 15.0/(3.0 + windEffect);                                                                                  //wave scale
  79     float windEffect_low = 0.3 + 0.7 * smoothstep(0.0, 5.0, windEffect);                                //low windspeed wave filter
  80     float waveRoughness = 0.05 + smoothstep(0.0, 20.0, windEffect);                                             //wave roughness filter
  81
  82     float mixFactor = 0.75 - 0.15 * smoothstep(0.0, 40.0, windEffect);
  83     mixFactor = clamp(mixFactor, 0.3, 0.8);
  84
  85     if (Status == 1){
  86         cover = min(min(min(min(CloudCover0, CloudCover1),CloudCover2),CloudCover3),CloudCover4);
  87         } else {
  88             // hack to allow for Overcast not to be set by Local Weather
  89             if (Overcast == 0){
  90                 cover = 5;
  91                 } else {
  92                     cover = Overcast * 5;
  93                 }
  94         }
  95
  96     vec4 viewt = vec4(-E, 0.0) * 0.6;
  97
  98     vec4 disdis = texture2D(water_dudvmap, vec2(waterTex2 * tscale)* windScale) * 2.0 - 1.0;
  99
 100     vec4 dist   = texture2D(water_dudvmap, vec2(waterTex1 + disdis*sca2)* windScale) * 2.0 - 1.0;
 101     dist *= (0.6 + 0.5 * smoothstep(0.0, 15.0, windEffect));
 102     vec4 fdist  = normalize(dist);
 103     if (normalmap_dds > 0)
 104         fdist = -fdist; //dds fix
 105     fdist *= sca;
 106
 107     //normalmaps
 108     rotationmatrix(radians(3.0 * windScale + 0.6 * sin(waterTex1.s * 0.2)), RotationMatrix);
 109     vec4 nmap   = texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex1* RotationMatrix + disdis * sca2) * windScale) * 2.0 - 1.0;
 110     vec4 nmap1  = texture2D(perlin_normalmap, vec2(waterTex1/** RotationMatrix*/ + disdis * sca2) * windScale) * 2.0 - 1.0;
 111
 112     rotationmatrix(radians(-2.0 * windScale -0.4 * sin(waterTex1.s * 0.32)), RotationMatrix);
 113     nmap  += texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex1* RotationMatrix + disdis * sca2) * windScale * 1.5) * 2.0 - 1.0;
 114     //nmap1 += texture2D(perlin_normalmap, vec2(waterTex1* RotationMatrix + disdis * sca2) * windScale) * 2.0 - 1.0;
 115     rotationmatrix(radians(1.5 * windScale + 0.3 * sin(waterTex1.s * 0.16)), RotationMatrix);
 116     nmap  += texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex1* RotationMatrix + disdis * sca2) * windScale * 2.1) * 2.0 - 1.0;
 117     rotationmatrix(radians(-0.5 * windScale - 0.45 * sin(waterTex1.s * 0.28)), RotationMatrix);
 118     nmap  += texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex1* RotationMatrix + disdis * sca2) * windScale * 0.8) * 2.0 - 1.0;
 119
 120     rotationmatrix(radians(-1.2 * windScale - 0.35 * sin(waterTex1.s * 0.28)), RotationMatrix);
 121     nmap  += texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex2 * RotationMatrix* tscale) * windScale * 1.7) * 2.0 - 1.0;
 122     nmap1 += texture2D(perlin_normalmap, vec2(waterTex2/** RotationMatrix*/ * tscale) * windScale) * 2.0 - 1.0;
 123
 124     nmap  *= windEffect_low;
 125     nmap1 *= windEffect_low;
 126     // mix water and noise, modulated by factor
 127     vec4 vNorm = normalize(mix(nmap, nmap1, mixFactor) * waveRoughness);
 128     if (normalmap_dds > 0)
 129         vNorm = -vNorm;         //dds fix
 130
 131     //load reflection
 132     vec4 tmp = vec4(lightdir, 0.0);
 133     vec4 refTex = texture2D(water_reflection, vec2(tmp + waterTex1) * 32.0) ;
 134     vec4 refTexGrey = texture2D(water_reflection_grey, vec2(tmp + waterTex1) * 32.0) ;
 135     vec4 refl ;
 136
 137     //    cover = 0;
 138
 139     if(cover >= 1.5){
 140         refl = normalize(refTex);
 141         refl.a = 1.0;
 142         }
 143     else
 144         {
 145         refl = normalize(refTexGrey);
 146         refl.r *= (0.75 + 0.15 * cover);
 147         refl.g *= (0.80 + 0.15 * cover);
 148         refl.b *= (0.875 + 0.125 * cover);
 149         refl.a  = 1.0;
 150         }
 151
 152     rotationmatrix(radians(2.1* windScale + 0.25 * sin(waterTex1.s *0.14)), RotationMatrix);
 153     vec3 N0 = vec3(texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex1* RotationMatrix + disdis * sca2) * windScale * 1.15) * 2.0 - 1.0);
 154     vec3 N1 = vec3(texture2D(perlin_normalmap, vec2(waterTex1/** RotationMatrix*/ + disdis * sca) * windScale) * 2.0 - 1.0);
 155
 156     rotationmatrix(radians(-1.5 * windScale -0.32 * sin(waterTex1.s *0.24)), RotationMatrix);
 157     N0 += vec3(texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex2* RotationMatrix  * tscale) * windScale * 1.8) * 2.0 - 1.0);
 158     N1 += vec3(texture2D(perlin_normalmap, vec2(waterTex2/** RotationMatrix*/ * tscale) * windScale) * 2.0 - 1.0);
 159
 160     rotationmatrix(radians(3.8 * windScale + 0.45 * sin(waterTex1.s *0.32)), RotationMatrix);
 161     N0 += vec3(texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex2 * RotationMatrix * (tscale + sca2)) * windScale * 0.85) * 2.0 - 1.0);
 162     N1 += vec3(texture2D(perlin_normalmap, vec2(waterTex2/** RotationMatrix*/ * (tscale + sca2))  * windScale) * 2.0 - 1.0);
 163
 164     rotationmatrix(radians(-2.8 * windScale - 0.38 * sin(waterTex1.s * 0.26)), RotationMatrix);
 165     N0 += vec3(texture2D(water_normalmap, vec2(waterTex1 * RotationMatrix + disdis * sca2) * windScale * 2.1) * 2.0 - 1.0);
 166     N1 += vec3(texture2D(perlin_normalmap, vec2(waterTex1 /** RotationMatrix*/ + disdis * sca) * windScale) * 2.0 - 1.0);
 167
 168     N0 *= windEffect_low;
 169     N1 *= windEffect_low;
 170
 171     vec3 N = normalize(mix(Normal + N0, Normal + N1, mixFactor) * waveRoughness);
 172
 173     if (normalmap_dds > 0)
 174         N = -N; //dds fix
 175
 176     // specular
 177     vec3 specular_color = vec3(gl_LightSource[0].diffuse)
 178         * pow(max(0.0, dot(N, H)), water_shininess) * 6.0;
 179     vec4 specular = vec4(specular_color, 0.5);
 180
 181     specular = specular * saturation * 0.3 ;
 182
 183     //calculate fresnel
 184     vec4 invfres = vec4( dot(vNorm, viewt) );
 185     vec4 fres = vec4(1.0) + invfres;
 186     refl *= fres;
 187
 188     //calculate final colour
 189     vec4 ambient_light = gl_LightSource[0].diffuse;
 190     vec4 finalColor;
 191
 192     if(cover >= 1.5){
 193         finalColor = refl + specular;
 194         } else {
 195             finalColor = refl;
 196         }
 197
 198     float foamSlope = 0.10 + 0.1 * windScale;
 199
 200     vec4 foam_texel = texture2D(sea_foam, vec2(waterTex2 * tscale) * 25.0);
 201     float waveSlope = N.g;
 202
 203     if (windEffect >= 8.0)
 204         if (waveSlope >= foamSlope){
 205             finalColor = mix(finalColor, max(finalColor, finalColor + foam_texel), smoothstep(0.01, 0.50, N.g));
 206             }
 207
 208
 209         finalColor *= ambient_light;
 210
 211         //gl_FragColor = mix(gl_Fog.color, finalColor, fogFactor);
 212         finalColor.rgb = fog_Func(finalColor.rgb, fogType);
 213         gl_FragColor = finalColor;
 214     }