Shaders/water_lightfield.vert

   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
   8 #version 120
   9
  10 varying vec4 waterTex1;
  11 varying vec4 waterTex2;
  12 varying vec4 waterTex4;
  13 varying vec3 relPos;
  14 varying vec3 rawPos;
  15
  16 varying vec3 viewerdir;
  17 varying vec3 lightdir;
  18
  19
  20 varying float earthShade;
  21 varying float yprime_alt;
  22 varying float mie_angle;
  23
  24 uniform float osg_SimulationTime;
  25 uniform float WindE, WindN;
  26 uniform float hazeLayerAltitude;
  27 uniform float terminator;
  28 uniform float terrain_alt;
  29 uniform float avisibility;
  30 uniform float visibility;
  31 uniform float overcast;
  32 uniform float ground_scattering;
  33
  34 uniform mat4 osg_ViewMatrixInverse;
  35
  36 vec3 specular_light;
  37
  38 // This is the value used in the skydome scattering shader - use the same here for consistency?
  39 const float EarthRadius = 5800000.0;
  40 const float terminator_width = 200000.0;
  41
  42 float light_func (in float x, in float a, in float b, in float c, in float d, in float e)
  43 {
  44 //x = x - 0.5;
  45
  46 // use the asymptotics to shorten computations
  47 if (x < -15.0) {return 0.0;}
  48
  49 return e / pow((1.0 + a * exp(-b * (x-c)) ),(1.0/d));
  50 }
  51
  52
  53 ////fog "include"////////
  54 // uniform int fogType;
  55 //
  56 // void fog_Func(int type);
  57 /////////////////////////
  58
  59 /////// functions /////////
  60
  61 void rotationmatrix(in float angle, out mat4 rotmat)
  62 {
  63     rotmat = mat4( cos( angle ), -sin( angle ), 0.0, 0.0,
  64         sin( angle ),  cos( angle ), 0.0, 0.0,
  65         0.0         ,  0.0         , 1.0, 0.0,
  66         0.0         ,  0.0         , 0.0, 1.0 );
  67 }
  68
  69 void main(void)
  70 {
  71
  72     mat4 RotationMatrix;
  73
  74
  75     vec3 shadedFogColor = vec3(0.65, 0.67, 0.78);
  76     rawPos = (osg_ViewMatrixInverse *gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex).xyz;
  77
  78     vec4 ecPosition = gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex;
  79
  80     viewerdir = vec3(gl_ModelViewMatrixInverse[3]) - vec3(gl_Vertex);
  81     lightdir = normalize(vec3(gl_ModelViewMatrixInverse * gl_LightSource[0].position));
  82
  83     waterTex4 = vec4( ecPosition.xzy, 0.0 );
  84
  85     vec4 t1 = vec4(0.0, osg_SimulationTime * 0.005217, 0.0, 0.0);
  86     vec4 t2 = vec4(0.0, osg_SimulationTime * -0.0012, 0.0, 0.0);
  87
  88     float Angle;
  89
  90     float windFactor = sqrt(WindE * WindE + WindN * WindN) * 0.05;
  91     if (WindN == 0.0 && WindE == 0.0) {
  92         Angle = 0.0;
  93     }else{
  94         Angle = atan(-WindN, WindE) - atan(1.0);
  95     }
  96
  97     rotationmatrix(Angle, RotationMatrix);
  98     waterTex1 = gl_MultiTexCoord0 * RotationMatrix - t1 * windFactor;
  99
 100     rotationmatrix(Angle, RotationMatrix);
 101     waterTex2 = gl_MultiTexCoord0 * RotationMatrix - t2 * windFactor;
 102
 103 //     fog_Func(fogType);
 104     gl_Position = ftransform();
 105
 106
 107
 108 // here start computations for the haze layer
 109
 110
 111   float yprime;
 112   float lightArg;
 113   float intensity;
 114   float vertex_alt;
 115   float scattering;
 116
 117     // we need several geometrical quantities
 118
 119     // first current altitude of eye position in model space
 120     vec4 ep = gl_ModelViewMatrixInverse * vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);
 121
 122     // and relative position to vector
 123     relPos = gl_Vertex.xyz - ep.xyz;
 124
 125     // unfortunately, we need the distance in the vertex shader, although the more accurate version
 126     // is later computed in the fragment shader again
 127     float dist = length(relPos);
 128
 129
 130 // altitude of the vertex in question, somehow zero leads to artefacts, so ensure it is at least 100m
 131     vertex_alt = max(gl_Vertex.z,100.0);
 132     scattering = 0.5 + 0.5 * ground_scattering + 0.5* (1.0 - ground_scattering) * smoothstep(hazeLayerAltitude -100.0, hazeLayerAltitude + 100.0, vertex_alt);
 133
 134     // branch dependent on daytime
 135
 136 if (terminator < 1000000.0) // the full, sunrise and sunset computation
 137 {
 138
 139
 140     // establish coordinates relative to sun position
 141
 142     //vec3 lightFull = (gl_ModelViewMatrixInverse * gl_LightSource[0].position).xyz;
 143     //vec3 lightHorizon = normalize(vec3(lightFull.x,lightFull.y, 0.0));
 144     vec3 lightHorizon = normalize(vec3(lightdir.x,lightdir.y, 0.0));
 145
 146
 147     // yprime is the distance of the vertex into sun direction
 148     yprime = -dot(relPos, lightHorizon);
 149
 150     // this gets an altitude correction, higher terrain gets to see the sun earlier
 151     yprime_alt = yprime - sqrt(2.0 * EarthRadius * vertex_alt);
 152
 153     // two times terminator width governs how quickly light fades into shadow
 154     // now the light-dimming factor
 155     earthShade = 0.6 * (1.0 - smoothstep(-terminator_width+ terminator, terminator_width + terminator, yprime_alt)) + 0.4;
 156
 157    // parametrized version of the Flightgear ground lighting function
 158     lightArg = (terminator-yprime_alt)/100000.0;
 159
 160         specular_light.b = light_func(lightArg, 1.330e-05, 0.264, 3.827, 1.08e-05, 1.0);
 161         specular_light.g = light_func(lightArg, 3.931e-06, 0.264, 3.827, 7.93e-06, 1.0);
 162         specular_light.r = light_func(lightArg, 8.305e-06, 0.161, 3.827, 3.04e-05, 1.0);
 163
 164         specular_light = max(specular_light * scattering, vec3 (0.05, 0.05, 0.05));
 165
 166         intensity = length(specular_light.rgb);
 167         specular_light.rgb = intensity * normalize(mix(specular_light.rgb,  shadedFogColor, 1.0 -smoothstep(0.1, 0.6,ground_scattering) ));
 168
 169         // correct ambient light intensity and hue before sunrise - seems unnecessary and create artefacts though...
 170         //if (earthShade < 0.5)
 171         //{
 172         //specular_light.rgb = intensity * normalize(mix(specular_light.rgb,  shadedFogColor, 1.0 -smoothstep(0.1, 0.7,earthShade) ));
 173         //}
 174
 175     // directional scattering for low sun
 176     if (lightArg < 10.0)
 177         {mie_angle = (0.5 *  dot(normalize(relPos), lightdir) ) + 0.5;}
 178     else
 179         {mie_angle = 1.0;}
 180
 181
 182
 183
 184
 185 // the haze gets the light at the altitude of the haze top if the vertex in view is below
 186 // but the light at the vertex if the vertex is above
 187
 188 vertex_alt = max(vertex_alt,hazeLayerAltitude);
 189
 190 if (vertex_alt > hazeLayerAltitude)
 191         {
 192         if (dist > 0.8 * avisibility)
 193                 {
 194                 vertex_alt = mix(vertex_alt, hazeLayerAltitude, smoothstep(0.8*avisibility, avisibility, dist));
 195                 yprime_alt = yprime -sqrt(2.0 * EarthRadius * vertex_alt);
 196                 }
 197         }
 198 else
 199         {
 200         vertex_alt = hazeLayerAltitude;
 201         yprime_alt = yprime -sqrt(2.0 * EarthRadius * vertex_alt);
 202         }
 203
 204 }
 205 else // the faster, full-day version without lightfields
 206 {
 207     //vertex_alt = max(gl_Vertex.z,100.0);
 208
 209     earthShade = 1.0;
 210     mie_angle = 1.0;
 211
 212     if (terminator > 3000000.0)
 213         {specular_light = vec3 (1.0, 1.0, 1.0);}
 214     else
 215         {
 216
 217         lightArg = (terminator/100000.0 - 10.0)/20.0;
 218         specular_light.b = 0.78  + lightArg * 0.21;
 219         specular_light.g = 0.907 + lightArg * 0.091;
 220         specular_light.r = 0.904 + lightArg * 0.092;
 221         }
 222
 223    specular_light = specular_light * scattering;
 224
 225     yprime_alt = -sqrt(2.0 * EarthRadius * hazeLayerAltitude);
 226
 227 }
 228
 229 gl_FrontColor.rgb = specular_light;
 230 gl_BackColor.rgb = gl_FrontColor.rgb;
 231
 232
 233 }