Packice overlay and water color variations for high quality water shader in Atmospher...
[fg:toms-fgdata.git] / 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 }