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 vec4 ecPosition;
  14 varying vec3 relPos;
  15 varying vec3 specular_light;
  16
  17 varying vec3 viewerdir;
  18 varying vec3 lightdir;
  19 //varying vec3 normal;
  20
  21 varying float earthShade;
  22 varying float yprime_alt;
  23 varying float mie_angle;
  24
  25 uniform float osg_SimulationTime;
  26 uniform float WindE, WindN;
  27
  28 uniform float hazeLayerAltitude;
  29 uniform float terminator;
  30 uniform float terrain_alt;
  31 uniform float avisibility;
  32 uniform float visibility;
  33 uniform float overcast;
  34 uniform float ground_scattering;
  35
  36 // This is the value used in the skydome scattering shader - use the same here for consistency?
  37 const float EarthRadius = 5800000.0;
  38 const float terminator_width = 200000.0;
  39
  40 float light_func (in float x, in float a, in float b, in float c, in float d, in float e)
  41 {
  42 //x = x - 0.5;
  43
  44 // use the asymptotics to shorten computations
  45 if (x < -15.0) {return 0.0;}
  46
  47 return e / pow((1.0 + a * exp(-b * (x-c)) ),(1.0/d));
  48 }
  49
  50
  51 ////fog "include"////////
  52 // uniform int fogType;
  53 //
  54 // void fog_Func(int type);
  55 /////////////////////////
  56
  57 /////// functions /////////
  58
  59 void rotationmatrix(in float angle, out mat4 rotmat)
  60 {
  61     rotmat = mat4( cos( angle ), -sin( angle ), 0.0, 0.0,
  62         sin( angle ),  cos( angle ), 0.0, 0.0,
  63         0.0         ,  0.0         , 1.0, 0.0,
  64         0.0         ,  0.0         , 0.0, 1.0 );
  65 }
  66
  67 void main(void)
  68 {
  69
  70     mat4 RotationMatrix;
  71    // vec3 N = normalize(gl_Normal);
  72    // normal = N;
  73
  74     vec4 ecPosition = gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex;
  75
  76     viewerdir = vec3(gl_ModelViewMatrixInverse[3]) - vec3(gl_Vertex);
  77     lightdir = normalize(vec3(gl_ModelViewMatrixInverse * gl_LightSource[0].position));
  78
  79     waterTex4 = vec4( ecPosition.xzy, 0.0 );
  80
  81     vec4 t1 = vec4(0.0, osg_SimulationTime * 0.005217, 0.0, 0.0);
  82     vec4 t2 = vec4(0.0, osg_SimulationTime * -0.0012, 0.0, 0.0);
  83
  84     float Angle;
  85
  86     float windFactor = sqrt(pow(abs(WindE),2)+pow(abs(WindN),2)) * 0.05;
  87     if (WindN == 0.0 && WindE == 0.0) {
  88         Angle = 0.0;
  89     }else{
  90         Angle = atan(-WindN, WindE) - atan(1.0);
  91     }
  92
  93     rotationmatrix(Angle, RotationMatrix);
  94     waterTex1 = gl_MultiTexCoord0 * RotationMatrix - t1 * windFactor;
  95
  96     rotationmatrix(Angle, RotationMatrix);
  97     waterTex2 = gl_MultiTexCoord0 * RotationMatrix - t2 * windFactor;
  98
  99 //     fog_Func(fogType);
 100     gl_Position = ftransform();
 101
 102
 103
 104 // here start computations for the haze layer
 105
 106
 107   float yprime;
 108   float lightArg;
 109   float intensity;
 110   float vertex_alt;
 111   float scattering;
 112
 113     // we need several geometrical quantities
 114
 115     // first current altitude of eye position in model space
 116     vec4 ep = gl_ModelViewMatrixInverse * vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);
 117
 118     // and relative position to vector
 119     relPos = gl_Vertex.xyz - ep.xyz;
 120
 121     // unfortunately, we need the distance in the vertex shader, although the more accurate version
 122     // is later computed in the fragment shader again
 123     float dist = length(relPos);
 124
 125
 126 // altitude of the vertex in question, somehow zero leads to artefacts, so ensure it is at least 100m
 127     vertex_alt = max(gl_Vertex.z,100.0);
 128     scattering = 0.5 + 0.5 * ground_scattering + 0.5* (1.0 - ground_scattering) * smoothstep(hazeLayerAltitude -100.0, hazeLayerAltitude + 100.0, vertex_alt);
 129
 130     // branch dependent on daytime
 131
 132 if (terminator < 1000000.0) // the full, sunrise and sunset computation
 133 {
 134
 135
 136     // establish coordinates relative to sun position
 137
 138     //vec3 lightFull = (gl_ModelViewMatrixInverse * gl_LightSource[0].position).xyz;
 139     //vec3 lightHorizon = normalize(vec3(lightFull.x,lightFull.y, 0.0));
 140     vec3 lightHorizon = normalize(vec3(lightdir.x,lightdir.y, 0.0));
 141
 142
 143     // yprime is the distance of the vertex into sun direction
 144     yprime = -dot(relPos, lightHorizon);
 145
 146     // this gets an altitude correction, higher terrain gets to see the sun earlier
 147     yprime_alt = yprime - sqrt(2.0 * EarthRadius * vertex_alt);
 148
 149     // two times terminator width governs how quickly light fades into shadow
 150     // now the light-dimming factor
 151     earthShade = 0.6 * (1.0 - smoothstep(-terminator_width+ terminator, terminator_width + terminator, yprime_alt)) + 0.4;
 152
 153    // parametrized version of the Flightgear ground lighting function
 154     lightArg = (terminator-yprime_alt)/100000.0;
 155
 156         specular_light.b = light_func(lightArg, 1.330e-05, 0.264, 3.827, 1.08e-05, 1.0);
 157         specular_light.g = light_func(lightArg, 3.931e-06, 0.264, 3.827, 7.93e-06, 1.0);
 158         specular_light.r = light_func(lightArg, 8.305e-06, 0.161, 3.827, 3.04e-05, 1.0);
 159
 160         specular_light = specular_light * scattering;
 161
 162         // correct ambient light intensity and hue before sunrise
 163         if (earthShade < 0.5)
 164         {
 165         intensity = length(specular_light.rgb);
 166         specular_light.xyz = intensity * normalize(mix(specular_light.xyz,  vec3 (0.45, 0.6, 0.8), 1.0 -smoothstep(0.1, 0.5,earthShade) ));
 167         }
 168
 169     // directional scattering for low sun
 170     if (lightArg < 5.0)
 171         //{mie_angle = (0.5 *  dot(normalize(relPos), normalize(lightFull)) ) + 0.5;}
 172         {mie_angle = (0.5 *  dot(normalize(relPos), lightdir) ) + 0.5;}
 173     else
 174         {mie_angle = 1.0;}
 175
 176
 177
 178
 179
 180 // the haze gets the light at the altitude of the haze top if the vertex in view is below
 181 // but the light at the vertex if the vertex is above
 182
 183 vertex_alt = max(vertex_alt,hazeLayerAltitude);
 184
 185 if (vertex_alt > hazeLayerAltitude)
 186         {
 187         if (dist > 0.8 * avisibility)
 188                 {
 189                 vertex_alt = mix(vertex_alt, hazeLayerAltitude, smoothstep(0.8*avisibility, avisibility, dist));
 190                 yprime_alt = yprime -sqrt(2.0 * EarthRadius * vertex_alt);
 191                 }
 192         }
 193 else
 194         {
 195         vertex_alt = hazeLayerAltitude;
 196         yprime_alt = yprime -sqrt(2.0 * EarthRadius * vertex_alt);
 197         }
 198
 199 }
 200 else // the faster, full-day version without lightfields
 201 {
 202     //vertex_alt = max(gl_Vertex.z,100.0);
 203
 204     earthShade = 1.0;
 205     mie_angle = 1.0;
 206
 207     if (terminator > 3000000.0)
 208         {specular_light = vec3 (1.0, 1.0, 1.0);}
 209     else
 210         {
 211
 212         lightArg = (terminator/100000.0 - 10.0)/20.0;
 213         specular_light.b = 0.78  + lightArg * 0.21;
 214         specular_light.g = 0.907 + lightArg * 0.091;
 215         specular_light.r = 0.904 + lightArg * 0.092;
 216         }
 217
 218    specular_light = specular_light * scattering;
 219
 220     yprime_alt = -sqrt(2.0 * EarthRadius * hazeLayerAltitude);
 221
 222 }
 223
 224
 225
 226 }