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