Some typo fixes
[clouds.git] / clouds.cpp
index 7bb51e854e61c39ba8adaf1be51d15525758d70f..b8ea3f0071cb0f0e5ce34bdfd48e44b17151edbd 100644 (file)
@@ -1,67 +1,36 @@
+#include "GL/glew.h"
 #include "debug.hpp"
 #include "program.hpp"
-#include <GL/glew.h>
+#include "simulation.hpp"
 #include <GLUT/glut.h>
+#include <array>
+#include <chrono>
 #include <cmath>
 #include <cstdio>
 #include <cstdlib>
 #include <glm/ext.hpp>
 #include <glm/glm.hpp>
+#include <sys/stat.h>
 #include <vector>
 
 #pragma clang diagnostic ignored "-Wdeprecated-declarations"
 
+enum Mode { render, debugContDist, debugColor, debugProbExt, debugProbAct };
+Mode curMode = render;
+
 using namespace std;
 using namespace glm;
 
-static const int CLOUD_DIM = 16;
-struct Clouds {
-  char cld[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
-  float contDist[CLOUD_DIM][CLOUD_DIM][CLOUD_DIM];
-};
-
-// calculate continuous distribution
-void calcContDist(Clouds *clds);
-
-float w(int i, int j, int k) { return 1; }
-
-const float metaballR = 1;
-float metaballField(float r) {
-  if (r > metaballR)
+const float metaballR = 1.f / 16.f;
+inline float metaballField(float r) {
+  if (r > 1)
     return 0;
-  const float a = r / metaballR;
+  const float a = r / (1);
   return (-4.f / 9.f * powf(a, 6)) + (17.f / 9.f * powf(a, 4)) -
          (22.f / 9.f * powf(a, 2)) + 1;
 }
 
-/* const float normalizationFactor = 748.f / 405.f * M_PI * metaballR; */
-
-void calcContDist(Clouds *clds, float t) {
-  const int i0 = 2, j0 = 2, k0 = 2, t0 = 2;
-  const float divisor =
-      1.f / ((2 * t0 + 1) * (2 * k0 + 1) * (2 * j0 + 1) * (2 * i0 + 1));
-  float sum = 0;
-  for (int i = 0; i < CLOUD_DIM; i++) {
-    for (int j = 0; j < CLOUD_DIM; j++) {
-      for (int k = 0; k < CLOUD_DIM; k++) {
-
-        // inner sums
-        /* for (int tp = -t0, tp < t0; tp++) { */
-        for (int ip = -i0; ip < i0; ip++) {
-          for (int jp = -j0; jp < j0; jp++) {
-            for (int kp = -k0; kp < k0; kp++) {
-
-              sum += w(ip, jp, kp) * (float)clds->cld[i + ip][j + jp][k + kp];
-            }
-          }
-        }
-        /* } */
-
-        clds->contDist[i][j][k] = sum / divisor;
-      }
-    }
-  }
-}
+const float normalizationFactor = (748.f / 405.f) * M_PI;
 
 void checkError() {
   if (GLenum e = glGetError()) {
@@ -70,58 +39,104 @@ void checkError() {
   }
 }
 
-vector<vec4> bbColors;
-
-GLuint bbProg;
+GLuint bbProg, sunProg;
 GLuint bbVao;
 
-void calculateMetaballs() {}
-
 // Here we need to generate n_q textures for different densities of metaballs
 // These textures then go on the billboards
 // The texture stores attenuation ratio?
 
-#define NQ 1
+#define NQ 64
 GLuint bbTexIds[NQ];
 
+// Stores attenuation ratio inside r channel
+// Should be highest value at center
 void precalculateBillboardTextures() {
+  fprintf(stderr, "Calculating billboard textures...\n");
+  glGenTextures(NQ, bbTexIds);
+
+  for (int d = 0; d < NQ; d++) {
     float data[32 * 32];
+    for (int j = 0; j < 32; j++) {
+      for (int i = 0; i < 32; i++) {
         // TODO: properly calculate this instead of whatever this is
-  for (int j = 0; j < 32; j++)
-    for (int i = 0; i < 32; i++)
-      data[i + j * 32] = fmin(1.f, 0.1f + 2.f * (distance(vec2(i, j), vec2(16, 16)) / 16));
+        float r = distance(vec2(i, j), vec2(16, 16)) / 16;
+        float density = (float)d / NQ;
+        data[i + j * 32] =
+            1 -
+            fmin(1, (3 * density * (metaballField(r) / normalizationFactor)));
+      }
+    }
 
-  glGenTextures(NQ, bbTexIds);
+    mkdir("bbtex", 0777);
+    char path[32];
+    snprintf(path, 32, "bbtex/%i.tga", d);
+    saveGrayscale(data, 32, 32, path);
+
+    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, bbTexIds[d]);
 
-  /* GLuint captureFBO; */
-  /* glGenFramebuffers(1, &captureFBO); */
-  for (int i = 0; i < NQ; i++) {
-    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, bbTexIds[i]);
-    /* glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_R32F, 32, 32, 0, GL_RED, */
-    /*              GL_FLOAT, data); */
     glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RED, 32, 32, 0, GL_RED, GL_FLOAT, data);
     glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D); // required, otherwise texture is blank
 
-    checkError();
+    fprintf(stderr, "\r%i out of %i densities calculated%s", d + 1, NQ,
+            d == NQ - 1 ? "\n" : "");
   }
 }
 
 struct Metaball {
   vec3 pos;
-  float r;
+  ivec3 coords;
+  /** Density */
+  float d;
+  vec4 col;
 };
-// TODO: why is the x axis flipped??
-/* vector<Metaball> metaballs = {{{-0.5, 0.5, 0.5}, 0.25}, */
-/*                               {{-0.3, 0.5, 0.3}, 0.25}}; */
-vector<Metaball> metaballs = {{{0, 0, 0.5}, 1.f},
-                              {{0, 0.3, 0.3}, 0.7f}};
 
-vec3 sunPos = {0, 2, 2}, viewPos = {0, 0, 0}, lookPos = {0, 0, 1};
+array<Metaball, CLOUD_DIM_X * CLOUD_DIM_Y * CLOUD_DIM_Z> metaballs;
+
+const float cloudScale = metaballR;
+const float metaballScale = metaballR * 1.5f;
+Clouds cs;
+
+void calculateMetaballs() {
+  stepClouds(&cs);
+  /* for (int i = 0; i < 256; i++) { */
+  /*   float x = ((float)rand()/(float)(RAND_MAX) - 0.5) * 2; */
+  /*   float y = ((float)rand()/(float)(RAND_MAX) - 0.5) * 2; */
+  /*   float z = ((float)rand()/(float)(RAND_MAX) - 0.5) * 2; */
+  /*   float r = (float)rand()/(float)(RAND_MAX) * 1; */
+  /*   Metaball m = {{x,y,z}, r}; */
+  /*   metaballs.push_back(m); */
+  /* } */
+  for (int i = 0; i < CLOUD_DIM_X; i++) {
+    for (int j = 0; j < CLOUD_DIM_Y; j++) {
+      for (int k = 0; k < CLOUD_DIM_Z; k++) {
+        Metaball m = {vec3(i, j, k) * vec3(cloudScale), {i, j, k}};
+        /* m.pos = (m.pos * vec3(2)) - (cloudScale / 2); */
+        m.pos -= vec3(CLOUD_DIM_X, CLOUD_DIM_Y, CLOUD_DIM_Z) * cloudScale / 2.f;
+        m.d = cs.q[i][j][k];
+        /* m.d = 0; */
+        metaballs[i * CLOUD_DIM_Y * CLOUD_DIM_Z + j * CLOUD_DIM_Z + k] = m;
+      }
+    }
+  }
+  /* for (int z = 0; z < CLOUD_DIM_Z; z++) */
+  /*   metaballs[32 * CLOUD_DIM_Y * CLOUD_DIM_Z + 32 * CLOUD_DIM_Z + z].d = 1;
+   */
+}
+
+vec3 sunPos = {0, 5, 0}, sunDir = {0, -1, 0};
+size_t envColorIdx = 0;
+// First color is sun color, second is sky color
+std::array<std::array<vec4, 2>, 3> envColors{
+    {{vec4(1, 1, 1, 1), vec4(0.9, 1, 1, 1)},
+     {vec4(0.939, 0.632, 0.815, 1), vec4(0.9, 1, 1, 1)},
+     {vec4(0.999, 0.999, 0.519, 1), vec4(0.981, 0.667, 0.118, 1)}}};
+vec3 camPos = {0, 0, -3}, viewPos = {0, 0, 0};
 mat4 proj; // projection matrix
 mat4 view; // view matrix
 float znear = 0.001, zfar = 1000;
-float width = 600, height = 400;
-float aspect = width / height;
+// for performance with glReadPixels these should be powers of 2!
+float width = 1200, height = 800;
 
 void setProjectionAndViewUniforms(GLuint progId) {
   GLuint projLoc = glGetUniformLocation(progId, "projection");
@@ -133,7 +148,7 @@ void setProjectionAndViewUniforms(GLuint progId) {
 
 /** Orientates the transformation matrix to face the camera in the view matrix
  */
-void faceView(mat4 m) {
+mat4 faceView(mat4 m) {
   m[0][0] = view[0][0];
   m[0][1] = view[1][0];
   m[0][2] = view[2][0];
@@ -143,15 +158,42 @@ void faceView(mat4 m) {
   m[2][0] = view[0][2];
   m[2][1] = view[1][2];
   m[2][2] = view[2][2];
+  return m;
 }
 
-GLuint attenuationTex;
+#define PBO
 
-void shadeClouds() {
+/* const int shadeWidth = 256, shadeHeight = 256; */
+const int shadeWidth = 256, shadeHeight = 256;
+
+#ifdef PBO
+const int numPbos = 512;
+GLuint pboBufs[numPbos];
+GLbyte sink[shadeWidth * shadeHeight * 4];
+
+void inline mapPixelRead(int pboBuf, int metaball) {
+  glBindBuffer(GL_PIXEL_PACK_BUFFER, pboBufs[pboBuf]);
+  GLubyte *src =
+      (GLubyte *)glMapBufferRange(GL_PIXEL_PACK_BUFFER, 0,
+                                  4 * sizeof(GLubyte), GL_MAP_READ_BIT);
+  vec4 pixel = vec4(src[0], src[1], src[2], src[3]) / vec4(255.f);
+  glUnmapBuffer(GL_PIXEL_PACK_BUFFER);
+
+  glBindBuffer(GL_PIXEL_PACK_BUFFER, 0);
+
+  // Multiply the pixel value by the sunlight color.
+  pixel *= envColors[envColorIdx][0];
 
-  bbColors.clear();
+  // Store the color for the previous set of pixels
+  metaballs[metaball].col = pixel;
+}
+
+#endif
+
+void shadeClouds() {
 
   glDisable(GL_DEPTH_TEST);
+  // shaderOutput * 0 + buffer * shader alpha
   glBlendFunc(GL_ZERO, GL_SRC_ALPHA);
   glEnable(GL_BLEND);
 
@@ -159,32 +201,30 @@ void shadeClouds() {
   sort(metaballs.begin(), metaballs.end(), [](Metaball &a, Metaball &b) {
     return distance(sunPos, a.pos) < distance(sunPos, b.pos);
   });
-  /* GLuint fbo; */
-  /* glGenFramebuffers(1, &fbo); */
-  /* glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fbo); */
-  /* glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, attenuationTex); */
-  /* glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, */
-  /*              GL_UNSIGNED_BYTE, NULL); */
-  /* glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, */
-  /*                        attenuationTex, 0); */
-  /* assert(glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) == GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE); */
 
   glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
-  glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, bbTexIds[0]);
   glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "tex"), 0);
 
-/*   glClearColor(1, 1, 1, 1); */
-/*   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); */
+  GLuint modelLoc = glGetUniformLocation(bbProg, "model");
+  glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "debug"), 0);
 
+  glViewport(0, 0, shadeWidth, shadeHeight);
 
-  GLuint modelLoc = glGetUniformLocation(bbProg, "model");
+#ifdef PBO
+  int pboIdx = 0;
+#endif
 
-  for (auto k : metaballs) {
+  auto begin_time = std::chrono::system_clock::now();
+  size_t i = 0;
+  for (auto &k : metaballs) {
+    /* fprintf(stderr, "\rShading metaball %lu/%lu...", i, metaballs.size()); */
     // place the billboard at the center of k
-    mat4 model = scale(translate(mat4(1), k.pos), vec3(k.r) * 2.f);
+    mat4 model = translate(mat4(1), k.pos);
 
     // rotate the billboard so that its normal is oriented to the sun
-    faceView(model);
+    model = faceView(model);
+
+    model = scale(model, vec3(metaballScale));
 
     glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
 
@@ -195,8 +235,11 @@ void shadeClouds() {
 
     // Map the billboard texture with GL_MODULATE.
     // i.e. multiply rather than add
-    // TODO: FIX- this crashes with invalid operation
-    /* glTexEnvi(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_MODULATE); */
+    // but glTexEnv is for the old fixed function pipeline --
+    // need to just tell our fragment shader then to modulate
+    int dIdx = k.d * NQ;
+    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, bbTexIds[dIdx]);
+    glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "modulate"), 1);
 
     // Render the billboard.
     glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
@@ -205,82 +248,169 @@ void shadeClouds() {
     // 1. First get position in opengl screen space: from [-1,1]
     // 2. Normalize to [0,1]
     // 3. Multiply by (width * height)
-    vec2 screenPos = ((vec2(proj * view * model * vec4(0,0,0,1)) + vec2(1)) / vec2(2))
-                      * vec2(width, height);
+    ivec2 screenPos =
+        ((vec2(proj * view * model * vec4(0, 0, 0, 1)) + vec2(1)) / vec2(2)) *
+        vec2(shadeWidth, shadeHeight);
+
+#ifndef PBO
     vec4 pixel;
-    glReadPixels(screenPos.x, screenPos.y, 1, 1, GL_RGBA, GL_FLOAT, value_ptr(pixel));
+    // TODO: This is a huge bottleneck
+    glReadPixels(screenPos.x, screenPos.y, 1, 1, GL_RGBA, GL_FLOAT, &pixel);
 
     // Multiply the pixel value by the sunlight color.
-    vec4 sunColor = {1, 1, 0.9, 1};
-    pixel *= sunColor;
+    pixel *= envColors[envColorIdx][0];
 
     // Store the color into an array C[k] as the color of the billboard.
-    fprintf(stderr, "pixel: ");
-    dump(pixel);
-    bbColors.push_back(pixel);
+    k.col = pixel;
+#else
+
+    glBindBuffer(GL_PIXEL_PACK_BUFFER, pboBufs[pboIdx]);
+    // It would be nice if this worked. But it doesn't
+    // macOS driver does this synchronously
+    /* glReadPixels(screenPos.x, screenPos.y, 1, 1, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE,
+     */
+    /*              NULL); */
+    glReadPixels(screenPos.x, screenPos.y, 64, 64, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);
+
+    int nextPbo = (pboIdx + 1) % numPbos;
+    if (i >= numPbos - 1) {
+      // start mapping the read values back
+      mapPixelRead(nextPbo, i - numPbos + 1);
     }
+    pboIdx = nextPbo;
+#endif
 
-  /* saveFBO(); */
-  checkError();
+    i++;
+  }
+  /* fprintf(stderr, "\n"); */
 
-  /* glDeleteFramebuffers(1, &fbo); */
-  /* glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0); // render to screen */
+#ifdef PBO
+  // sink remaining reads
+  for (int i = 0; i < numPbos; i++) {
+    mapPixelRead(i, metaballs.size() - numPbos + i);
   }
+#endif
 
-void renderObject() {}
+  auto elapsed = std::chrono::system_clock::now() - begin_time;
+  double elapsed_seconds =
+      std::chrono::duration_cast<std::chrono::duration<double>>(elapsed)
+          .count();
+  fprintf(stderr, "Time taken to shade: %fs\n", elapsed_seconds);
+
+  saveFBO();
+  checkError();
+  glViewport(0, 0, width, height);
+}
+
+void renderObject() {
+  glDisable(GL_BLEND);
+  // render the sun
+  glUseProgram(sunProg);
+  mat4 model = translate(mat4(1), sunPos);
+  model = lookAt(sunPos, sunPos + sunDir, {0, 1, 0}) * model;
+  model = translate(scale(translate(model, -sunPos), vec3(0.3)), sunPos);
+  glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(sunProg, "model"), 1, GL_FALSE,
+                     glm::value_ptr(model));
+  glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
+}
 
 void renderClouds() {
+  glUseProgram(bbProg);
+
   // Sort metaballs in descending order from the viewpoint
   sort(metaballs.begin(), metaballs.end(), [](Metaball &a, Metaball &b) {
-    return distance(viewPos, a.pos) > distance(viewPos, b.pos);
+    return distance(camPos, a.pos) > distance(camPos, b.pos);
   });
 
+  glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "debug"), curMode != render);
+
   glDisable(GL_DEPTH_TEST);
   glEnable(GL_BLEND);
+  // shaderOutput * 1 + buffer * shader alpha
   glBlendFunc(GL_ONE, GL_SRC_ALPHA);
+
+  /* glBlendColor(1.f,1.f,1.f,1.f); */
+  /* glBlendFuncSeparate(GL_ONE, GL_SRC_ALPHA, GL_CONSTANT_ALPHA, GL_SRC_ALPHA);
+   */
+
+  glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
+  glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "tex"), 0);
+
   for (int i = 0; i < metaballs.size(); i++) {
     Metaball k = metaballs[i];
 
     GLuint modelLoc = glGetUniformLocation(bbProg, "model");
 
     // Place the billboard at the center of the corresponding metaball n.
-    mat4 model = scale(translate(mat4(1), k.pos), vec3(k.r) * 2.f);
+    mat4 model = translate(mat4(1), k.pos);
     // Rotate the billboard so that its normal is oriented to the viewpoint.
-    faceView(model);
+    model = faceView(model);
+
+    model = scale(model, vec3(metaballScale));
 
     glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
 
     // Set the billboard color as C[n].
-    fprintf(stderr, "bbColors[i]: ");
-    dump(bbColors[i]);
-    /* bbColors[i] = {0,0,0,0.5}; */
+    k.col.w = 1;
     glUniform4fv(glGetUniformLocation(bbProg, "color"), 1,
-                 glm::value_ptr(bbColors[i]));
+                 glm::value_ptr(k.col));
 
     // Map the billboard texture.
-    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
-    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, bbTexIds[0]);
-    glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "tex"), 0);
+    int dIdx = k.d * (NQ - 1);
+    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, bbTexIds[dIdx]);
+
+    // Don't modulate it -- blend it
+    glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "modulate"), 0);
+
+    glUniform1f(glGetUniformLocation(bbProg, "debugColor"),
+                curMode == debugColor);
+    if (curMode != render) {
+      float debugVal = 0;
+      if (curMode == debugContDist)
+        debugVal = k.d;
+      else if (curMode == debugProbAct)
+        debugVal = cs.p_act[k.coords.x][k.coords.y][k.coords.z] / P_ACT;
+      else if (curMode == debugProbExt)
+        debugVal = cs.p_ext[k.coords.x][k.coords.y][k.coords.z] / P_EXT;
+      glUniform1f(glGetUniformLocation(bbProg, "debugVal"), debugVal);
+      glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
+      model = scale(model, vec3(0.1));
+      glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
+    }
 
     // Render the billboard with the blending function.
     glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
   }
 }
 
+bool curBeenShaded = false;
+
 void display() {
-  view = glm::lookAt(sunPos, viewPos, {0, 1, 0});
-  proj = glm::ortho(1.f * aspect, -1.f * aspect, -1.f, 1.f, znear, zfar);
+  if (!curBeenShaded && (curMode == render || curMode == debugColor)) {
+    // TODO: find a way to make sure there's no clipping
+    view = glm::lookAt(sunPos + sunDir * vec3(100.f), sunPos, {0, 0, 1});
+    // TODO: calculate bounds so everything is covered
+    proj = glm::ortho(2.5f, -2.5f, -2.5f, 2.5f, znear, 10000.f);
+    glUseProgram(bbProg);
     setProjectionAndViewUniforms(bbProg);
 
     glClearColor(1, 1, 1, 1);
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     shadeClouds();
+    curBeenShaded = true;
+  }
 
-  view = glm::lookAt(viewPos, lookPos, {0, 1, 0});
-  proj = glm::perspective(60.f, aspect, znear, zfar);
+  view = glm::lookAt(camPos, viewPos, {0, 1, 0});
+  const float aspect = width / height;
+  proj = glm::perspective(45.f, aspect, znear, zfar);
+  glUseProgram(sunProg);
+  setProjectionAndViewUniforms(sunProg);
+  glUseProgram(bbProg);
   setProjectionAndViewUniforms(bbProg);
 
-  glClearColor(0.73,1,1,1); // background color
+  vec4 skyColor = envColors[envColorIdx][1];
+  glClearColor(skyColor.r, skyColor.g, skyColor.b,
+               skyColor.a); // background color
   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
   renderObject(); // render things that aren't clouds
   renderClouds();
@@ -288,22 +418,103 @@ void display() {
   glutSwapBuffers();
 }
 
+bool needsRedisplay = false;
+void timer(int _) {
+  if (needsRedisplay) {
+    glutPostRedisplay();
+  }
+  needsRedisplay = false;
+  glutTimerFunc(16, timer, 0);
+}
+
+void keyboard(unsigned char key, int x, int y) {
+  if (key == ' ') {
+    calculateMetaballs();
+    needsRedisplay = true;
+    curBeenShaded = false;
+  }
+  if (key == '0') {
+    curMode = render;
+    needsRedisplay = true;
+  }
+  if (key == '1') {
+    curMode = debugContDist;
+    needsRedisplay = true;
+  }
+  if (key == '2') {
+    curMode = debugColor;
+    needsRedisplay = true;
+  }
+  if (key == '3') {
+    curMode = debugProbAct;
+    needsRedisplay = true;
+  }
+  if (key == '4') {
+    curMode = debugProbExt;
+    needsRedisplay = true;
+  }
+  if (key == 's') {
+    envColorIdx = (envColorIdx + 1) % envColors.size();
+    needsRedisplay = true;
+    curBeenShaded = false;
+  }
+}
+
+int prevMouseX, prevMouseY;
+bool firstMouse = true;
+void motion(int x, int y) {
+  if (firstMouse) {
+    prevMouseX = x;
+    prevMouseY = y;
+    firstMouse = false;
+  }
+  float dx = x - prevMouseX, dy = y - prevMouseY;
+  prevMouseX = x;
+  prevMouseY = y;
+  const vec3 origin(0, 0, 0);
+  const float sensitivity = 0.003f;
+  auto camMat = translate(mat4(1), origin + camPos);
+  auto rotation = rotate(rotate(mat4(1), -dx * sensitivity, {0, 1, 0}),
+                         -dy * sensitivity, {1, 0, 0});
+  auto rotAroundOrig = camMat * rotation * translate(mat4(1), origin - camPos);
+  camPos = rotAroundOrig * glm::vec4(camPos, 0);
+  needsRedisplay = true;
+}
+
+void passiveMotion(int x, int y) {
+  prevMouseX = x;
+  prevMouseY = y;
+}
+
+void reshape(int w, int h) {
+  width = w;
+  height = h;
+}
+
 int main(int argc, char **argv) {
   glutInit(&argc, argv);
-  glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB |
+  glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_ALPHA |
                       GLUT_3_2_CORE_PROFILE);
   glutInitWindowSize(width, height);
   glutCreateWindow("Clouds");
   glutDisplayFunc(display);
+  glutReshapeFunc(reshape);
+  glutKeyboardFunc(keyboard);
+  glutMotionFunc(motion);
+  glutPassiveMotionFunc(passiveMotion);
+  glutTimerFunc(16, timer, 0);
 
   glewInit();
 
   Program prog("billboardvert.glsl", "billboardfrag.glsl");
-
   bbProg = prog.progId;
-  glUseProgram(bbProg);
+  Program sProg("sunvert.glsl", "sunfrag.glsl");
+  sunProg = sProg.progId;
 
   glGenVertexArrays(1, &bbVao);
+  glUseProgram(sunProg);
+  glBindVertexArray(bbVao);
+  glUseProgram(bbProg);
   glBindVertexArray(bbVao);
   GLuint vbos[2];
   glGenBuffers(2, vbos);
@@ -326,13 +537,19 @@ int main(int argc, char **argv) {
 
   precalculateBillboardTextures();
 
+  initClouds(&cs);
   calculateMetaballs();
 
-  glGenTextures(1, &attenuationTex);
-
-  /* glutTimerFunc(16, timer, 0); */
-
-  // set up billboard prog
+#ifdef PBO
+  // setup PBOs for buffering readPixels
+  glGenBuffers(numPbos, pboBufs);
+  for (int i = 0; i < numPbos; i++) {
+    glBindBuffer(GL_PIXEL_PACK_BUFFER, pboBufs[i]);
+    glBufferData(GL_PIXEL_PACK_BUFFER, 64 * 64 * 4, NULL,
+                 GL_DYNAMIC_READ);
+  }
+  glBindBuffer(GL_PIXEL_PACK_BUFFER, 0);
+#endif
 
   glutMainLoop();