Fix billboard orientation
[clouds.git] / clouds.cpp
index 7bb51e854e61c39ba8adaf1be51d15525758d70f..d5c8f6ad628ff1e1c23d22a09abfdd5e7a180bcd 100644 (file)
@@ -1,4 +1,5 @@
 #include "debug.hpp"
+#include "simulation.h"
 #include "program.hpp"
 #include <GL/glew.h>
 #include <GLUT/glut.h>
 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);
 
@@ -75,8 +70,6 @@ vector<vec4> bbColors;
 GLuint bbProg;
 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?
@@ -84,21 +77,21 @@ void calculateMetaballs() {}
 #define NQ 1
 GLuint bbTexIds[NQ];
 
+// Stores attenuation ratio inside r channel
+// Should be highest value at center
 void precalculateBillboardTextures() {
   float data[32 * 32];
   // 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));
+      data[i + j * 32] = fmin(1.f, 0.5f + 2.f * (distance(vec2(i, j), vec2(16, 16)) / 16));
 
   glGenTextures(NQ, bbTexIds);
 
-  /* 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); */
+    checkError();
+
     glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RED, 32, 32, 0, GL_RED, GL_FLOAT, data);
     glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D); // required, otherwise texture is blank
 
@@ -116,7 +109,36 @@ struct Metaball {
 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};
+Clouds cs;
+
+void calculateMetaballs() {
+  /* stepClouds(&cs); */
+  metaballs.clear();
+  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; i++) { */
+  /*   for (int j = 0; j < CLOUD_DIM; j++) { */
+  /*     for (int k = 0; k < CLOUD_DIM; k++) { */
+  /*       if (cs.cld[i][j][k]) { */
+  /*         Metaball m = {{i / (float)CLOUD_DIM, j / (float)CLOUD_DIM, k / (float)CLOUD_DIM}, */
+  /*                       1.f / (float)CLOUD_DIM }; */
+  /*         m.pos = (m.pos * vec3(2)) - vec3(1); */
+  /*         metaballs.push_back(m); */
+  /*       } */
+  /*     } */
+  /*   } */
+  /* } */
+  fprintf(stderr, "num metaballs: %lu\n", metaballs.size());
+}
+
+vec3 sunPos = {0, 2, 2}, sunDir = {0, -1, -1};
+vec3 camPos = {0, 0, -5}, viewPos = {0, 0, 0};
 mat4 proj; // projection matrix
 mat4 view; // view matrix
 float znear = 0.001, zfar = 1000;
@@ -133,7 +155,7 @@ 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];
@@ -143,6 +165,7 @@ 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;
@@ -152,6 +175,7 @@ void shadeClouds() {
   bbColors.clear();
 
   glDisable(GL_DEPTH_TEST);
+  // shaderOutput * 0 + buffer * shader alpha
   glBlendFunc(GL_ZERO, GL_SRC_ALPHA);
   glEnable(GL_BLEND);
 
@@ -159,24 +183,11 @@ 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");
 
   for (auto k : metaballs) {
@@ -184,7 +195,7 @@ void shadeClouds() {
     mat4 model = scale(translate(mat4(1), k.pos), vec3(k.r) * 2.f);
 
     // rotate the billboard so that its normal is oriented to the sun
-    faceView(model);
+    model = faceView(model);
 
     glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
 
@@ -195,8 +206,9 @@ 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
+    glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "modulate"), 1);
 
     // Render the billboard.
     glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
@@ -209,22 +221,20 @@ void shadeClouds() {
                       * vec2(width, height);
     vec4 pixel;
     glReadPixels(screenPos.x, screenPos.y, 1, 1, GL_RGBA, GL_FLOAT, value_ptr(pixel));
+    /* if (pixel.g == 0 && pixel.b == 0) abort(); */
+    /* fprintf(stderr, "pixel:"); */
+    /* dump(pixel); */
 
     // Multiply the pixel value by the sunlight color.
     vec4 sunColor = {1, 1, 0.9, 1};
     pixel *= sunColor;
 
     // Store the color into an array C[k] as the color of the billboard.
-    fprintf(stderr, "pixel: ");
-    dump(pixel);
     bbColors.push_back(pixel);
   }
 
-  /* saveFBO(); */
+  saveFBO();
   checkError();
-
-  /* glDeleteFramebuffers(1, &fbo); */
-  /* glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0); // render to screen */
 }
 
 void renderObject() {}
@@ -232,11 +242,12 @@ void renderObject() {}
 void renderClouds() {
   // 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);
   });
 
   glDisable(GL_DEPTH_TEST);
   glEnable(GL_BLEND);
+  // shaderOutput * 1 + buffer * shader alpha
   glBlendFunc(GL_ONE, GL_SRC_ALPHA);
   for (int i = 0; i < metaballs.size(); i++) {
     Metaball k = metaballs[i];
@@ -246,14 +257,17 @@ void renderClouds() {
     // Place the billboard at the center of the corresponding metaball n.
     mat4 model = scale(translate(mat4(1), k.pos), vec3(k.r) * 2.f);
     // Rotate the billboard so that its normal is oriented to the viewpoint.
-    faceView(model);
+    model = faceView(model);
 
     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}; */
+    /* bbColors[i].x = 1 - bbColors[i].x; */
+    /* bbColors[i].y = 1 - bbColors[i].y; */
+    /* bbColors[i].z = 1 - bbColors[i].z; */
+    bbColors[i].w = 1;
     glUniform4fv(glGetUniformLocation(bbProg, "color"), 1,
                  glm::value_ptr(bbColors[i]));
 
@@ -262,13 +276,17 @@ void renderClouds() {
     glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, bbTexIds[0]);
     glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "tex"), 0);
 
+    // Don't modulate it -- blend it
+    glUniform1i(glGetUniformLocation(bbProg, "modulate"), 0);
+
     // Render the billboard with the blending function.
     glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
   }
 }
 
 void display() {
-  view = glm::lookAt(sunPos, viewPos, {0, 1, 0});
+  // TODO: find a way to make sure there's no clipping
+  view = glm::lookAt(sunPos + sunDir * vec3(20), sunPos, {0, 1, 0});
   proj = glm::ortho(1.f * aspect, -1.f * aspect, -1.f, 1.f, znear, zfar);
   setProjectionAndViewUniforms(bbProg);
 
@@ -276,11 +294,11 @@ void display() {
   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
   shadeClouds();
 
-  view = glm::lookAt(viewPos, lookPos, {0, 1, 0});
-  proj = glm::perspective(60.f, aspect, znear, zfar);
+  view = glm::lookAt(camPos, viewPos, {0, 1, 0});
+  proj = glm::perspective(45.f, aspect, znear, zfar);
   setProjectionAndViewUniforms(bbProg);
 
-  glClearColor(0.73,1,1,1); // background color
+  glClearColor(0.83,1,1,1); // background color
   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
   renderObject();               // render things that aren't clouds
   renderClouds();
@@ -288,6 +306,43 @@ void display() {
   glutSwapBuffers();
 }
 
+bool needsRedisplay = false;
+void timer(int _) {
+  /* calculateMetaballs(); */
+  if (needsRedisplay) {
+    glutPostRedisplay();
+    needsRedisplay = false;
+  }
+  glutTimerFunc(16, timer, 0);
+}
+
+void keyboard(unsigned char key, int x, int y) {
+       if (key == ' ') {
+               calculateMetaballs();
+               glutPostRedisplay();
+       }
+}
+
+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(0,18,0);
+       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;
+}
+
 int main(int argc, char **argv) {
   glutInit(&argc, argv);
   glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB |
@@ -326,11 +381,14 @@ int main(int argc, char **argv) {
 
   precalculateBillboardTextures();
 
+  initClouds(&cs);
   calculateMetaballs();
 
   glGenTextures(1, &attenuationTex);
 
-  /* glutTimerFunc(16, timer, 0); */
+  glutKeyboardFunc(keyboard);
+  glutMotionFunc(motion);
+  glutTimerFunc(16, timer, 0);
 
   // set up billboard prog