dali/public-api/shader-effects/shader-effect.h

   1 #ifndef __DALI_SHADER_EFFECT_H__
   2 #define __DALI_SHADER_EFFECT_H__
   3
   4 /*
   5  * Copyright (c) 2014 Samsung Electronics Co., Ltd.
   6  *
   7  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   8  * you may not use this file except in compliance with the License.
   9  * You may obtain a copy of the License at
  10  *
  11  * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  12  *
  13  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  14  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  15  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  16  * See the License for the specific language governing permissions and
  17  * limitations under the License.
  18  *
  19  */
  20
  21 // INTERNAL INCLUDES
  22 #include <dali/public-api/animation/active-constraint-declarations.h>
  23 #include <dali/public-api/object/handle.h>
  24
  25 namespace Dali
  26 {
  27
  28 /**
  29  * @brief DALI_COMPOSE_SHADER macro provides a convenient way to write shader source code.
  30  *
  31  * We normally use double quotation marks to write a string such as "Hello World".
  32  * However many symbols are needed to add multiple lines of string.
  33  * We don't need to write quotation marks using this macro at every line.
  34  *
  35  * [An example of double quotation marks usage]
  36  * const string FRAGMENT_SHADER_SOURCE = \
  37  * "  void main()\n"
  38  * "  {\n"
  39  * "    gl_FragColor = texture2D( sTexture, vTexCoord ) * uColor;\n"
  40  * "  }\n";
  41  *
  42  * [An example of DALI_COMPOSE_SHADER usage]
  43  * const string VERTEX_SHADER_SOURCE = DALI_COMPOSE_SHADER (
  44  *   void main()
  45  *   {
  46  *     gl_Position = uProjection * uModelView * vec4(aPosition, 1.0);
  47  *     vTexCoord = aTexCoord;
  48  *   }
  49  * );
  50  */
  51 #define DALI_COMPOSE_SHADER(STR) #STR
  52
  53 class Constraint;
  54 class Image;
  55 struct Vector2;
  56 struct Vector3;
  57 struct Vector4;
  58
  59 namespace Internal DALI_INTERNAL
  60 {
  61 class ShaderEffect;
  62 }
  63
  64 /**
  65  * @brief GeometryType determines how geometry is shaped.
  66  */
  67 enum GeometryType
  68 {
  69   GEOMETRY_TYPE_IMAGE = 0x01,         ///< image, with flat color or texture
  70   GEOMETRY_TYPE_TEXT = 0x02,          ///< text, with flat color or texture
  71   GEOMETRY_TYPE_UNTEXTURED_MESH = 0x04,///< Complex meshes, with flat color
  72   GEOMETRY_TYPE_TEXTURED_MESH = 0x08, ///< Complex meshes, with texture
  73   GEOMETRY_TYPE_LAST = 0x10
  74 };
  75
  76 /**
  77  * @brief Shader effects provide a visual effect for actors.
  78  *
  79  * For a Custom shader you can provide the vertex and fragment shader code as strings.
  80  * These shader snippets get concatenated with the default attributes and uniforms.
  81  * For a vertex shader this part contains the following code:
  82  * <pre>
  83  * precision highp float;
  84  * attribute vec3  aPosition;
  85  * attribute vec2  aTexCoord;
  86  * uniform   mat4  uMvpMatrix;
  87  * uniform   mat4  uModelMatrix;
  88  * uniform   mat4  uViewMatrix;
  89  * uniform   mat4  uModelView;
  90  * uniform   mat3  uNormalMatrix;
  91  * uniform   mat4  uProjection;
  92  * uniform   vec4  uColor;
  93  * varying   vec2  vTexCoord;
  94  * </pre>
  95  * The custom shader part is expected to output the vertex position and texture coordinate.
  96  * A basic custom vertex shader would contain the following code:
  97  * <pre>
  98  * void main()
  99  * {
 100  *   gl_Position = uProjection * uModelView * vec4(aPosition, 1.0);
 101  *   vTexCoord = aTexCoord;
 102  * }
 103  * </pre>
 104  * For fragment shader the default part for images contains the following code:
 105  * <pre>
 106  * precision mediump float;
 107  * uniform   sampler2D sTexture;
 108  * uniform   sampler2D sEffect;
 109  * uniform   vec4      uColor;
 110  * varying   vec2      vTexCoord;
 111  * </pre>
 112  * and for text:
 113  * <pre>
 114  * \#extension GL_OES_standard_derivatives : enable
 115  * uniform   mediump sampler2D sTexture;
 116  * uniform   lowp    vec4      uColor;
 117  * uniform   lowp    vec4      uTextColor;
 118  * uniform   mediump float     uSmoothing;
 119  * varying   mediump vec2      vTexCoord;
 120  * </pre>
 121  * and the custom shader is expected to output the fragment color.
 122  * The basic fragment shader for images would contain:
 123  * <pre>
 124  * void main()
 125  * {
 126  *   gl_FragColor = texture2D( sTexture, vTexCoord ) * uColor;
 127  * }
 128  * </pre>
 129  * and for text::
 130  * <pre>
 131  *  void main()
 132  *  {
 133  *    // sample distance field
 134  *    mediump float distance = texture2D(sTexture, vTexCoord).a;
 135  *    mediump float smoothWidth = fwidth(distance);
 136  *    // set fragment color
 137  *    lowp vec4 color = uTextColor;
 138  *    // adjust alpha by sampled distance
 139  *    color.a *= smoothstep(uSmoothing - smoothWidth, uSmoothing + smoothWidth, distance);
 140  *    // fragment color multiplied with uColor.
 141  *    glFragColor = color * uColor;
 142  *  }
 143  * </pre>
 144  * <BR>
 145  * <B>
 146  * Note: In order for fade and color animations to work, the fragment shader needs to multiply the fragment color
 147  * with the uniform color "uColor" of the node
 148  * </B>
 149  */
 150 class DALI_IMPORT_API ShaderEffect : public Handle
 151 {
 152 public:
 153   /**
 154    * @brief The Extension class is a base class for objects that can be attached to the
 155    * ShaderEffects as extensions.
 156    *
 157    * Extensions are useful to create pimpled implementations of custom shaders.
 158    * The shader effect will hold an intrusive pointer to the extension.
 159    */
 160   class Extension : public RefObject
 161   {
 162   protected:
 163     /**
 164      * @brief Disable default constructor. This a base class is not meant to be initialised on its own.
 165      */
 166     Extension();
 167
 168     /**
 169      * @brief Virtual destructor.
 170      */
 171     virtual ~Extension();
 172   };
 173
 174   // Default Properties
 175   /* Grid Density defines the spacing of vertex coordinates in world units.
 176    * ie a larger actor will have more grids at the same spacing.
 177    *
 178    *  +---+---+         +---+---+---+
 179    *  |   |   |         |   |   |   |
 180    *  +---+---+         +---+---+---+
 181    *  |   |   |         |   |   |   |
 182    *  +---+---+         +---+---+---+
 183    *                    |   |   |   |
 184    *                    +---+---+---+
 185    */
 186   static const Property::Index GRID_DENSITY;       ///< name "grid-density",   type FLOAT
 187   static const Property::Index IMAGE;              ///< name "image",          type MAP; {"filename":"", "load-policy":...}
 188   static const Property::Index PROGRAM;            ///< name "program",        type MAP; {"vertex-prefix":"","fragment-prefix":"","vertex":"","fragment":""}
 189   static const Property::Index GEOMETRY_HINTS;     ///< name "geometry-hints", type INT (bitfield) values from enum GeometryHints
 190
 191   static const float DEFAULT_GRID_DENSITY;         ///< The default density is 40 pixels
 192
 193   /**
 194    * @brief Hints for rendering/subdividing geometry.
 195    */
 196   enum GeometryHints
 197   {
 198     HINT_NONE           = 0x00,   ///< no hints
 199     HINT_GRID_X         = 0x01,   ///< Geometry must be subdivided in X
 200     HINT_GRID_Y         = 0x02,   ///< Geometry must be subdivided in Y
 201     HINT_GRID           = (HINT_GRID_X | HINT_GRID_Y),
 202     HINT_DEPTH_BUFFER   = 0x04,   ///< Needs depth buffering turned on
 203     HINT_BLENDING       = 0x08,   ///< Notifies the actor to use blending even if it's fully opaque. Needs actor's blending set to BlendingMode::AUTO
 204     HINT_DOESNT_MODIFY_GEOMETRY = 0x10 ///< Notifies that the vertex shader will not change geometry (enables bounding box culling)
 205   };
 206
 207   /**
 208    * @brief Coordinate type of the shader uniform.
 209    *
 210    * Viewport coordinate types will convert from viewport to view space.
 211    * Use this coordinate type if your are doing a transformation in view space.
 212    * The texture coordinate type converts a value in actor local space to texture coodinates.
 213    * This is useful for pixel shaders and accounts for texture atlas.
 214    */
 215   enum UniformCoordinateType
 216   {
 217     COORDINATE_TYPE_DEFAULT,           ///< Default, No transformation to be applied
 218     COORDINATE_TYPE_VIEWPORT_POSITION, ///< The uniform is a position vector in viewport coordinates that needs to be converted to GL view space coordinates.
 219     COORDINATE_TYPE_VIEWPORT_DIRECTION ///< The uniform is a directional vector in viewport coordinates that needs to be converted to GL view space coordinates.
 220   };
 221
 222   /**
 223    * @brief Create an empty ShaderEffect.
 224    *
 225    * This can be initialised with ShaderEffect::New(...)
 226    */
 227   ShaderEffect();
 228
 229   /**
 230    * @brief Create ShaderEffect.
 231    *
 232    * @param vertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 233    * @param fragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 234    * @param type GeometryType to define the shape of the geometry
 235    * @param hints GeometryHints to define the geometry of the rendered object
 236    * @return A handle to a shader effect
 237    */
 238   static ShaderEffect New( const std::string& vertexShader,
 239                            const std::string& fragmentShader,
 240                            GeometryType type = GeometryType(GEOMETRY_TYPE_IMAGE),
 241                            GeometryHints hints = GeometryHints(HINT_NONE) );
 242
 243   /**
 244    * @brief Create ShaderEffect.
 245    * @param vertexShaderPrefix code for the effect. It will be inserted before the default uniforms (ideal for \#defines)
 246    * @param vertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 247    * @param fragmentShaderPrefix code for the effect. It will be inserted before the default uniforms (ideal for \#defines)
 248    * @param fragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 249    * @param type GeometryType to define the shape of the geometry
 250    * @param hints GeometryHints to define the geometry of the rendered object
 251    * @return A handle to a shader effect
 252    */
 253   static ShaderEffect NewWithPrefix(const std::string& vertexShaderPrefix,
 254                                     const std::string& vertexShader,
 255                                     const std::string& fragmentShaderPrefix,
 256                                     const std::string& fragmentShader,
 257                                     GeometryType type = GeometryType(GEOMETRY_TYPE_IMAGE),
 258                                     GeometryHints hints = GeometryHints(HINT_NONE) );
 259
 260   /**
 261    * @brief Create ShaderEffect.
 262    * @param imageVertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 263    * @param imageFragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 264    * @param textVertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 265    * @param textFragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 266    * @param hints GeometryHints to define the geometry of the rendered object
 267    * @return A handle to a shader effect
 268    */
 269   static ShaderEffect New( const std::string& imageVertexShader,
 270                            const std::string& imageFragmentShader,
 271                            const std::string& textVertexShader,
 272                            const std::string& textFragmentShader,
 273                            GeometryHints hints = GeometryHints(HINT_NONE) );
 274
 275   /**
 276    * @brief Create ShaderEffect.
 277    * @param imageVertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 278    * @param imageFragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 279    * @param textVertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 280    * @param textFragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 281    * @param texturedMeshVertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 282    * @param texturedMeshFragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 283    * @param meshVertexShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 284    * @param meshFragmentShader code for the effect. If you pass in an empty string, the default version will be used
 285    * @param hints GeometryHints to define the geometry of the rendered object
 286    * @return A handle to a shader effect
 287    */
 288   static ShaderEffect New( const std::string& imageVertexShader,
 289                            const std::string& imageFragmentShader,
 290                            const std::string& textVertexShader,
 291                            const std::string& textFragmentShader,
 292                            const std::string& texturedMeshVertexShader,
 293                            const std::string& texturedMeshFragmentShader,
 294                            const std::string& meshVertexShader,
 295                            const std::string& meshFragmentShader,
 296                            GeometryHints hints = GeometryHints(HINT_NONE) );
 297
 298   /**
 299    * @brief Downcast an Object handle to ShaderEffect.
 300    *
 301    * If handle points to a ShaderEffect the downcast produces valid
 302    * handle. If not the returned handle is left uninitialized.
 303    *
 304    * @param[in] handle to An object
 305    * @return handle to a ShaderEffect object or an uninitialized handle
 306    */
 307   static ShaderEffect DownCast( BaseHandle handle );
 308
 309   /**
 310    * @brief Destructor
 311    *
 312    * This is non-virtual since derived Handle types must not contain data or virtual methods.
 313    */
 314   ~ShaderEffect();
 315
 316   /**
 317    * @brief Copy constructor
 318    *
 319    * @param object A reference to a ShaderEffect object
 320    */
 321   ShaderEffect(const ShaderEffect& object);
 322
 323   /**
 324    * @brief This assignment operator is required for (smart) pointer semantics.
 325    *
 326    * @param [in] rhs  A reference to the copied handle
 327    * @return A reference to this
 328    */
 329   ShaderEffect& operator=(const ShaderEffect& rhs);
 330
 331   /**
 332    * @brief Sets image for using as effect texture.
 333    *
 334    * This image texture will be bound to the "sEffect" sampler
 335    * so it can be used in fragment shader for effects
 336    *
 337    * @param[in] image to use as effect texture
 338    */
 339   void SetEffectImage( Image image );
 340
 341   /**
 342    * @brief Set a uniform value.
 343    * This will register a property of type Property::FLOAT; see Object::RegisterProperty() for more details.
 344    * If name matches a uniform in the shader source, this value will be uploaded when rendering.
 345    * @pre Either the property name is not in use, or a property exists with the correct name & type.
 346    * @param name The name of the uniform.
 347    * @param value The value to to set.
 348    * @param uniformCoordinateType The coordinate type of the uniform.
 349    */
 350   void SetUniform( const std::string& name,
 351                    float value,
 352                    UniformCoordinateType uniformCoordinateType = UniformCoordinateType(COORDINATE_TYPE_DEFAULT) );
 353
 354   /**
 355    * @brief Set a uniform value.
 356    *
 357    * This will register a property of type Property::VECTOR2; see Object::RegisterProperty() for more details.
 358    * If name matches a uniform in the shader source, this value will be uploaded when rendering.
 359    * @pre Either the property name is not in use, or a property exists with the correct name & type.
 360    * @param name The name of the uniform.
 361    * @param value The value to to set.
 362    * @param uniformCoordinateType The coordinate type of the uniform.
 363    */
 364   void SetUniform( const std::string& name,
 365                    Vector2 value,
 366                    UniformCoordinateType uniformCoordinateType = UniformCoordinateType(COORDINATE_TYPE_DEFAULT) );
 367
 368   /**
 369    * @brief Set a uniform value.
 370    *
 371    * This will register a property of type Property::VECTOR3; see Object::RegisterProperty() for more details.
 372    * If name matches a uniform in the shader source, this value will be uploaded when rendering.
 373    * @pre Either the property name is not in use, or a property exists with the correct name & type.
 374    * @param name The name of the uniform.
 375    * @param value The value to to set.
 376    * @param uniformCoordinateType The coordinate type of the uniform.
 377    */
 378   void SetUniform( const std::string& name,
 379                    Vector3 value,
 380                    UniformCoordinateType uniformCoordinateType = UniformCoordinateType(COORDINATE_TYPE_DEFAULT) );
 381
 382   /**
 383    * @brief Set a uniform value.
 384    *
 385    * This will register a property of type Property::VECTOR4; see Object::RegisterProperty() for more details.
 386    * If name matches a uniform in the shader source, this value will be uploaded when rendering.
 387    * @pre Either the property name is not in use, or a property exists with the correct name & type.
 388    * @param name The name of the uniform.
 389    * @param value The value to to set.
 390    * @param uniformCoordinateType The coordinate type of the uniform.
 391    */
 392   void SetUniform( const std::string& name,
 393                    Vector4 value,
 394                    UniformCoordinateType uniformCoordinateType = UniformCoordinateType(COORDINATE_TYPE_DEFAULT) );
 395
 396   /**
 397    * @brief Set a uniform value.
 398    *
 399    * This will register a property of type Property::MATRIX; see Object::RegisterProperty() for more details.
 400    * If name matches a uniform in the shader source, this value will be uploaded when rendering.
 401    * @pre Either the property name is not in use, or a property exists with the correct name & type.
 402    * @param name The name of the uniform.
 403    * @param value The value to to set.
 404    * @param uniformCoordinateType The coordinate type of the uniform.
 405    */
 406   void SetUniform( const std::string& name,
 407                    const Matrix& value,
 408                    UniformCoordinateType uniformCoordinateType = UniformCoordinateType(COORDINATE_TYPE_DEFAULT) );
 409
 410   /**
 411    * @brief Set a uniform value.
 412    *
 413    * This will register a property of type Property::MATRIX3; see Object::RegisterProperty() for more details.
 414    * If name matches a uniform in the shader source, this value will be uploaded when rendering.
 415    * @pre Either the property name is not in use, or a property exists with the correct name & type.
 416    * @param name The name of the uniform.
 417    * @param value The value to to set.
 418    * @param uniformCoordinateType The coordinate type of the uniform.
 419    */
 420   void SetUniform( const std::string& name,
 421                    const Matrix3& value,
 422                    UniformCoordinateType uniformCoordinateType = UniformCoordinateType(COORDINATE_TYPE_DEFAULT) );
 423
 424   /**
 425    * @brief Attach an extension object.
 426    *
 427    * This object is reference counted and will be automatically deleted.
 428    * This object can be retrieved back with the GetExtension function.
 429    * @param object Pointer to a Extension.
 430    * @pre extension is not NULL
 431    */
 432   void AttachExtension( Extension *object );
 433
 434   /**
 435    * @brief Retrieve the attached extension object.
 436    *
 437    * This object can be set with the AttachExtension function.
 438    * @return implementation Pointer to a Extension.
 439    * @pre An extension needs to be attached previously.
 440    */
 441   Extension& GetExtension();
 442
 443   /**
 444    * @brief Retrieve the attached extension object.
 445    *
 446    * This object can be set with the AttachExtension function.
 447    * @return implementation Pointer to a Extension.
 448    * @pre An extension needs to be attached previously.
 449    */
 450   const Extension& GetExtension() const;
 451
 452
 453 public: // Not intended for application developers
 454
 455   /**
 456    * @brief This constructor is used by Dali New() methods.
 457    * @param [in] effect A pointer to a newly allocated Dali resource.
 458    */
 459   explicit DALI_INTERNAL ShaderEffect(Internal::ShaderEffect* effect);
 460 };
 461
 462 } // namespace Dali
 463
 464 #endif // __DALI_SHADER_EFFECT_H__