examples/rendering-basic-pbr/rendering-basic-pbr-example.cpp

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2019 Samsung Electronics Co., Ltd.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  *
  16  */
  17
  18 // EXTERNAL INCLUDES
  19 #include <dali-toolkit/dali-toolkit.h>
  20
  21 #include <stdio.h>
  22 #include <sstream>
  23
  24 // INTERNAL INCLUDES
  25 #include "ktx-loader.h"
  26 #include "model-skybox.h"
  27 #include "model-pbr.h"
  28 #include <dali/integration-api/debug.h>
  29 #include <dali/devel-api/adaptor-framework/file-stream.h>
  30
  31 using namespace Dali;
  32 using namespace Toolkit;
  33
  34 /*
  35  *
  36  * "papermill_pmrem.ktx" and "papermill_E_diffuse-64.ktx are image files generated from
  37  * image file downloaded from "http://www.hdrlabs.com/sibl/archive.html" with title
  38  * "Papermill Ruins E" by Blochi and is licensed under Creative Commons License
  39  * http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/us/
  40  *
  41 */
  42
  43 namespace
  44 {
  45
  46 const char* NORMAL_ROUGH_TEXTURE_URL = DEMO_IMAGE_DIR "Test_100_normal_roughness.png";
  47 const char* ALBEDO_METAL_TEXTURE_URL = DEMO_IMAGE_DIR "Test_wblue_100_albedo_metal.png";
  48 const char* CUBEMAP_SPECULAR_TEXTURE_URL = DEMO_IMAGE_DIR "papermill_pmrem.ktx";
  49 const char* CUBEMAP_DIFFUSE_TEXTURE_URL = DEMO_IMAGE_DIR "papermill_E_diffuse-64.ktx";
  50
  51 const char* SPHERE_URL = DEMO_MODEL_DIR "sphere.obj";
  52 const char* TEAPOT_URL = DEMO_MODEL_DIR "teapot.obj";
  53
  54 const char* VERTEX_SHADER_URL = DEMO_SHADER_DIR "pbr_shader.vsh";
  55 const char* FRAGMENT_SHADER_URL = DEMO_SHADER_DIR "pbr_shader.fsh";
  56
  57 const Vector3 SKYBOX_SCALE( 1.0f, 1.0f, 1.0f );
  58 const Vector3 SPHERE_SCALE( 1.5f, 1.5f, 1.5f );
  59 const Vector3 TEAPOT_SCALE( 2.0f, 2.0f, 2.0f );
  60
  61 const float CAMERA_DEFAULT_FOV(    60.0f );
  62 const float CAMERA_DEFAULT_NEAR(    0.1f );
  63 const float CAMERA_DEFAULT_FAR(  1000.0f );
  64 const Vector3 CAMERA_DEFAULT_POSITION( 0.0f, 0.0f, 3.5f );
  65
  66 }
  67
  68 /*
  69  *
  70  * This example shows a Physically Based Rendering illumination model.
  71  *
  72  * - Double-tap to toggle between 3D models (teapot & cube)
  73  * - Pan up/down on left side of screen to change roughness
  74  * - Pan up/down on right side of screen to change metalness
  75  * - Pan anywhere else to rotate scene
  76  *
  77 */
  78
  79 class BasicPbrController : public ConnectionTracker
  80 {
  81 public:
  82
  83   BasicPbrController( Application& application )
  84   : mApplication( application ),
  85     mLabel(),
  86     m3dRoot(),
  87     mUiRoot(),
  88     mDoubleTapTime(),
  89     mModelOrientation(),
  90     mRoughness( 1.f ),
  91     mMetalness( 0.f ),
  92     mDoubleTap(false),
  93     mTeapotView(true)
  94   {
  95     // Connect to the Application's Init signal
  96     mApplication.InitSignal().Connect( this, &BasicPbrController::Create );
  97   }
  98
  99   ~BasicPbrController()
 100   {
 101     // Nothing to do here;
 102   }
 103
 104   // The Init signal is received once (only) during the Application lifetime
 105   void Create( Application& application )
 106   {
 107     // Disable indicator
 108     Dali::Window winHandle = application.GetWindow();
 109     winHandle.ShowIndicator( Dali::Window::INVISIBLE );
 110
 111     // Get a handle to the stage
 112     Stage stage = Stage::GetCurrent();
 113     stage.SetBackgroundColor( Color::BLACK );
 114     mAnimation = Animation::New( 1.0f );
 115     mLabel = TextLabel::New( "R:1 M:0" );
 116     mLabel.SetAnchorPoint( AnchorPoint::TOP_CENTER );
 117     mLabel.SetParentOrigin( ParentOrigin::TOP_CENTER );
 118     mLabel.SetSize( stage.GetSize().width * 0.5f, stage.GetSize().height * 0.083f );
 119     mLabel.SetProperty( TextLabel::Property::HORIZONTAL_ALIGNMENT, "CENTER" );
 120     mLabel.SetProperty( TextLabel::Property::VERTICAL_ALIGNMENT, "CENTER" );
 121     mLabel.SetProperty( TextLabel::Property::TEXT_COLOR, Color::WHITE );
 122     mLabel.SetProperty( Actor::Property::COLOR_ALPHA, 0.0f );
 123     // Step 1. Create shader
 124     CreateModelShader();
 125
 126     // Step 2. Create texture
 127     CreateTexture();
 128
 129     // Step 3. Initialise Main Actor
 130     InitActors();
 131
 132     // Respond to a click anywhere on the stage
 133     stage.GetRootLayer().TouchSignal().Connect( this, &BasicPbrController::OnTouch );
 134
 135     // Respond to key events
 136     stage.KeyEventSignal().Connect( this, &BasicPbrController::OnKeyEvent );
 137
 138     mDoubleTapTime = Timer::New(150);
 139     mDoubleTapTime.TickSignal().Connect( this, &BasicPbrController::OnDoubleTapTime );
 140   }
 141
 142
 143   bool OnDoubleTapTime()
 144   {
 145     mDoubleTap = false;
 146     return true;
 147   }
 148
 149   /**
 150    * This function will change the material Roughness, Metalness or the model orientation when touched
 151    */
 152   bool OnTouch( Actor actor, const TouchData& touch )
 153   {
 154     const PointState::Type state = touch.GetState( 0 );
 155
 156     switch( state )
 157     {
 158       case PointState::DOWN:
 159       {
 160         if(mDoubleTap)
 161         {
 162           mTeapotView = !mTeapotView;
 163           mModel[0].GetActor().SetProperty(Dali::Actor::Property::VISIBLE, !mTeapotView);
 164           mModel[1].GetActor().SetProperty(Dali::Actor::Property::VISIBLE, mTeapotView);
 165         }
 166         mDoubleTapTime.Stop();
 167         mStartTouch = touch.GetScreenPosition(0);
 168         mPointZ = mStartTouch;
 169         mAnimation.Stop();
 170         mLabel.SetProperty( Actor::Property::COLOR_ALPHA, 1.0f );
 171         break;
 172       }
 173       case PointState::MOTION:
 174       {
 175         const Stage stage = Stage::GetCurrent();
 176         const Size size = stage.GetSize();
 177         const float scaleX = size.width;
 178         const float scaleY = size.height;
 179         const Vector2 point = touch.GetScreenPosition(0);
 180         bool process = false;
 181         if( ( mStartTouch.x < ( scaleX * 0.3f ) ) && ( point.x < ( scaleX * 0.3f ) ) )
 182         {
 183           mRoughness += ( mStartTouch.y - point.y ) / ( scaleY * 0.9f );
 184
 185           //Clamp Roughness to 0.0 to 1.0
 186           mRoughness = std::max( 0.f, std::min( 1.f, mRoughness ) );
 187
 188           mShader.SetProperty( mShader.GetPropertyIndex( "uRoughness" ), mRoughness );
 189           std::ostringstream oss;
 190           oss.precision(2);
 191           oss << " R:" << mRoughness<< "," << " M:" << mMetalness;
 192           mLabel.SetProperty( TextLabel::Property::TEXT, oss.str() );
 193           mStartTouch = point;
 194           process = true;
 195         }
 196         if( ( mStartTouch.x > ( scaleX * 0.7f ) ) && ( point.x > ( scaleX * 0.7f ) ) )
 197         {
 198           mMetalness += ( mStartTouch.y - point.y ) / ( scaleY * 0.9f );
 199
 200           //Clamp Metalness to 0.0 to 1.0
 201           mMetalness = std::max( 0.f, std::min( 1.f, mMetalness ) );
 202
 203           mShader.SetProperty( mShader.GetPropertyIndex( "uMetallic" ), mMetalness );
 204           std::ostringstream oss;
 205           oss.precision(2);
 206           oss << " R:" << mRoughness<< "," << " M:" << mMetalness;
 207           mLabel.SetProperty( TextLabel::Property::TEXT, oss.str() );
 208           mStartTouch = point;
 209           process = true;
 210         }
 211         //If the touch is not processed above, then change the model orientation
 212         if( !process )
 213         {
 214           process = true;
 215           const float angle1 = ( ( mPointZ.y - point.y ) / scaleY );
 216           const float angle2 = ( ( mPointZ.x - point.x ) / scaleX );
 217           Actor actor1 = mModel[0].GetActor();
 218           Actor actor2 = mModel[1].GetActor();
 219
 220           Quaternion modelOrientation = mModelOrientation;
 221           modelOrientation.Conjugate();
 222           const Quaternion pitchRot(Radian(Degree(angle1 * -200.0f)), modelOrientation.Rotate( Vector3::XAXIS ) );
 223           const Quaternion yawRot(Radian(Degree(angle2 * -200.0f)), modelOrientation.Rotate( Vector3::YAXIS ) );
 224
 225           mModelOrientation = mModelOrientation * yawRot * pitchRot ;
 226           mSkybox.GetActor().SetOrientation( mModelOrientation );
 227           actor1.SetOrientation( mModelOrientation );
 228           actor2.SetOrientation( mModelOrientation );
 229
 230           mPointZ = point;
 231         }
 232         break;
 233       }
 234       case PointState::UP:
 235       {
 236         mDoubleTapTime.Start();
 237         mDoubleTap = true;
 238         mAnimation.AnimateTo( Property( mLabel, Actor::Property::COLOR_ALPHA ), 0.0f, TimePeriod( 0.5f, 1.0f ) );
 239         mAnimation.Play();
 240         break;
 241       }
 242
 243       default:
 244       {
 245         break;
 246       }
 247     }
 248     return true;
 249   }
 250
 251   /**
 252    * @brief Called when any key event is received
 253    *
 254    * Will use this to quit the application if Back or the Escape key is received
 255    * @param[in] event The key event information
 256    */
 257   void OnKeyEvent( const KeyEvent& event )
 258   {
 259     if( event.state == KeyEvent::Down )
 260     {
 261       if( IsKey( event, Dali::DALI_KEY_ESCAPE ) || IsKey( event, Dali::DALI_KEY_BACK ) )
 262       {
 263         mApplication.Quit();
 264       }
 265     }
 266   }
 267
 268   /**
 269    * Creates new main actor
 270    */
 271   void InitActors()
 272   {
 273     Stage stage = Stage::GetCurrent();
 274
 275     mSkybox.Init( SKYBOX_SCALE );
 276     mModel[0].Init( mShader, SPHERE_URL, Vector3::ZERO, SPHERE_SCALE );
 277     mModel[1].Init( mShader, TEAPOT_URL, Vector3::ZERO, TEAPOT_SCALE );
 278
 279     // Hide the model according with mTeapotView variable
 280     mModel[0].GetActor().SetProperty(Dali::Actor::Property::VISIBLE, !mTeapotView);
 281     mModel[1].GetActor().SetProperty(Dali::Actor::Property::VISIBLE,  mTeapotView);
 282
 283     // Creating root and camera actor for rendertask for 3D Scene rendering
 284     mUiRoot = Actor::New();
 285     m3dRoot = Actor::New();
 286     CameraActor cameraUi = CameraActor::New(stage.GetSize());
 287     cameraUi.SetAnchorPoint(AnchorPoint::CENTER);
 288     cameraUi.SetParentOrigin(ParentOrigin::CENTER);
 289
 290     RenderTask rendertask = Stage::GetCurrent().GetRenderTaskList().CreateTask();
 291     rendertask.SetCameraActor( cameraUi );
 292     rendertask.SetSourceActor( mUiRoot );
 293
 294     mUiRoot.SetAnchorPoint(AnchorPoint::TOP_LEFT);
 295     mUiRoot.SetParentOrigin(ParentOrigin::TOP_LEFT);
 296     mUiRoot.SetSize(stage.GetSize());
 297
 298     m3dRoot.SetAnchorPoint(AnchorPoint::CENTER);
 299     m3dRoot.SetParentOrigin(ParentOrigin::CENTER);
 300
 301     // Setting camera parameters for 3D Scene
 302     mSkybox.GetActor().SetPosition( CAMERA_DEFAULT_POSITION );
 303     CameraActor camera3d = stage.GetRenderTaskList().GetTask(0).GetCameraActor();
 304     camera3d.SetInvertYAxis( true );
 305     camera3d.SetPosition( CAMERA_DEFAULT_POSITION );
 306     camera3d.SetNearClippingPlane( CAMERA_DEFAULT_NEAR );
 307     camera3d.SetFarClippingPlane( CAMERA_DEFAULT_FAR );
 308     camera3d.SetFieldOfView( Radian( Degree( CAMERA_DEFAULT_FOV ) ) );
 309
 310     stage.Add( cameraUi );
 311     stage.Add( mUiRoot );
 312     stage.Add( m3dRoot );
 313
 314     m3dRoot.Add( mSkybox.GetActor() );
 315     m3dRoot.Add( mModel[0].GetActor() );
 316     m3dRoot.Add( mModel[1].GetActor() );
 317
 318
 319     if( (stage.GetSize().x > 360.0f) && (stage.GetSize().y > 360.0f) )
 320     {
 321       mUiRoot.Add( mLabel );
 322     }
 323
 324   }
 325
 326   /**
 327    * Creates a shader using file path
 328    */
 329   void CreateModelShader()
 330   {
 331     const std::string mCurrentVShaderFile( VERTEX_SHADER_URL );
 332     const std::string mCurrentFShaderFile( FRAGMENT_SHADER_URL );
 333
 334     mShader = LoadShaders( mCurrentVShaderFile, mCurrentFShaderFile );
 335
 336     // Initialise shader uniforms
 337     // Level 8 because the environment texture has 6 levels plus 2 are missing (2x2 and 1x1)
 338     mShader.RegisterProperty( "uMaxLOD", 8.0f );
 339     mShader.RegisterProperty( "uRoughness", 1.0f );
 340     mShader.RegisterProperty( "uMetallic" , 0.0f );
 341   }
 342
 343   /**
 344    * Create Textures
 345    */
 346   void CreateTexture()
 347   {
 348     PixelData albeldoPixelData = SyncImageLoader::Load( ALBEDO_METAL_TEXTURE_URL );
 349     Texture textureAlbedoMetal = Texture::New( TextureType::TEXTURE_2D, albeldoPixelData.GetPixelFormat(), albeldoPixelData.GetWidth(), albeldoPixelData.GetHeight() );
 350     textureAlbedoMetal.Upload( albeldoPixelData, 0, 0, 0, 0, albeldoPixelData.GetWidth(), albeldoPixelData.GetHeight() );
 351
 352     PixelData normalPixelData = SyncImageLoader::Load( NORMAL_ROUGH_TEXTURE_URL );
 353     Texture textureNormalRough = Texture::New( TextureType::TEXTURE_2D, normalPixelData.GetPixelFormat(), normalPixelData.GetWidth(), normalPixelData.GetHeight() );
 354     textureNormalRough.Upload( normalPixelData, 0, 0, 0, 0, normalPixelData.GetWidth(), normalPixelData.GetHeight() );
 355
 356     // This texture should have 6 faces and only one mipmap
 357     PbrDemo::CubeData diffuse;
 358     PbrDemo::LoadCubeMapFromKtxFile( CUBEMAP_DIFFUSE_TEXTURE_URL, diffuse );
 359
 360     Texture diffuseTexture = Texture::New( TextureType::TEXTURE_CUBE, diffuse.img[0][0].GetPixelFormat(), diffuse.img[0][0].GetWidth(), diffuse.img[0][0].GetHeight() );
 361     for( unsigned int midmapLevel = 0; midmapLevel < diffuse.img[0].size(); ++midmapLevel )
 362     {
 363       for( unsigned int i = 0; i < diffuse.img.size(); ++i )
 364       {
 365         diffuseTexture.Upload( diffuse.img[i][midmapLevel], CubeMapLayer::POSITIVE_X + i, midmapLevel, 0, 0, diffuse.img[i][midmapLevel].GetWidth(), diffuse.img[i][midmapLevel].GetHeight() );
 366       }
 367     }
 368
 369     // This texture should have 6 faces and 6 mipmaps
 370     PbrDemo::CubeData specular;
 371     PbrDemo::LoadCubeMapFromKtxFile( CUBEMAP_SPECULAR_TEXTURE_URL, specular);
 372
 373     Texture specularTexture = Texture::New( TextureType::TEXTURE_CUBE, specular.img[0][0].GetPixelFormat(), specular.img[0][0].GetWidth(), specular.img[0][0].GetHeight() );
 374     for( unsigned int midmapLevel = 0; midmapLevel < specular.img[0].size(); ++midmapLevel )
 375     {
 376       for( unsigned int i = 0; i < specular.img.size(); ++i )
 377       {
 378         specularTexture.Upload( specular.img[i][midmapLevel], CubeMapLayer::POSITIVE_X + i, midmapLevel, 0, 0, specular.img[i][midmapLevel].GetWidth(), specular.img[i][midmapLevel].GetHeight() );
 379       }
 380     }
 381
 382     mModel[0].InitTexture( textureAlbedoMetal, textureNormalRough, diffuseTexture, specularTexture );
 383     mModel[1].InitTexture( textureAlbedoMetal, textureNormalRough, diffuseTexture, specularTexture );
 384     mSkybox.InitTexture( specularTexture );
 385   }
 386
 387   /**
 388   * @brief Load a shader source file
 389   * @param[in] The path of the source file
 390   * @param[out] The contents of file
 391   * @return True if the source was read successfully
 392   */
 393   bool LoadShaderCode( const std::string& fullpath, std::vector<char>& output )
 394   {
 395     Dali::FileStream fileStream( fullpath, FileStream::READ | FileStream::BINARY );
 396     FILE* file = fileStream.GetFile();
 397     if( NULL == file )
 398     {
 399       return false;
 400     }
 401
 402     bool retValue = false;
 403     if( ! fseek( file, 0, SEEK_END ) )
 404     {
 405       long int size = ftell( file );
 406
 407       if( ( size != -1L ) &&
 408         ( ! fseek( file, 0, SEEK_SET ) ) )
 409       {
 410         output.resize( size + 1 );
 411         std::fill( output.begin(), output.end(), 0 );
 412         ssize_t result = fread( output.data(), size, 1, file );
 413
 414         retValue = ( result >= 0 );
 415       }
 416     }
 417
 418     return retValue;
 419   }
 420
 421   /**
 422   * @brief Load vertex and fragment shader source
 423   * @param[in] shaderVertexFileName is the filepath of Vertex shader
 424   * @param[in] shaderFragFileName is the filepath of Fragment shader
 425   * @return the Dali::Shader object
 426   */
 427   Shader LoadShaders( const std::string& shaderVertexFileName, const std::string& shaderFragFileName )
 428   {
 429     Shader shader;
 430     std::vector<char> bufV, bufF;
 431
 432     if( LoadShaderCode( shaderVertexFileName.c_str(), bufV ) )
 433     {
 434       if( LoadShaderCode( shaderFragFileName.c_str(), bufF ) )
 435       {
 436         shader = Shader::New( bufV.data() , bufF.data() );
 437       }
 438     }
 439     return shader;
 440   }
 441
 442 private:
 443   Application& mApplication;
 444   TextLabel mLabel;
 445   Actor m3dRoot;
 446   Actor mUiRoot;
 447   Shader mShader;
 448   Animation mAnimation;
 449   Timer mDoubleTapTime;
 450
 451   ModelSkybox mSkybox;
 452   ModelPbr mModel[2];
 453
 454   Vector2 mPointZ;
 455   Vector2 mStartTouch;
 456
 457   Quaternion mModelOrientation;
 458   float mRoughness;
 459   float mMetalness;
 460   bool mDoubleTap;
 461   bool mTeapotView;
 462
 463 };
 464
 465 int DALI_EXPORT_API main( int argc, char **argv )
 466 {
 467   Application application = Application::New( &argc, &argv);
 468   BasicPbrController test( application );
 469   application.MainLoop();
 470   return 0;
 471 }