dali-scene-loader/internal/gltf2-asset.h

   1 #ifndef DALI_SCENE_LOADER_GLTF2_ASSET_H_
   2 #define DALI_SCENE_LOADER_GLTF2_ASSET_H_
   3 /*
   4  * Copyright (c) 2022 Samsung Electronics Co., Ltd.
   5  *
   6  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   7  * you may not use this file except in compliance with the License.
   8  * You may obtain a copy of the License at
   9  *
  10  * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  11  *
  12  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  13  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  14  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  15  * See the License for the specific language governing permissions and
  16  * limitations under the License.
  17  *
  18  */
  19
  20 // INTERNAL INCLUDES
  21 #include "dali-scene-loader/internal/json-reader.h"
  22 #include "dali-scene-loader/public-api/index.h"
  23
  24 // EXTERNAL INCLUDES
  25 #include <cstdint>
  26 #include <memory>
  27 #include "dali/devel-api/common/map-wrapper.h"
  28 #include "dali/public-api/common/vector-wrapper.h"
  29 #include "dali/public-api/math/quaternion.h"
  30 #include "dali/public-api/math/vector4.h"
  31
  32 namespace gltf2
  33 {
  34 using Index = Dali::SceneLoader::Index;
  35
  36 template<typename T>
  37 class Ref
  38 {
  39 public:
  40   Ref() = default;
  41   Ref(std::vector<T>& v, Index i)
  42   : mVector(&v),
  43     mIndex(i)
  44   {
  45   }
  46
  47   /**
  48    * @return The index of the object into the vector.
  49    * @note It is client code responsibility to ensure that the vector is unambiguous. It should be in
  50    *  a glTF document, since there's one vector for each type.
  51    */
  52   Index GetIndex() const
  53   {
  54     return mIndex;
  55   }
  56
  57   /**
  58    * @brief There may be scenarios in which the object, whose vector we're populating, changes, e.g.
  59    *  when we don't have a final one at the time of reading the references.
  60    */
  61   void UpdateVector(std::vector<T>& v)
  62   {
  63     mVector = &v;
  64   }
  65
  66   operator bool() const
  67   {
  68     return mVector != nullptr;
  69   }
  70   T* operator->() const
  71   {
  72     return &(*mVector)[mIndex];
  73   }
  74   T& operator*() const
  75   {
  76     return (*mVector)[mIndex];
  77   }
  78
  79   bool operator==(const Ref<T>& other) const
  80   {
  81     return mVector == other.mVector && mIndex == other.mIndex;
  82   }
  83
  84   bool operator!=(const Ref<T>& other) const
  85   {
  86     return !operator==(other);
  87   }
  88
  89 private:
  90   std::vector<T>* mVector = nullptr;
  91   Index           mIndex  = Dali::SceneLoader::INVALID_INDEX;
  92 };
  93
  94 struct Asset
  95 {
  96   std::string_view mGenerator;
  97   std::string_view mVersion;
  98 };
  99
 100 struct Component
 101 {
 102   enum Type
 103   {
 104     BYTE           = 5120,
 105     UNSIGNED_BYTE  = 5121,
 106     SHORT          = 5122,
 107     UNSIGNED_SHORT = 5123,
 108     UNSIGNED_INT   = 5125,
 109     FLOAT          = 5126,
 110     INVALID        = -1
 111   };
 112
 113   static bool     IsUnsigned(Type t);
 114   static uint32_t Size(Type t);
 115
 116   Component() = delete;
 117 };
 118
 119 struct AccessorType
 120 {
 121   enum Type
 122   {
 123     SCALAR,
 124     VEC2,
 125     VEC3,
 126     VEC4,
 127     MAT2,
 128     MAT3,
 129     MAT4,
 130     INVALID
 131   };
 132
 133   static uint32_t ElementCount(Type t);
 134
 135   static Type FromString(const char* s, size_t len);
 136
 137   AccessorType() = delete;
 138 };
 139
 140 struct AlphaMode
 141 {
 142   enum Type
 143   {
 144     OPAQUE,
 145     MASK,
 146     BLEND,
 147     INVALID
 148   };
 149
 150   static Type FromString(const char* s, size_t len);
 151
 152   AlphaMode() = delete;
 153 };
 154
 155 struct Attribute
 156 {
 157   enum Type
 158   {
 159     POSITION,
 160     NORMAL,
 161     TANGENT,
 162     TEXCOORD_0,
 163     TEXCOORD_1,
 164     COLOR_0,
 165     JOINTS_0,
 166     WEIGHTS_0,
 167     INVALID
 168   };
 169
 170   static Type FromString(const char* s, size_t len);
 171
 172   Attribute() = delete;
 173 };
 174
 175 struct Buffer
 176 {
 177   uint32_t         mByteLength;
 178   std::string_view mUri;
 179   //TODO: extensions
 180   //TODO: extras
 181 };
 182
 183 struct BufferView
 184 {
 185   struct Target
 186   {
 187     enum Type
 188     {
 189       NONE,
 190       ARRAY_BUFFER         = 34962,
 191       ELEMENT_ARRAY_BUFFER = 34963
 192     };
 193
 194     Target() = delete;
 195   };
 196
 197   Ref<Buffer> mBuffer;
 198   uint32_t    mByteOffset = 0;
 199   uint32_t    mByteLength;
 200   uint32_t    mByteStride = 0; // if 0 after reading, it needs to be calculated
 201   uint32_t    mTarget;
 202   //TODO: extensions
 203   //TODO: extras
 204 };
 205
 206 struct BufferViewClient
 207 {
 208   Ref<BufferView> mBufferView;
 209   uint32_t        mByteOffset = 0;
 210 };
 211
 212 struct ComponentTypedBufferViewClient : BufferViewClient
 213 {
 214   Component::Type mComponentType = Component::INVALID;
 215
 216   uint32_t GetBytesPerComponent() const;
 217 };
 218
 219 struct Named
 220 {
 221   std::string_view mName;
 222
 223 protected:
 224   Named() = default;
 225 };
 226
 227 struct Accessor : ComponentTypedBufferViewClient, Named
 228 {
 229   struct Sparse
 230   {
 231     uint32_t                       mCount;
 232     ComponentTypedBufferViewClient mIndices;
 233     BufferViewClient               mValues;
 234     //TODO: extensions
 235     //TODO: extras
 236   };
 237
 238   uint32_t                mCount;
 239   bool                    mNormalized = false;
 240   AccessorType::Type      mType       = AccessorType::INVALID;
 241   std::vector<float>      mMin;
 242   std::vector<float>      mMax;
 243   std::unique_ptr<Sparse> mSparse;
 244   //TODO: extensions
 245   //TODO: extras
 246
 247   uint32_t GetElementSizeBytes() const
 248   {
 249     return GetBytesPerComponent() * AccessorType::ElementCount(mType);
 250   }
 251
 252   uint32_t GetBytesLength() const
 253   {
 254     return GetElementSizeBytes() * mCount;
 255   }
 256
 257   void SetSparse(const Sparse& s)
 258   {
 259     mSparse.reset(new Sparse(s));
 260   }
 261 };
 262
 263 struct Image : Named
 264 {
 265   std::string_view mUri;
 266   std::string_view mMimeType;
 267   Ref<BufferView>  mBufferView;
 268   //TODO: extensions
 269   //TODO: extras
 270 };
 271
 272 struct Filter
 273 {
 274   enum Type
 275   {
 276     NEAREST                = 9728,
 277     LINEAR                 = 9729,
 278     NEAREST_MIPMAP_NEAREST = 9984,
 279     NEAREST_MIPMAP_LINEAR  = 9985,
 280     LINEAR_MIPMAP_NEAREST  = 9986,
 281     LINEAR_MIPMAP_LINEAR   = 9987,
 282   };
 283
 284   Filter() = delete;
 285 };
 286
 287 struct Wrap
 288 {
 289   enum Type
 290   {
 291     REPEAT          = 10497,
 292     CLAMP_TO_EDGE   = 33071,
 293     MIRRORED_REPEAT = 33648,
 294   };
 295
 296   Wrap() = delete;
 297 };
 298
 299 struct Sampler
 300 {
 301   Filter::Type mMinFilter = Filter::LINEAR;
 302   Filter::Type mMagFilter = Filter::LINEAR;
 303   Wrap::Type   mWrapS     = Wrap::CLAMP_TO_EDGE;
 304   Wrap::Type   mWrapT     = Wrap::CLAMP_TO_EDGE;
 305   //TODO: extensions
 306   //TODO: extras
 307 };
 308
 309 struct Texture
 310 {
 311   Ref<Image>   mSource;
 312   Ref<Sampler> mSampler;
 313 };
 314
 315 struct TextureInfo
 316 {
 317   Ref<gltf2::Texture> mTexture;
 318   uint32_t            mTexCoord = 0;
 319   float               mScale    = 1.f;
 320   float               mStrength = 1.f;
 321
 322   operator bool() const
 323   {
 324     return !!mTexture;
 325   }
 326 };
 327
 328 struct Material : Named
 329 {
 330   struct Pbr //MetallicRoughness
 331   {
 332     Dali::Vector4 mBaseColorFactor = Dali::Vector4::ONE;
 333     TextureInfo   mBaseColorTexture;
 334     float         mMetallicFactor  = 1.f;
 335     float         mRoughnessFactor = 1.f;
 336     TextureInfo   mMetallicRoughnessTexture;
 337     //TODO: extensions
 338     //TODO: extras
 339   };
 340
 341   Pbr             mPbrMetallicRoughness;
 342   TextureInfo     mNormalTexture;
 343   TextureInfo     mOcclusionTexture;
 344   TextureInfo     mEmissiveTexture;
 345   Dali::Vector3   mEmissiveFactor;
 346   AlphaMode::Type mAlphaMode   = AlphaMode::OPAQUE;
 347   float           mAlphaCutoff = .5f;
 348   bool            mDoubleSided = false;
 349   //TODO: extensions
 350   //TODO: extras
 351 };
 352
 353 struct Mesh : Named
 354 {
 355   struct Primitive
 356   {
 357     enum Mode
 358     {
 359       POINTS,
 360       LINES,
 361       LINE_LOOP,
 362       LINE_STRIP,
 363       TRIANGLES,
 364       TRIANGLE_STRIP,
 365       TRIANGLE_FAN,
 366       INVALID
 367     };
 368
 369     std::map<Attribute::Type, Ref<Accessor>>              mAttributes;
 370     std::vector<std::map<Attribute::Type, Ref<Accessor>>> mTargets;
 371     Ref<Accessor>                                         mIndices;
 372     Ref<Material>                                         mMaterial;
 373     Mode                                                  mMode = TRIANGLES;
 374
 375     //TODO: [morph] targets
 376     //TODO: extras
 377     //TODO: extensions
 378   };
 379
 380   std::vector<Primitive> mPrimitives;
 381   std::vector<float>     mWeights;
 382   //TODO: extras
 383   //TODO: extensions
 384 };
 385
 386 struct Node;
 387
 388 struct Skin : Named
 389 {
 390   Ref<Accessor>          mInverseBindMatrices;
 391   Ref<Node>              mSkeleton;
 392   std::vector<Ref<Node>> mJoints;
 393   //TODO: extras
 394   //TODO: extensions
 395 };
 396
 397 struct Camera : Named
 398 {
 399   struct Perspective
 400   {
 401     float mAspectRatio;
 402     float mYFov;
 403     float mZFar;
 404     float mZNear;
 405     //TODO: extras
 406     //TODO: extensions
 407   };
 408
 409   struct Orthographic
 410   {
 411     float mXMag;
 412     float mYMag;
 413     float mZFar;
 414     float mZNear;
 415     //TODO: extras
 416     //TODO: extensions
 417   };
 418
 419   std::string_view mType;
 420   Perspective      mPerspective;
 421   Orthographic     mOrthographic;
 422   //TODO: extras
 423   //TODO: extensions
 424 };
 425
 426 struct Node : Named
 427 {
 428   Dali::Vector3    mTranslation = Dali::Vector3::ZERO;
 429   Dali::Quaternion mRotation    = Dali::Quaternion::IDENTITY;
 430   Dali::Vector3    mScale       = Dali::Vector3::ONE;
 431
 432   Ref<Camera>            mCamera;
 433   std::vector<Ref<Node>> mChildren;
 434   Ref<Mesh>              mMesh;
 435
 436   Ref<Skin> mSkin;
 437   //TODO: [morph] weights
 438   //TODO: extras
 439   //TODO: extensions
 440
 441   void SetMatrix(const Dali::Matrix& m);
 442 };
 443
 444 struct Animation : Named
 445 {
 446   struct Sampler
 447   {
 448     struct Interpolation
 449     {
 450       enum Type
 451       {
 452         STEP,
 453         LINEAR,
 454         CUBICSPLINE,
 455         INVALID
 456       };
 457       static Type FromString(const char* s, size_t len);
 458     };
 459
 460     Ref<Accessor>       mInput;
 461     Ref<Accessor>       mOutput;
 462     Interpolation::Type mInterpolation;
 463
 464     //TODO: extras
 465     //TODO: extensions
 466   };
 467
 468   struct Channel
 469   {
 470     struct Target
 471     {
 472       enum Type
 473       {
 474         TRANSLATION,
 475         ROTATION,
 476         SCALE,
 477         WEIGHTS,
 478         INVALID
 479       };
 480
 481       static Type FromString(const char* s, size_t len);
 482
 483       Ref<Node> mNode;
 484       Type      mPath;
 485     };
 486
 487     Ref<Sampler> mSampler;
 488     Target       mTarget;
 489     //TODO: extras
 490     //TODO: extensions
 491   };
 492
 493   std::vector<Sampler> mSamplers;
 494   std::vector<Channel> mChannels;
 495 };
 496
 497 struct Scene : Named
 498 {
 499   std::vector<Ref<Node>> mNodes;
 500 };
 501
 502 struct Document
 503 {
 504   Asset mAsset;
 505
 506   std::vector<Buffer>     mBuffers;
 507   std::vector<BufferView> mBufferViews;
 508   std::vector<Accessor>   mAccessors;
 509
 510   std::vector<Image>    mImages;
 511   std::vector<Sampler>  mSamplers;
 512   std::vector<Texture>  mTextures;
 513   std::vector<Material> mMaterials;
 514
 515   std::vector<Mesh> mMeshes;
 516   std::vector<Skin> mSkins;
 517
 518   std::vector<Camera> mCameras;
 519   std::vector<Node>   mNodes;
 520
 521   std::vector<Animation> mAnimations;
 522
 523   std::vector<Scene> mScenes;
 524   Ref<Scene>         mScene;
 525
 526   Document()                = default;
 527   Document(const Document&) = delete;
 528   Document(Document&&)      = default;
 529
 530   Document& operator=(const Document&) = delete;
 531   Document& operator=(Document&&) = default;
 532 };
 533
 534 /**
 535  * @brief Provides a json::Property<T>::ReadFn for interpreting unsigned integers
 536  *  as a Ref<U> into a std::vector<U> data member of a type T.
 537  */
 538 template<typename T>
 539 struct RefReader
 540 {
 541   static T* sObject;
 542
 543   template<typename U, std::vector<U> T::*V>
 544   static Ref<U> Read(const json_value_s& j)
 545   {
 546     uint32_t index = json::Read::Number<uint32_t>(j);
 547     return Ref<U>(sObject->*V, index);
 548   }
 549 };
 550
 551 template<typename T>
 552 T* RefReader<T>::sObject = nullptr;
 553
 554 /**
 555  * @brief Convenience method to set the object for RefReader.
 556  */
 557 template<typename T>
 558 void SetRefReaderObject(T& object)
 559 {
 560   RefReader<T>::sObject = &object;
 561 }
 562
 563 /**
 564  * @brief Reads a string and attempts to convert it to an enum.
 565  * @note The enum must: 1, be called Type, nested to T, 2, provide a FromString static method taking a const char*
 566  *  (string data) and a size_t (string length) and returning T::Type.
 567  */
 568 template<typename T> // T must have a nested enum called Type and a static Type FromString(const char*) method.
 569 typename T::Type ReadStringEnum(const json_value_s& j)
 570 {
 571   auto str = json::Read::StringView(j);
 572
 573   return T::FromString(str.data(), str.size());
 574 }
 575
 576 /**
 577  * @brief Convenience method to attempt to create a Dali vector type T from an array of floats.
 578  * @note T must provide an AsFloat() member method returning the non-const array of its
 579  *  float components.
 580  */
 581 template<typename T>
 582 inline T ReadDaliVector(const json_value_s& j)
 583 {
 584   std::vector<float> floats = json::Read::Array<float, json::Read::Number<float>>(j);
 585   T                  result;
 586   std::copy(floats.begin(), std::min(floats.end(), floats.begin() + sizeof(T) / sizeof(float)), result.AsFloat());
 587   return result;
 588 }
 589
 590 /**
 591  * @brief Convenience method to attemt to read a Quaternion, which implicitly converts
 592  *  to Vector4 but fails to provide an AsFloat() method.
 593  */
 594 Dali::Quaternion ReadQuaternion(const json_value_s& j);
 595
 596 } // namespace gltf2
 597
 598 #endif //DALI_SCENE_LOADER_GLTF2_ASSET_H_