dali-scene-loader/internal/graphics/shaders/default-physically-based-shader.frag

   1 // Original Code
   2 // https://github.com/KhronosGroup/glTF-Sample-Viewer/blob/glTF-WebGL-PBR/shaders/pbr-frag.glsl
   3 // Commit dc84b5e374fb3d23153d2248a338ef88173f9eb6
   4 //
   5 // This fragment shader defines a reference implementation for Physically Based Shading of
   6 // a microfacet surface material defined by a glTF model.For the DamagedHelmet.gltf and its Assets
   7 //
   8 // References:
   9 // [1] Real Shading in Unreal Engine 4
  10 //     http://blog.selfshadow.com/publications/s2013-shading-course/karis/s2013_pbs_epic_notes_v2.pdf
  11 // [2] Physically Based Shading at Disney
  12 //     http://blog.selfshadow.com/publications/s2012-shading-course/burley/s2012_pbs_disney_brdf_notes_v3.pdf
  13 // [3] README.md - Environment Maps
  14 //     https://github.com/KhronosGroup/glTF-Sample-Viewer/#environment-maps
  15 // [4] \"An Inexpensive BRDF Model for Physically based Rendering\" by Christophe Schlick
  16 //     https://www.cs.virginia.edu/~jdl/bib/appearance/analytic%20models/schlick94b.pdf
  17
  18 #version 300 es
  19
  20 #ifdef HIGHP
  21 precision highp float;
  22 #else
  23 precision mediump float;
  24 #endif
  25
  26 #ifdef THREE_TEX
  27 #ifdef GLTF_CHANNELS
  28 #define METALLIC b
  29 #define ROUGHNESS g
  30 #else //GLTF_CHANNELS
  31 #define METALLIC r
  32 #define ROUGHNESS a
  33 #endif //GLTF_CHANNELS
  34 #endif //THREE_TEX
  35
  36 uniform lowp vec4 uColorFactor;
  37 uniform lowp float uMetallicFactor;
  38 uniform lowp float uRoughnessFactor;
  39
  40 #ifdef THREE_TEX
  41 #ifdef BASECOLOR_TEX
  42 uniform sampler2D sAlbedoAlpha;
  43 #endif // BASECOLOR_TEX
  44 #ifdef METALLIC_ROUGHNESS_TEX
  45 uniform sampler2D sMetalRoughness;
  46 #endif // METALLIC_ROUGHNESS_TEX
  47 #ifdef NORMAL_TEX
  48 uniform sampler2D sNormal;
  49 uniform float uNormalScale;
  50 #endif // NORMAL_TEX
  51 #else // THREE_TEX
  52 uniform sampler2D sAlbedoMetal;
  53 uniform sampler2D sNormalRoughness;
  54 #endif
  55
  56 #ifdef OCCLUSION
  57 uniform sampler2D sOcclusion;
  58 uniform float uOcclusionStrength;
  59 #endif
  60
  61 #ifdef EMISSIVE
  62 uniform sampler2D sEmissive;
  63 uniform vec3 uEmissiveFactor;
  64 #endif
  65
  66 //// For IBL
  67 uniform samplerCube sDiffuseEnvSampler;
  68 uniform samplerCube sSpecularEnvSampler;
  69 uniform sampler2D sbrdfLUT;
  70 uniform float uIblIntensity;
  71
  72 // For Alpha Mode.
  73 uniform lowp float uOpaque;
  74 uniform lowp float uMask;
  75 uniform lowp float uAlphaThreshold;
  76
  77 // TODO: Multiple texture coordinate will be supported.
  78 in lowp vec2 vUV;
  79 in lowp mat3 vTBN;
  80 in lowp vec4 vColor;
  81 in highp vec3 vPositionToCamera;
  82
  83 out vec4 FragColor;
  84
  85 struct PBRInfo
  86 {
  87   mediump float NdotL;        // cos angle between normal and light direction
  88   mediump float NdotV;        // cos angle between normal and view direction
  89   mediump float NdotH;        // cos angle between normal and half vector
  90   mediump float VdotH;        // cos angle between view direction and half vector
  91   mediump vec3 reflectance0;  // full reflectance color (normal incidence angle)
  92   mediump vec3 reflectance90; // reflectance color at grazing angle
  93   lowp float alphaRoughness;  // roughness mapped to a more linear change in the roughness (proposed by [2])
  94 };
  95
  96 const float M_PI = 3.141592653589793;
  97 const float c_MinRoughness = 0.04;
  98
  99 vec3 specularReflection(PBRInfo pbrInputs)
 100 {
 101   return pbrInputs.reflectance0 + (pbrInputs.reflectance90 - pbrInputs.reflectance0) * pow(clamp(1.0 - pbrInputs.VdotH, 0.0, 1.0), 5.0);
 102 }
 103
 104 float geometricOcclusion(PBRInfo pbrInputs)
 105 {
 106   mediump float NdotL = pbrInputs.NdotL;
 107   mediump float NdotV = pbrInputs.NdotV;
 108   lowp float r = pbrInputs.alphaRoughness;
 109
 110   lowp float attenuationL = 2.0 * NdotL / (NdotL + sqrt(r * r + (1.0 - r * r) * (NdotL * NdotL)));
 111   lowp float attenuationV = 2.0 * NdotV / (NdotV + sqrt(r * r + (1.0 - r * r) * (NdotV * NdotV)));
 112   return attenuationL * attenuationV;
 113 }
 114
 115 float microfacetDistribution(PBRInfo pbrInputs)
 116 {
 117   mediump float roughnessSq = pbrInputs.alphaRoughness * pbrInputs.alphaRoughness;
 118   lowp float f = (pbrInputs.NdotH * roughnessSq - pbrInputs.NdotH) * pbrInputs.NdotH + 1.0;
 119   return roughnessSq / (M_PI * f * f);
 120 }
 121
 122 vec3 linear(vec3 color)
 123 {
 124   return pow(color, vec3(2.2));
 125 }
 126
 127 void main()
 128 {
 129   // Metallic and Roughness material properties are packed together
 130   // In glTF, these factors can be specified by fixed scalar values
 131   // or from a metallic-roughness map
 132   // Roughness is stored in the 'g' channel, metallic is stored in the 'b' channel.
 133   // This layout intentionally reserves the 'r' channel for (optional) occlusion map data
 134   lowp float metallic = uMetallicFactor;
 135   lowp float perceptualRoughness = uRoughnessFactor;
 136   // If there isn't normal texture, use surface normal
 137   mediump vec3 n = normalize(vTBN[2].xyz);
 138
 139 #ifdef THREE_TEX
 140   // The albedo may be defined from a base texture or a flat color
 141 #ifdef BASECOLOR_TEX
 142   lowp vec4 baseColor = texture(sAlbedoAlpha, vUV);
 143   baseColor = vec4(linear(baseColor.rgb), baseColor.w) * uColorFactor;
 144 #else // BASECOLOR_TEX
 145   lowp vec4 baseColor = vColor * uColorFactor;
 146 #endif // BASECOLOR_TEX
 147
 148 #ifdef METALLIC_ROUGHNESS_TEX
 149   lowp vec4 metrou = texture(sMetalRoughness, vUV);
 150   metallic = metrou.METALLIC * metallic;
 151   perceptualRoughness = metrou.ROUGHNESS * perceptualRoughness;
 152 #endif // METALLIC_ROUGHNESS_TEX
 153
 154 #ifdef NORMAL_TEX
 155   n = texture(sNormal, vUV).rgb;
 156   n = normalize(vTBN * ((2.0 * n - 1.0) * vec3(uNormalScale, uNormalScale, 1.0)));
 157 #endif // NORMAL_TEX
 158 #else // THREE_TEX
 159   vec4 albedoMetal = texture(sAlbedoMetal, vUV);
 160   lowp vec4 baseColor = vec4(linear(albedoMetal.rgb), 1.0) * vColor * uColorFactor;
 161
 162   metallic = albedoMetal.METALLIC * metallic;
 163
 164   vec4 normalRoughness = texture(sNormalRoughness, vUV);
 165   perceptualRoughness = normalRoughness.ROUGHNESS * perceptualRoughness;
 166
 167   n = normalRoughness.rgb;
 168   n = normalize(vTBN * ((2.0 * n - 1.0) * vec3(uNormalScale, uNormalScale, 1.0)));
 169 #endif // THREE_TEX
 170
 171   // The value of uOpaque and uMask can be 0.0 or 1.0.
 172   // If uOpaque is 1.0, alpha value of final color is 1.0;
 173   // If uOpaque is 0.0 and uMask is 1.0, alpha value of final color is 0.0 when input alpha is lower than uAlphaThreshold or
 174   // 1.0 when input alpha is larger than uAlphaThreshold.
 175   // https://www.khronos.org/registry/glTF/specs/2.0/glTF-2.0.html#_material_alphamode
 176   baseColor.a = mix(baseColor.a, 1.0, uOpaque);
 177   baseColor.a = min(mix(baseColor.a, floor(baseColor.a - uAlphaThreshold + 1.0), uMask), 1.0);
 178
 179   metallic = clamp(metallic, 0.0, 1.0);
 180   // Roughness is authored as perceptual roughness; as is convention,
 181   // convert to material roughness by squaring the perceptual roughness [2].
 182   perceptualRoughness = clamp(perceptualRoughness, c_MinRoughness, 1.0);
 183   lowp float alphaRoughness = perceptualRoughness * perceptualRoughness;
 184
 185   lowp vec3 f0 = vec3(0.04);
 186   lowp vec3 diffuseColor = baseColor.rgb * (vec3(1.0) - f0);
 187   diffuseColor *= (1.0 - metallic);
 188   lowp vec3 specularColor = mix(f0, baseColor.rgb, metallic);
 189
 190   // Compute reflectance.
 191   lowp float reflectance = max(max(specularColor.r, specularColor.g), specularColor.b);
 192
 193   // For typical incident reflectance range (between 4% to 100%) set the grazing reflectance to 100% for typical fresnel effect.
 194   // For very low reflectance range on highly diffuse objects (below 4%), incrementally reduce grazing reflecance to 0%.
 195   lowp float reflectance90 = clamp(reflectance * 25.0, 0.0, 1.0);
 196   lowp vec3 specularEnvironmentR0 = specularColor.rgb;
 197   lowp vec3 specularEnvironmentR90 = vec3(1.0, 1.0, 1.0) * reflectance90;
 198
 199   mediump vec3 v = normalize(vPositionToCamera); // Vector from surface point to camera
 200   mediump float NdotV = clamp(abs(dot(n, v)), 0.001, 1.0);
 201   mediump vec3 reflection = -normalize(reflect(v, n));
 202
 203   lowp vec3 color = vec3(0.0);
 204   lowp vec3 diffuseLight = linear(texture(sDiffuseEnvSampler, n).rgb);
 205   lowp vec3 specularLight = linear(texture(sSpecularEnvSampler, reflection).rgb);
 206   // retrieve a scale and bias to F0. See [1], Figure 3
 207   lowp vec3 brdf = linear(texture(sbrdfLUT, vec2(NdotV, 1.0 - perceptualRoughness)).rgb);
 208
 209   lowp vec3 diffuse = diffuseLight * diffuseColor;
 210   lowp vec3 specular = specularLight * (specularColor * brdf.x + brdf.y);
 211   color += (diffuse + specular) * uIblIntensity;
 212
 213 #ifdef OCCLUSION
 214   lowp float ao = texture(sOcclusion, vUV).r;
 215   color = mix(color, color * ao, uOcclusionStrength);
 216 #endif // OCCLUSION
 217
 218 #ifdef EMISSIVE
 219   lowp vec3 emissive = linear(texture(sEmissive, vUV).rgb) * uEmissiveFactor;
 220   color += emissive;
 221 #endif // EMISSIVE
 222
 223   FragColor = vec4(pow(color, vec3(1.0 / 2.2)), baseColor.a);
 224 }