dali-scene3d/internal/graphics/shaders/default-physically-based-shader.frag

   1 #version 300 es
   2
   3 // Original Code
   4 // https://github.com/KhronosGroup/glTF-Sample-Viewer/blob/glTF-WebGL-PBR/shaders/pbr-frag.glsl
   5 // Commit dc84b5e374fb3d23153d2248a338ef88173f9eb6
   6 //
   7 // This fragment shader defines a reference implementation for Physically Based Shading of
   8 // a microfacet surface material defined by a glTF model.For the DamagedHelmet.gltf and its Assets
   9 //
  10 // References:
  11 // [1] Real Shading in Unreal Engine 4
  12 //     http://blog.selfshadow.com/publications/s2013-shading-course/karis/s2013_pbs_epic_notes_v2.pdf
  13 // [2] Physically Based Shading at Disney
  14 //     http://blog.selfshadow.com/publications/s2012-shading-course/burley/s2012_pbs_disney_brdf_notes_v3.pdf
  15 // [3] README.md - Environment Maps
  16 //     https://github.com/KhronosGroup/glTF-Sample-Viewer/#environment-maps
  17 // [4] \"An Inexpensive BRDF Model for Physically based Rendering\" by Christophe Schlick
  18 //     https://www.cs.virginia.edu/~jdl/bib/appearance/analytic%20models/schlick94b.pdf
  19
  20 #ifdef HIGHP
  21 precision highp float;
  22 #else
  23 precision mediump float;
  24 #endif
  25
  26 #ifdef GLTF_CHANNELS
  27 #define METALLIC b
  28 #define ROUGHNESS g
  29 #else //GLTF_CHANNELS
  30 #define METALLIC r
  31 #define ROUGHNESS a
  32 #endif //GLTF_CHANNELS
  33
  34 uniform lowp vec4 uColor; // Color from SceneGraph
  35 uniform lowp vec4 uColorFactor; // Color from material
  36 uniform lowp float uMetallicFactor;
  37 uniform lowp float uRoughnessFactor;
  38 uniform lowp float uDielectricSpecular;
  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_TEXTURE
  62 uniform sampler2D sEmissive;
  63 #endif
  64 uniform vec3 uEmissiveFactor;
  65
  66 uniform float uSpecularFactor;
  67 uniform vec3  uSpecularColorFactor;
  68 #ifdef MATERIAL_SPECULAR_TEXTURE
  69 uniform sampler2D sSpecular;
  70 #endif
  71 #ifdef MATERIAL_SPECULAR_COLOR_TEXTURE
  72 uniform sampler2D sSpecularColor;
  73 #endif
  74
  75 //// For IBL
  76 uniform sampler2D sbrdfLUT;
  77 uniform samplerCube sDiffuseEnvSampler;
  78 uniform samplerCube sSpecularEnvSampler;
  79 uniform float uIblIntensity;
  80 uniform vec3 uYDirection;
  81
  82 // For Alpha Mode.
  83 uniform lowp float uOpaque;
  84 uniform lowp float uMask;
  85 uniform lowp float uAlphaThreshold;
  86
  87 // TODO: Multiple texture coordinate will be supported.
  88 in mediump vec2 vUV;
  89 in lowp mat3 vTBN;
  90 #ifdef COLOR_ATTRIBUTE
  91 in lowp vec4 vColor;
  92 #endif
  93 in highp vec3 vPositionToCamera;
  94
  95 out vec4 FragColor;
  96
  97 const float c_MinRoughness = 0.04;
  98
  99 vec3 linear(vec3 color)
 100 {
 101   return pow(color, vec3(2.2));
 102 }
 103
 104 void main()
 105 {
 106   // Metallic and Roughness material properties are packed together
 107   // In glTF, these factors can be specified by fixed scalar values
 108   // or from a metallic-roughness map
 109   // Roughness is stored in the 'g' channel, metallic is stored in the 'b' channel.
 110   // This layout intentionally reserves the 'r' channel for (optional) occlusion map data
 111   lowp float metallic = uMetallicFactor;
 112   lowp float perceptualRoughness = uRoughnessFactor;
 113   // If there isn't normal texture, use surface normal
 114   mediump vec3 n = normalize(vTBN[2].xyz);
 115
 116 #ifdef THREE_TEX
 117   // The albedo may be defined from a base texture or a flat color
 118 #ifdef BASECOLOR_TEX
 119   lowp vec4 baseColor = texture(sAlbedoAlpha, vUV);
 120   baseColor = vec4(linear(baseColor.rgb), baseColor.w) * uColorFactor;
 121 #else // BASECOLOR_TEX
 122 #ifdef COLOR_ATTRIBUTE
 123   lowp vec4 baseColor = vColor * uColorFactor;
 124 #else // COLOR_ATTRIBUTE
 125   lowp vec4 baseColor = uColorFactor;
 126 #endif // COLOR_ATTRIBUTE
 127 #endif // BASECOLOR_TEX
 128
 129 #ifdef METALLIC_ROUGHNESS_TEX
 130   lowp vec4 metrou = texture(sMetalRoughness, vUV);
 131   metallic = metrou.METALLIC * metallic;
 132   perceptualRoughness = metrou.ROUGHNESS * perceptualRoughness;
 133 #endif // METALLIC_ROUGHNESS_TEX
 134
 135 #ifdef NORMAL_TEX
 136   n = texture(sNormal, vUV).rgb;
 137   n = normalize(vTBN * ((2.0 * n - 1.0) * vec3(uNormalScale, uNormalScale, 1.0)));
 138 #endif // NORMAL_TEX
 139 #else // THREE_TEX
 140   vec4 albedoMetal = texture(sAlbedoMetal, vUV);
 141 #ifdef COLOR_ATTRIBUTE
 142   lowp vec4 baseColor = vec4(linear(albedoMetal.rgb), 1.0) * vColor * uColorFactor;
 143 #else // COLOR_ATTRIBUTE
 144   lowp vec4 baseColor = vec4(linear(albedoMetal.rgb), 1.0) * uColorFactor;
 145 #endif // COLOR_ATTRIBUTE
 146
 147   metallic = albedoMetal.METALLIC * metallic;
 148
 149   vec4 normalRoughness = texture(sNormalRoughness, vUV);
 150   perceptualRoughness = normalRoughness.ROUGHNESS * perceptualRoughness;
 151
 152   n = normalRoughness.rgb;
 153   n = normalize(vTBN * ((2.0 * n - 1.0) * vec3(uNormalScale, uNormalScale, 1.0)));
 154 #endif // THREE_TEX
 155
 156   // The value of uOpaque and uMask can be 0.0 or 1.0.
 157   // If uMask is 1.0, a Pixel that has bigger alpha than uAlphaThreashold becomes fully opaque,
 158   // and, a pixel that has smaller alpha than uAlphaThreashold becomes fully transparent.
 159   // If uOpaque is 1.0, alpha value of final color is 1.0;
 160   // https://www.khronos.org/registry/glTF/specs/2.0/glTF-2.0.html#_material_alphamode
 161   if(uMask > 0.5 && baseColor.a < uAlphaThreshold)
 162   {
 163     discard;
 164   }
 165   baseColor.a = mix(baseColor.a, 1.0, uOpaque);
 166
 167   metallic = clamp(metallic, 0.0, 1.0);
 168   // Roughness is authored as perceptual roughness; as is convention,
 169   // convert to material roughness by squaring the perceptual roughness [2].
 170   perceptualRoughness = clamp(perceptualRoughness, c_MinRoughness, 1.0);
 171
 172   // Material ior
 173   lowp vec3 f0 = vec3(uDielectricSpecular);
 174
 175   // Material Specular
 176   float specularWeight = 1.0;
 177   vec4 materialSpecularTexture = vec4(1.0);
 178 #ifdef MATERIAL_SPECULAR_TEXTURE
 179   materialSpecularTexture.a = texture(sSpecular, vUV).a;
 180 #endif
 181 #ifdef MATERIAL_SPECULAR_COLOR_TEXTURE
 182   materialSpecularTexture.rgb = texture(sSpecularColor, vUV).rgb;
 183 #endif
 184   specularWeight = uSpecularFactor * materialSpecularTexture.a;
 185   f0 = min(f0 * uSpecularColorFactor * materialSpecularTexture.rgb, vec3(1.0));
 186   f0 = mix(f0, baseColor.rgb, metallic);
 187
 188   mediump vec3 v = normalize(vPositionToCamera); // Vector from surface point to camera
 189   mediump float NdotV = clamp(abs(dot(n, v)), 0.001, 1.0);
 190   mediump vec3 reflection = -normalize(reflect(v, n));
 191   lowp vec3 brdf = linear(texture(sbrdfLUT, vec2(NdotV, 1.0 - perceptualRoughness)).rgb);
 192   vec3 Fr = max(vec3(1.0 - perceptualRoughness), f0) - f0;
 193   vec3 k_S = f0 + Fr * pow(1.0 - NdotV, 5.0);
 194   vec3 FssEss = specularWeight * (k_S * brdf.x + brdf.y);
 195
 196   // Specular Light
 197   lowp vec3 specularLight = linear(texture(sSpecularEnvSampler, reflection * uYDirection).rgb);
 198   lowp vec3 specular = specularLight * FssEss;
 199
 200   // Diffuse Light
 201   lowp vec3 diffuseColor = mix(baseColor.rgb, vec3(0), metallic);
 202   lowp vec3 irradiance = linear(texture(sDiffuseEnvSampler, n * uYDirection).rgb);
 203   float Ems = (1.0 - (brdf.x + brdf.y));
 204   vec3 F_avg = specularWeight * (f0 + (1.0 - f0) / 21.0);
 205   vec3 FmsEms = Ems * FssEss * F_avg / (1.0 - F_avg * Ems);
 206   vec3 k_D = diffuseColor * (1.0 - FssEss + FmsEms);
 207   lowp vec3 diffuse = (FmsEms + k_D) * irradiance;
 208
 209   lowp vec3 color = (diffuse + specular) * uIblIntensity;
 210
 211 #ifdef OCCLUSION
 212   lowp float ao = texture(sOcclusion, vUV).r;
 213   color = mix(color, color * ao, uOcclusionStrength);
 214 #endif // OCCLUSION
 215
 216 #ifdef EMISSIVE_TEXTURE
 217   lowp vec3 emissive = linear(texture(sEmissive, vUV).rgb) * uEmissiveFactor;
 218 #else
 219   lowp vec3 emissive = uEmissiveFactor;
 220 #endif // EMISSIVE_TEXTURE
 221   color += emissive;
 222
 223   FragColor = vec4(pow(color, vec3(1.0 / 2.2)), baseColor.a) * uColor;
 224 }