17c2f65a40d48cce7a2f9c1f32680bd8893508fa
[platform/core/uifw/dali-toolkit.git] / dali-toolkit / devel-api / shader-effects / motion-blur-effect.h
1 #ifndef __DALI_TOOLKIT_SHADER_EFFECT_MOTION_BLUR_H__
2 #define __DALI_TOOLKIT_SHADER_EFFECT_MOTION_BLUR_H__
3
4 /*
5  * Copyright (c) 2015 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 // EXTERNAL INCLUDES
22 #include <dali/public-api/actors/image-actor.h>
23 #include <dali/public-api/shader-effects/shader-effect.h>
24
25 namespace Dali
26 {
27
28 namespace Toolkit
29 {
30
31 /**
32  * @brief Create a new MotionBlurEffect
33  *
34  * Motion blur shader works on a per object basis. Objects will
35  * blur when they move, or if the camera moves. Can be applied to ImageActor or
36  * TextActor only.
37  *
38  * Usage example:-
39  *
40  * // Create shader used for doing motion blur\n
41  * ShaderEffect MotionBlurEffect = CreateMotionBlurEffect();
42  *
43  * // set actor shader to the blur one\n
44  * Actor actor = Actor::New( ... );\n
45  * actor.SetShaderEffect( MotionBlurEffect );
46  *
47  * // Constrain "uModelLastFrame" to be the same as the actor's world matrix\n
48  * Dali::Property::Index uModelProperty = MotionBlurEffect.GetPropertyIndex( "uModelLastFrame" );
49  * Constraint constraint = Constraint::New<Matrix>( MotionBlurEffect, uModelProperty, EqualToConstraint() );\n
50  * constraint.AddSource( Source( actor , Actor::Property::WORLD_MATRIX ) );\n
51  * constraint.Apply();\n
52  *
53  *
54  * Animatable/Constrainable uniforms:
55  *  "uBlurTexCoordScale"      - This scales the offset for texture samples along the motion velocity vector.
56  *                              A smaller value means the samples will be spaced closer, larger value further
57  *                              apart. User should use this to get the blur to look contiguous, i.e. the blur
58  *                              texels should not be too widely spread, with gaps in between. Default 0.125.
59  *  "uGeometryStretchFactor"  - This scales the amount the geometry stretches backwards along the motion velocity
60  *                              vector. A smaller value means the geometry stretches less, larger it stretches more.
61  *                              User should use this to get the blur to 'bleed' into areas outside the physical
62  *                              bounds of the actor. We need this as the blur is only applied inside the bounds of
63  *                              the actor, but you would expect motion blur trails where the actor was previously
64  *                              but is there no longer. Default 0.05.
65  *  "uSpeedScalingFactor"     - This takes the magnitude of the motion velocity vector and scales it to produce a
66  *                              value which is used to fade the blur in / out with the speed that the actor is moving.
67  *                              As the blur fades in, more of the blur is visible and less of the original actor, and
68  *                              viceversa. This value is also used to control how much to fade the actor near the
69  *                              edges, based on the speed the actor is moving. When the actor is at rest this is not applied.
70  *                              Default 0.5.
71  *  "uObjectFadeStart"        - The displacement from the centre of the actor that the actor will start to fade towards its
72  *                              edges. This is used to prevent an unsightly hard edge between the blurred actor and the scene.
73  *                              Depends on the values of the vertices in the vertex stream. When the actor is at rest this is
74  *                              not applied. Default 0.25, which is half way towards the edge for an ImageRenderer::QUAD.
75  *  "uObjectFadeEnd"          - The displacement from the centre of the actor that the actor will finish fading towards its
76  *                              edges. This is used to prevent an unsightly hard edge between the blurred actor and the scene.
77  *                              Depends on the values of the vertices in the vertex stream. When the actor is at rest this is
78  *                              not applied.Default 0.5, which is all the way towards the edge for an ImageRenderer::QUAD.
79  *  "uAlphaScale"             - Global scaler applied to the alpha of the actor. Used to make the blurred actor a bit more subtle
80  *                              (helps to hide discontinuities due to limited number of texture samples) and reveal a bit of the
81  *                              background behind it as it moves. When the actor is at rest this is not applied. Default 0.75.
82  *  "uNumSamples"             - The number of texture samples to be taken. Increasing the number of samples provides better quality
83  *                              at the cost of performance.
84  *  "uModelLastFrame"         - The model to world space transformation matrix of the actor in the previous frame.
85  *
86  * @param numBlurSamples Number of samples used by the shader
87  * @return A handle to a newly allocated ShaderEffect
88  */
89 inline ShaderEffect CreateMotionBlurEffect( unsigned int numBlurSamples = 8 )
90 {
91   // Dali vertexSource prefix for reference:
92   // precision highp float;
93   // attribute vec3  aPosition;
94   // attribute vec2  aTexCoord;
95   // uniform   mat4  uMvpMatrix;
96   // uniform   mat4  uModelView;
97   // uniform   mat3  uNormalMatrix;
98   // uniform   mat4  uProjection;
99   // uniform   vec4  uColor;
100   // varying   vec2  vTexCoord;
101   std::string vertexSource;
102   vertexSource =
103       "precision mediump float;\n"
104       "uniform mat4 uModelLastFrame;\n"
105       "float timeDelta = 0.0167;\n"
106
107       "uniform float uGeometryStretchFactor;\n"
108       "uniform float uSpeedScalingFactor;\n"
109
110       // outputs
111       "varying vec2 vModelSpaceCenterToPos;\n"
112       "varying vec2 vScreenSpaceVelocityVector;\n"
113       "varying float vSpeed;\n"
114
115       "void main()\n"
116       "{\n"
117       // get view space position of vertex this frame and last frame
118       " vec4 vertex = vec4(aPosition, 1.0);\n"
119       " vec4 viewSpaceVertex = uModelView * vertex;\n"
120       " vec4 viewSpaceVertexLastFrame = (uViewMatrix * uModelLastFrame) * vertex;\n"
121       " float reciprocalTimeDelta = 1.0 / timeDelta;\n"
122
123       // work out vertex's last movement in view space
124       " vec3 viewSpacePosDelta = viewSpaceVertex.xyz - viewSpaceVertexLastFrame.xyz;\n"
125
126       // get clip space position of vertex this frame and last frame
127       " vec4 clipSpaceVertex = uMvpMatrix * vertex;\n"
128       " vec4 clipSpaceVertexLastFrame = uProjection * viewSpaceVertexLastFrame;\n"
129
130       // decide how much this vertex is 'trailing', i.e. at the back of the object relative to its direction of motion. We do this
131       // by assuming the objects model space origin is at its center and taking the dot product of the vector from center to vertex with the motion direction
132       " float t = 0.0;\n"
133       " float posDeltaLength = length(viewSpacePosDelta);\n"
134       " if(posDeltaLength > 0.001)\n" // avoid div by 0 if object has barely moved
135       " {\n"
136       "   vec4 viewSpaceCenterToPos = uModelView * vec4(aPosition, 0.0);\n"
137       "   float centerToVertexDist = length(viewSpaceCenterToPos);\n"
138       "   if(centerToVertexDist > 0.001)\n" // avoid div by 0 if object has vertex at model space origin
139       "   {\n"
140       "     vec3 viewSpacePosDeltaNormalised = viewSpacePosDelta / posDeltaLength;\n"
141       "     vec3 viewSpaceCenterToPosNormalised = viewSpaceCenterToPos.xyz / centerToVertexDist;\n"
142       "     t = (dot(viewSpacePosDeltaNormalised, viewSpaceCenterToPosNormalised) * 0.5 ) + 0.5;\n" // scale and bias from [-1..1] to [0..1]
143       "   }\n"
144       " }\n"
145       // output vertex position lerped with its last position, based on how much it is trailing,
146       // this stretches the geom back along where it has just been, giving a warping effect
147       // Note: we must take account of time delta to convert position delta into a velocity, so changes are smooth (take into account frame time correctly)
148       " gl_Position = mix(clipSpaceVertexLastFrame, clipSpaceVertex, t * uGeometryStretchFactor * reciprocalTimeDelta);\n"
149
150       // work out vertex's last movement in normalised device coordinates [-1..1] space, i.e. perspective divide
151       " vec2 ndcVertex = clipSpaceVertex.xy / clipSpaceVertex.w;\n"
152       " vec2 ndcVertexLastFrame = clipSpaceVertexLastFrame.xy / clipSpaceVertexLastFrame.w;\n"
153       // scale and bias so that a value of 1.0 corresponds to screen size (NDC is [-1..1] = 2)
154       " vScreenSpaceVelocityVector = ((ndcVertex - ndcVertexLastFrame) * 0.5 * reciprocalTimeDelta);\n"
155       " vScreenSpaceVelocityVector.y = -vScreenSpaceVelocityVector.y;\n" // TODO negated due to y being inverted in our coordinate system?
156       // calculate a scaling factor proportional to velocity, which we can use to tweak how things look
157       " vSpeed = length(vScreenSpaceVelocityVector) * uSpeedScalingFactor;\n"
158       " vSpeed = clamp(vSpeed, 0.0, 1.0);\n"
159
160       // provide fragment shader with vector from center of object to pixel (assumes the objects model space origin is at its center and verts have same z)
161       " vModelSpaceCenterToPos = aPosition.xy;\n"
162
163       " vTexCoord = aTexCoord;\n"
164       "}\n";
165
166
167   // Dali fragmentSource prefix for reference:
168   // precision highp     float;
169   // uniform   sampler2D sTexture;
170   // uniform   sampler2D sEffect;
171   // uniform   vec4      uColor;
172   // varying   vec2      vTexCoord;
173   std::string fragmentSource;
174   fragmentSource =
175       "precision mediump float;\n"
176       "uniform vec2 uObjectFadeStart;\n"
177       "uniform vec2 uObjectFadeEnd;\n"
178       "uniform float uAlphaScale;\n"
179       "uniform float uBlurTexCoordScale;\n"
180       "uniform float uNumSamples;\n"
181       "uniform float uRecipNumSamples;\n"
182       "uniform float uRecipNumSamplesMinusOne;\n"
183       // inputs
184       "varying vec2 vModelSpaceCenterToPos;\n"
185       "varying vec2 vScreenSpaceVelocityVector;\n"
186       "varying float vSpeed;\n"
187
188       "void main()\n"
189       "{\n"
190       // calculate an alpha value that will fade the object towards its extremities, we need this to avoid an unsightly hard edge between color values of
191       // the blurred object and the unblurred background. Use smoothstep also to hide any hard edges (discontinuities) in rate of change of this alpha gradient
192       " vec2 centerToPixel = abs(vModelSpaceCenterToPos);\n"
193       " vec2 fadeToEdges = smoothstep(0.0, 1.0, 1.0 - ((centerToPixel - uObjectFadeStart) / (uObjectFadeEnd - uObjectFadeStart)));\n"
194       " float fadeToEdgesScale = fadeToEdges.x * fadeToEdges.y * uAlphaScale;\n" // apply global scaler
195       " fadeToEdgesScale = mix(1.0, fadeToEdgesScale, vSpeed);\n" // fade proportional to speed, so opaque when at rest
196
197       // scale velocity vector by user requirements
198       " vec2 velocity = vScreenSpaceVelocityVector * uBlurTexCoordScale;\n"
199
200       // standard actor texel
201       " vec4 colActor = texture2D(sTexture, vTexCoord);\n"
202
203       // blurred actor - gather texture samples from the actor texture in the direction of motion
204       " vec4 col = colActor * uRecipNumSamples;\n"
205       " for(float i = 1.0; i < uNumSamples; i += 1.0)\n"
206       " {\n"
207       "   float t = i * uRecipNumSamplesMinusOne;\n"
208       "   col += texture2D(sTexture, vTexCoord + (velocity * t)) * uRecipNumSamples;\n"
209       " }\n"
210       " gl_FragColor = mix(colActor, col, vSpeed);\n" // lerp blurred and non-blurred actor based on speed of motion
211       " gl_FragColor.a = colActor.a * fadeToEdgesScale;\n" // fade blurred actor to its edges based on speed of motion
212       " gl_FragColor *= uColor;\n"
213       "}\n";
214
215   // NOTE: we must turn on alpha blending for the actor (HINT_BLENDING)
216   ShaderEffect shader = ShaderEffect::New( vertexSource, fragmentSource,
217                                            ShaderEffect::GeometryHints( ShaderEffect::HINT_BLENDING | ShaderEffect::HINT_GRID) );
218
219   //////////////////////////////////////
220   // Register uniform properties
221   //
222   //
223   shader.SetUniform( "uBlurTexCoordScale", 0.125f );
224   shader.SetUniform( "uGeometryStretchFactor", 0.05f );
225   shader.SetUniform( "uSpeedScalingFactor", 0.5f );
226   shader.SetUniform( "uObjectFadeStart", Vector2( 0.25f, 0.25f ) );
227   shader.SetUniform( "uObjectFadeEnd", Vector2( 0.5f, 0.5f ) );
228   shader.SetUniform( "uAlphaScale", 0.75f );
229   shader.SetUniform( "uNumSamples", static_cast<float>( numBlurSamples ) );
230   shader.SetUniform( "uRecipNumSamples", 1.0f / static_cast<float>( numBlurSamples ) );
231   shader.SetUniform( "uRecipNumSamplesMinusOne", 1.0f / static_cast<float>( numBlurSamples - 1.0f ) );
232   shader.SetUniform( "uModelLastFrame", Matrix::IDENTITY );
233
234   return shader;
235 }
236
237 }
238
239 }
240
241 #endif //#ifndef __DALI_TOOLKIT_SHADER_EFFECT_MOTION_BLUR_H__