Merge "Fix documentation for Text::EditableControlInterface interface override functi...
[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) 2020 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/actor.h>
23 #include <dali/public-api/animation/constraint.h>
24 #include <dali/public-api/object/property-map.h>
25 #include <dali/public-api/rendering/shader.h>
26
27 // INTERNAL INCLUDES
28 #include <dali-toolkit/public-api/visuals/visual-properties.h>
29
30 namespace Dali
31 {
32 namespace Toolkit
33 {
34 /**
35  * @brief Set the properties for the motion blur
36  *
37  * @param[in] actor The actor that registers the uniform properties
38  * @param[in] numBlurSamples Number of samples used by the shader
39  */
40 inline void SetMotionBlurProperties(Actor& actor, unsigned int numBlurSamples = 8)
41 {
42   actor.RegisterProperty("uBlurTexCoordScale", 0.125f);
43   actor.RegisterProperty("uGeometryStretchFactor", 0.05f);
44   actor.RegisterProperty("uSpeedScalingFactor", 0.5f);
45   actor.RegisterProperty("uObjectFadeStart", Vector2(0.25f, 0.25f));
46   actor.RegisterProperty("uObjectFadeEnd", Vector2(0.5f, 0.5f));
47   actor.RegisterProperty("uAlphaScale", 0.75f);
48   actor.RegisterProperty("uNumSamples", static_cast<float>(numBlurSamples));
49   actor.RegisterProperty("uRecipNumSamples", 1.0f / static_cast<float>(numBlurSamples));
50   actor.RegisterProperty("uRecipNumSamplesMinusOne", 1.0f / static_cast<float>(numBlurSamples - 1.0f));
51   Property::Index uModelProperty = actor.RegisterProperty("uModelLastFrame", Matrix::IDENTITY);
52
53   Constraint constraint = Constraint::New<Matrix>(actor, uModelProperty, EqualToConstraint());
54   constraint.AddSource(Source(actor, Actor::Property::WORLD_MATRIX));
55   constraint.Apply();
56 }
57
58 /**
59  * @brief Create a new MotionBlurEffect
60  *
61  * Motion blur shader works on a per object basis. Objects will
62  * blur when they move, or if the camera moves.
63  *
64  * Animatable/Constrainable uniforms:
65  *  "uBlurTexCoordScale"      - This scales the offset for texture samples along the motion velocity vector.
66  *                              A smaller value means the samples will be spaced closer, larger value further
67  *                              apart. User should use this to get the blur to look contiguous, i.e. the blur
68  *                              texels should not be too widely spread, with gaps in between. Default 0.125.
69  *  "uGeometryStretchFactor"  - This scales the amount the geometry stretches backwards along the motion velocity
70  *                              vector. A smaller value means the geometry stretches less, larger it stretches more.
71  *                              User should use this to get the blur to 'bleed' into areas outside the physical
72  *                              bounds of the actor. We need this as the blur is only applied inside the bounds of
73  *                              the actor, but you would expect motion blur trails where the actor was previously
74  *                              but is there no longer. Default 0.05.
75  *  "uSpeedScalingFactor"     - This takes the magnitude of the motion velocity vector and scales it to produce a
76  *                              value which is used to fade the blur in / out with the speed that the actor is moving.
77  *                              As the blur fades in, more of the blur is visible and less of the original actor, and
78  *                              viceversa. This value is also used to control how much to fade the actor near the
79  *                              edges, based on the speed the actor is moving. When the actor is at rest this is not applied.
80  *                              Default 0.5.
81  *  "uObjectFadeStart"        - The displacement from the centre of the actor that the actor will start to fade towards its
82  *                              edges. This is used to prevent an unsightly hard edge between the blurred actor and the scene.
83  *                              Depends on the values of the vertices in the vertex stream. When the actor is at rest this is
84  *                              not applied. Default 0.25, which is half way towards the edge for an ImageVisual::QUAD.
85  *  "uObjectFadeEnd"          - The displacement from the centre of the actor that the actor will finish fading towards its
86  *                              edges. This is used to prevent an unsightly hard edge between the blurred actor and the scene.
87  *                              Depends on the values of the vertices in the vertex stream. When the actor is at rest this is
88  *                              not applied.Default 0.5, which is all the way towards the edge for an ImageVisual::QUAD.
89  *  "uAlphaScale"             - Global scaler applied to the alpha of the actor. Used to make the blurred actor a bit more subtle
90  *                              (helps to hide discontinuities due to limited number of texture samples) and reveal a bit of the
91  *                              background behind it as it moves. When the actor is at rest this is not applied. Default 0.75.
92  *  "uNumSamples"             - The number of texture samples to be taken. Increasing the number of samples provides better quality
93  *                              at the cost of performance.
94  *  "uModelLastFrame"         - The model to world space transformation matrix of the actor in the previous frame.
95  *
96  * @return The newly created Property::Map with the motion blur effect
97  */
98 inline Property::Map CreateMotionBlurEffect()
99 {
100   std::string vertexSource;
101   vertexSource =
102     "precision mediump float;\n"
103
104     "attribute vec2 aPosition;\n"
105
106     "uniform mat4 uMvpMatrix;\n"
107     "uniform mat4 uModelView;\n"
108     "uniform mat4 uViewMatrix;\n"
109     "uniform mat4 uProjection;\n"
110     "uniform vec3 uSize;\n"
111
112     "uniform mat4 uModelLastFrame;\n"
113     "float timeDelta = 0.0167;\n"
114
115     "uniform float uGeometryStretchFactor;\n"
116     "uniform float uSpeedScalingFactor;\n"
117
118     // outputs
119     "varying vec2 vModelSpaceCenterToPos;\n"
120     "varying vec2 vScreenSpaceVelocityVector;\n"
121     "varying float vSpeed;\n"
122     "varying vec2 vTexCoord;\n"
123
124     "void main()\n"
125     "{\n"
126     // get view space position of vertex this frame and last frame
127     " vec4 vertexPosition = vec4(aPosition, 0.0, 1.0);\n"
128     " vertexPosition.xyz *= uSize;\n"
129
130     " vec4 viewSpaceVertex = uModelView * vertexPosition;\n"
131     " vec4 viewSpaceVertexLastFrame = (uViewMatrix * uModelLastFrame) * vertexPosition;\n"
132     " float reciprocalTimeDelta = 1.0 / timeDelta;\n"
133
134     // work out vertex's last movement in view space
135     " vec3 viewSpacePosDelta = viewSpaceVertex.xyz - viewSpaceVertexLastFrame.xyz;\n"
136
137     // get clip space position of vertex this frame and last frame
138     " vec4 clipSpaceVertex = uMvpMatrix * vertexPosition;\n"
139     " vec4 clipSpaceVertexLastFrame = uProjection * viewSpaceVertexLastFrame;\n"
140
141     // decide how much this vertex is 'trailing', i.e. at the back of the object relative to its direction of motion. We do this
142     // 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
143     " float t = 0.0;\n"
144     " float posDeltaLength = length(viewSpacePosDelta);\n"
145     " if(posDeltaLength > 0.001)\n" // avoid div by 0 if object has barely moved
146     " {\n"
147     "   vec4 viewSpaceCenterToPos = uModelView * vec4(vertexPosition.xy, 0.0, 0.0);\n"
148     "   float centerToVertexDist = length(viewSpaceCenterToPos);\n"
149     "   if(centerToVertexDist > 0.001)\n" // avoid div by 0 if object has vertex at model space origin
150     "   {\n"
151     "     vec3 viewSpacePosDeltaNormalised = viewSpacePosDelta / posDeltaLength;\n"
152     "     vec3 viewSpaceCenterToPosNormalised = viewSpaceCenterToPos.xyz / centerToVertexDist;\n"
153     "     t = (dot(viewSpacePosDeltaNormalised, viewSpaceCenterToPosNormalised) * 0.5 ) + 0.5;\n" // scale and bias from [-1..1] to [0..1]
154     "   }\n"
155     " }\n"
156     // output vertex position lerped with its last position, based on how much it is trailing,
157     // this stretches the geom back along where it has just been, giving a warping effect
158     // 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)
159     " gl_Position = mix(clipSpaceVertexLastFrame, clipSpaceVertex, t * uGeometryStretchFactor * reciprocalTimeDelta);\n"
160
161     // work out vertex's last movement in normalised device coordinates [-1..1] space, i.e. perspective divide
162     " vec2 ndcVertex = clipSpaceVertex.xy / clipSpaceVertex.w;\n"
163     " vec2 ndcVertexLastFrame = clipSpaceVertexLastFrame.xy / clipSpaceVertexLastFrame.w;\n"
164     // scale and bias so that a value of 1.0 corresponds to screen size (NDC is [-1..1] = 2)
165     " vScreenSpaceVelocityVector = ((ndcVertex - ndcVertexLastFrame) * 0.5 * reciprocalTimeDelta);\n"
166     " vScreenSpaceVelocityVector.y = -vScreenSpaceVelocityVector.y;\n" // TODO negated due to y being inverted in our coordinate system?
167     // calculate a scaling factor proportional to velocity, which we can use to tweak how things look
168     " vSpeed = length(vScreenSpaceVelocityVector) * uSpeedScalingFactor;\n"
169     " vSpeed = clamp(vSpeed, 0.0, 1.0);\n"
170
171     // 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)
172     " vModelSpaceCenterToPos = viewSpaceVertex.xy;\n"
173
174     " vec2 texCoord = aPosition + vec2(0.5);"
175     " vTexCoord = texCoord;\n"
176     "}\n";
177
178   std::string fragmentSource;
179   fragmentSource =
180     "precision mediump float;\n"
181
182     "uniform sampler2D sTexture;\n"
183     "uniform vec4 uColor;\n"
184
185     "uniform vec2 uObjectFadeStart;\n"
186     "uniform vec2 uObjectFadeEnd;\n"
187     "uniform float uAlphaScale;\n"
188     "uniform float uBlurTexCoordScale;\n"
189     "uniform float uNumSamples;\n"
190     "uniform float uRecipNumSamples;\n"
191     "uniform float uRecipNumSamplesMinusOne;\n"
192     // inputs
193     "varying vec2 vModelSpaceCenterToPos;\n"
194     "varying vec2 vScreenSpaceVelocityVector;\n"
195     "varying float vSpeed;\n"
196     "varying vec2 vTexCoord;\n"
197
198     "void main()\n"
199     "{\n"
200     // 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
201     // the blurred object and the unblurred background. Use smoothstep also to hide any hard edges (discontinuities) in rate of change of this alpha gradient
202     " vec2 centerToPixel = abs(vModelSpaceCenterToPos);\n"
203     " vec2 fadeToEdges = smoothstep(0.0, 1.0, 1.0 - ((centerToPixel - uObjectFadeStart) / (uObjectFadeEnd - uObjectFadeStart)));\n"
204     " float fadeToEdgesScale = fadeToEdges.x * fadeToEdges.y * uAlphaScale;\n" // apply global scaler
205     " fadeToEdgesScale = mix(1.0, fadeToEdgesScale, vSpeed);\n"                // fade proportional to speed, so opaque when at rest
206
207     // scale velocity vector by user requirements
208     " vec2 velocity = vScreenSpaceVelocityVector * uBlurTexCoordScale;\n"
209
210     // standard actor texel
211     " vec4 colActor = texture2D(sTexture, vTexCoord);\n"
212
213     // blurred actor - gather texture samples from the actor texture in the direction of motion
214     " vec4 col = colActor * uRecipNumSamples;\n"
215     " for(float i = 1.0; i < uNumSamples; i += 1.0)\n"
216     " {\n"
217     "   float t = i * uRecipNumSamplesMinusOne;\n"
218     "   col += texture2D(sTexture, vTexCoord + (velocity * t)) * uRecipNumSamples;\n"
219     " }\n"
220     " gl_FragColor = mix(colActor, col, vSpeed);\n"                         // lerp blurred and non-blurred actor based on speed of motion
221     " gl_FragColor.a = fadeToEdgesScale;//colActor.a * fadeToEdgesScale;\n" // fade blurred actor to its edges based on speed of motion
222     " gl_FragColor *= uColor;\n"
223     "}\n";
224
225   Property::Map map;
226
227   Property::Map customShader;
228   customShader[Visual::Shader::Property::VERTEX_SHADER]   = vertexSource;
229   customShader[Visual::Shader::Property::FRAGMENT_SHADER] = fragmentSource;
230
231   customShader[Visual::Shader::Property::SUBDIVIDE_GRID_X] = 10;
232   customShader[Visual::Shader::Property::SUBDIVIDE_GRID_Y] = 10;
233
234   customShader[Visual::Shader::Property::HINTS] = Shader::Hint::OUTPUT_IS_TRANSPARENT;
235
236   map[Toolkit::Visual::Property::SHADER] = customShader;
237   return map;
238 }
239
240 } // namespace Toolkit
241
242 } // namespace Dali
243
244 #endif // DALI_TOOLKIT_SHADER_EFFECT_MOTION_BLUR_H