[dali_2.3.24] Merge branch 'devel/master'
[platform/core/uifw/dali-toolkit.git] / dali-scene3d / internal / graphics / shaders / default-physically-based-shader.frag
index 1508bf1..47bb831 100644 (file)
@@ -1,4 +1,3 @@
-#version 300 es
 
 // Original Code
 // https://github.com/KhronosGroup/glTF-Sample-Viewer/blob/glTF-WebGL-PBR/shaders/pbr-frag.glsl
@@ -40,26 +39,42 @@ uniform lowp float uDielectricSpecular;
 #ifdef THREE_TEX
 #ifdef BASECOLOR_TEX
 uniform sampler2D sAlbedoAlpha;
+uniform float uBaseColorTextureTransformAvailable;
+uniform mat3 uBaseColorTextureTransform;
 #endif // BASECOLOR_TEX
 #ifdef METALLIC_ROUGHNESS_TEX
 uniform sampler2D sMetalRoughness;
+uniform float uMetalRoughnessTextureTransformAvailable;
+uniform mat3 uMetalRoughnessTextureTransform;
 #endif // METALLIC_ROUGHNESS_TEX
 #ifdef NORMAL_TEX
 uniform sampler2D sNormal;
+uniform float uNormalTextureTransformAvailable;
+uniform mat3 uNormalTextureTransform;
 uniform float uNormalScale;
 #endif // NORMAL_TEX
 #else // THREE_TEX
 uniform sampler2D sAlbedoMetal;
+uniform float uBaseColorTextureTransformAvailable;
+uniform mat3 uBaseColorTextureTransform;
 uniform sampler2D sNormalRoughness;
+uniform float uNormalRoughnessTextureTransformAvailable;
+uniform mat3 uNormalRoughnessTextureTransform;
 #endif
 
+
+
 #ifdef OCCLUSION
 uniform sampler2D sOcclusion;
+uniform float uOcclusionTextureTransformAvailable;
+uniform mat3 uOcclusionTextureTransform;
 uniform float uOcclusionStrength;
 #endif
 
 #ifdef EMISSIVE_TEXTURE
 uniform sampler2D sEmissive;
+uniform float uEmissiveTextureTransformAvailable;
+uniform mat3 uEmissiveTextureTransform;
 #endif
 uniform vec3 uEmissiveFactor;
 
@@ -72,12 +87,28 @@ uniform sampler2D sSpecular;
 uniform sampler2D sSpecularColor;
 #endif
 
+// For Light (Currently Directional Only)
+#define MAX_LIGHTS 5
+uniform mediump int uLightCount;
+uniform mediump vec3 uLightDirection[MAX_LIGHTS];
+uniform mediump vec3 uLightColor[MAX_LIGHTS];
+
+// For Shadow Map
+uniform lowp int uIsShadowEnabled;
+uniform sampler2D sShadowMap;
+uniform lowp int uIsShadowReceiving;
+#ifdef SL_VERSION_LOW
+uniform int uShadowMapWidth;
+uniform int uShadowMapHeight;
+#endif
+INPUT highp vec3 positionFromLightView;
+
 //// For IBL
 uniform sampler2D sbrdfLUT;
 uniform samplerCube sDiffuseEnvSampler;
 uniform samplerCube sSpecularEnvSampler;
 uniform float uIblIntensity;
-uniform vec3 uYDirection;
+uniform mediump vec3 uYDirection;
 uniform float uMaxLOD;
 
 // For Alpha Mode.
@@ -86,20 +117,39 @@ uniform lowp float uMask;
 uniform lowp float uAlphaThreshold;
 
 // TODO: Multiple texture coordinate will be supported.
-in mediump vec2 vUV;
-in lowp mat3 vTBN;
-in lowp vec4 vColor;
-in highp vec3 vPositionToCamera;
-
-out vec4 FragColor;
+INPUT mediump vec2 vUV;
+INPUT lowp mat3 vTBN;
+INPUT lowp vec4 vColor;
+INPUT highp vec3 vPositionToCamera;
 
 const float c_MinRoughness = 0.04;
+const float M_PI = 3.141592653589793;
+
+// These properties can be used for circular sampling for PCF
+
+// Percentage Closer Filtering to mitigate the banding artifacts.
+const int kPcfSampleCount = 9;
+
+const float kPi = 3.141592653589;
+const float kInvSampleCount = 1.0 / float(kPcfSampleCount);
+const float kPcfTheta = 2.0 * kPi * kInvSampleCount;
+const float kSinPcfTheta = sin(kPcfTheta);
+const float kCosPcfTheta = cos(kPcfTheta);
+
+uniform lowp int uEnableShadowSoftFiltering;
+uniform mediump float uShadowIntensity;
+uniform highp float uShadowBias;
 
 vec3 linear(vec3 color)
 {
   return pow(color, vec3(2.2));
 }
 
+vec2 computeTextureTransform(vec2 texCoord, mat3 textureTransform)
+{
+    return vec2(textureTransform * vec3(texCoord, 1.0));
+}
+
 void main()
 {
   // Metallic and Roughness material properties are packed together
@@ -110,34 +160,39 @@ void main()
   lowp float metallic = uMetallicFactor;
   lowp float perceptualRoughness = uRoughnessFactor;
   // If there isn't normal texture, use surface normal
-  mediump vec3 n = normalize(vTBN[2].xyz);
+  highp vec3 n = normalize(vTBN[2].xyz);
 
 #ifdef THREE_TEX
   // The albedo may be defined from a base texture or a flat color
 #ifdef BASECOLOR_TEX
-  lowp vec4 baseColor = texture(sAlbedoAlpha, vUV);
-  baseColor = vec4(linear(baseColor.rgb), baseColor.w) * uColorFactor;
+  mediump vec2 baseColorTexCoords = mix(vUV, computeTextureTransform(vUV, uBaseColorTextureTransform), uBaseColorTextureTransformAvailable);
+  lowp vec4 baseColor = TEXTURE(sAlbedoAlpha, baseColorTexCoords);
+  baseColor = vColor * vec4(linear(baseColor.rgb), baseColor.w) * uColorFactor;
 #else // BASECOLOR_TEX
   lowp vec4 baseColor = vColor * uColorFactor;
 #endif // BASECOLOR_TEX
 
 #ifdef METALLIC_ROUGHNESS_TEX
-  lowp vec4 metrou = texture(sMetalRoughness, vUV);
+  mediump vec2 metalRoughnessTexCoords = mix(vUV, computeTextureTransform(vUV, uMetalRoughnessTextureTransform), uMetalRoughnessTextureTransformAvailable);
+  lowp vec4 metrou = TEXTURE(sMetalRoughness, metalRoughnessTexCoords);
   metallic = metrou.METALLIC * metallic;
   perceptualRoughness = metrou.ROUGHNESS * perceptualRoughness;
 #endif // METALLIC_ROUGHNESS_TEX
 
 #ifdef NORMAL_TEX
-  n = texture(sNormal, vUV).rgb;
+  mediump vec2 normalTexCoords = mix(vUV, computeTextureTransform(vUV, uNormalTextureTransform), uNormalTextureTransformAvailable);
+  n = TEXTURE(sNormal, normalTexCoords).rgb;
   n = normalize(vTBN * ((2.0 * n - 1.0) * vec3(uNormalScale, uNormalScale, 1.0)));
 #endif // NORMAL_TEX
 #else // THREE_TEX
-  vec4 albedoMetal = texture(sAlbedoMetal, vUV);
+  mediump vec2 baseColorTexCoords = mix(vUV, computeTextureTransform(vUV, uBaseColorTextureTransform), uBaseColorTextureTransformAvailable);
+  vec4 albedoMetal = TEXTURE(sAlbedoMetal, baseColorTexCoords);
   lowp vec4 baseColor = vec4(linear(albedoMetal.rgb), 1.0) * vColor * uColorFactor;
 
   metallic = albedoMetal.METALLIC * metallic;
 
-  vec4 normalRoughness = texture(sNormalRoughness, vUV);
+  mediump vec2 normalRoughnessTexCoords = mix(vUV, computeTextureTransform(vUV, uNormalRoughnessTextureTransform), uNormalRoughnessTextureTransformAvailable);
+  vec4 normalRoughness = TEXTURE(sNormalRoughness, normalRoughnessTexCoords);
   perceptualRoughness = normalRoughness.ROUGHNESS * perceptualRoughness;
 
   n = normalRoughness.rgb;
@@ -167,10 +222,10 @@ void main()
   float specularWeight = 1.0;
   vec4 materialSpecularTexture = vec4(1.0);
 #ifdef MATERIAL_SPECULAR_TEXTURE
-  materialSpecularTexture.a = texture(sSpecular, vUV).a;
+  materialSpecularTexture.a = TEXTURE(sSpecular, vUV).a;
 #endif
 #ifdef MATERIAL_SPECULAR_COLOR_TEXTURE
-  materialSpecularTexture.rgb = texture(sSpecularColor, vUV).rgb;
+  materialSpecularTexture.rgb = TEXTURE(sSpecularColor, vUV).rgb;
 #endif
   specularWeight = uSpecularFactor * materialSpecularTexture.a;
   f0 = min(f0 * uSpecularColorFactor * materialSpecularTexture.rgb, vec3(1.0));
@@ -179,7 +234,7 @@ void main()
   mediump vec3 v = normalize(vPositionToCamera); // Vector from surface point to camera
   mediump float NdotV = clamp(abs(dot(n, v)), 0.001, 1.0);
   mediump vec3 reflection = -normalize(reflect(v, n));
-  lowp vec3 brdf = texture(sbrdfLUT, vec2(NdotV, 1.0 - perceptualRoughness)).rgb;
+  lowp vec3 brdf = TEXTURE(sbrdfLUT, vec2(NdotV, 1.0 - perceptualRoughness)).rgb;
   vec3 Fr = max(vec3(1.0 - perceptualRoughness), f0) - f0;
   vec3 k_S = f0 + Fr * pow(1.0 - NdotV, 5.0);
   vec3 FssEss = specularWeight * (k_S * brdf.x + brdf.y);
@@ -187,12 +242,21 @@ void main()
   // Specular Light
   // uMaxLOD that means mipmap level of specular texture is used for bluring of reflection of specular following roughness.
   float lod = perceptualRoughness * (uMaxLOD - 1.0);
+#ifdef SL_VERSION_LOW
+  // glsl 1.0 doesn't support textureLod. Let we just use textureCube instead.
+  lowp vec3 specularLight = linear(textureCube(sSpecularEnvSampler, reflection * uYDirection).rgb);
+#else
   lowp vec3 specularLight = linear(textureLod(sSpecularEnvSampler, reflection * uYDirection, lod).rgb);
+#endif
   lowp vec3 specular = specularLight * FssEss;
 
   // Diffuse Light
   lowp vec3 diffuseColor = mix(baseColor.rgb, vec3(0), metallic);
-  lowp vec3 irradiance = linear(texture(sDiffuseEnvSampler, n * uYDirection).rgb);
+#ifdef SL_VERSION_LOW
+  lowp vec3 irradiance = linear(textureCube(sDiffuseEnvSampler, n * uYDirection).rgb);
+#else
+  lowp vec3 irradiance = linear(TEXTURE(sDiffuseEnvSampler, n * uYDirection).rgb);
+#endif
   float Ems = (1.0 - (brdf.x + brdf.y));
   vec3 F_avg = specularWeight * (f0 + (1.0 - f0) / 21.0);
   vec3 FmsEms = Ems * FssEss * F_avg / (1.0 - F_avg * Ems);
@@ -201,17 +265,84 @@ void main()
 
   lowp vec3 color = (diffuse + specular) * uIblIntensity;
 
+  // Punctual Light
+  if(uLightCount > 0)
+  {
+    // Compute reflectance.
+    highp float reflectance = max(max(f0.r, f0.g), f0.b);
+    highp float reflectance90 = clamp(reflectance * 25.0, 0.0, 1.0);
+    highp float r = perceptualRoughness * perceptualRoughness;
+    highp float attenuationV = 2.0 * NdotV / (NdotV + sqrt(r * r + (1.0 - r * r) * (NdotV * NdotV)));
+    highp float roughnessSq = r * r;
+    highp vec3 diffuseColorPunctual = baseColor.rgb * (vec3(1.0) - f0);
+    diffuseColorPunctual *= ( 1.0 - metallic );
+
+    for(int i = 0; i < uLightCount; ++i)
+    {
+      highp vec3 l = normalize(-uLightDirection[i]); // Vector from surface point to light
+      highp vec3 h = normalize(l+v);               // Half vector between both l and v
+      highp float VdotH = dot(v, h);
+      highp vec3 specularReflection = f0 + (reflectance90 - f0) * pow(clamp(1.0 - VdotH, 0.0, 1.0), 5.0);
+
+      highp float NdotL = clamp(dot(n, l), 0.001, 1.0);
+      highp float attenuationL = 2.0 * NdotL / (NdotL + sqrt(r * r + (1.0 - r * r) * (NdotL * NdotL)));
+      highp float geometricOcclusion = attenuationL * attenuationV;
+
+      highp float NdotH = dot(n, h);
+      highp float f = (NdotH * roughnessSq - NdotH) * NdotH + 1.0;
+      highp float microfacetDistribution = roughnessSq / (M_PI * f * f);;
+
+      // Calculation of analytical lighting contribution
+      highp vec3 diffuseContrib = ( 1.0 - specularReflection ) * ( diffuseColorPunctual / M_PI );
+      highp vec3 specContrib = specularReflection * geometricOcclusion * microfacetDistribution / ( 4.0 * NdotL * NdotV );
+
+      // Obtain final intensity as reflectance (BRDF) scaled by the energy of the light (cosine law)
+      color += NdotL * uLightColor[i] * (diffuseContrib + specContrib);
+    }
+  }
+
+  if(float(uIsShadowReceiving) * float(uIsShadowEnabled) * uShadowIntensity > 0.0)
+  {
+    mediump float exposureFactor = 0.0;
+    if(uEnableShadowSoftFiltering > 0)
+    {
+#ifdef SL_VERSION_LOW
+      ivec2 texSize = ivec2(uShadowMapWidth, uShadowMapHeight);
+#else
+      ivec2 texSize = textureSize(sShadowMap, 0);
+#endif
+      mediump vec2 texelSize = vec2(1.0) / vec2(texSize.x, texSize.y);
+      mediump vec2 pcfSample = vec2(1.0, 0.0);
+      for (int i = 0; i < kPcfSampleCount; ++i)
+      {
+        pcfSample = vec2(kCosPcfTheta * pcfSample.x - kSinPcfTheta * pcfSample.y,
+                         kSinPcfTheta * pcfSample.x + kCosPcfTheta * pcfSample.y);
+        lowp float depthValue = TEXTURE(sShadowMap, positionFromLightView.xy + pcfSample * texelSize).r;
+        exposureFactor += (depthValue < positionFromLightView.z - uShadowBias) ? 0.0 : 1.0;
+      }
+      exposureFactor *= kInvSampleCount;
+    }
+    else
+    {
+      mediump float depthValue = TEXTURE(sShadowMap, positionFromLightView.xy).r;
+      exposureFactor           = (depthValue < positionFromLightView.z - uShadowBias) ? 0.0 : 1.0;
+    }
+    color *= (1.0 - (1.0 - exposureFactor) * uShadowIntensity);
+  }
+
 #ifdef OCCLUSION
-  lowp float ao = texture(sOcclusion, vUV).r;
+  mediump vec2 occlusionTexCoords = mix(vUV, computeTextureTransform(vUV, uOcclusionTextureTransform), uOcclusionTextureTransformAvailable);
+  lowp float ao = TEXTURE(sOcclusion, occlusionTexCoords).r;
   color = mix(color, color * ao, uOcclusionStrength);
 #endif // OCCLUSION
 
 #ifdef EMISSIVE_TEXTURE
-  lowp vec3 emissive = linear(texture(sEmissive, vUV).rgb) * uEmissiveFactor;
+  mediump vec2 emissiveTexCoords = mix(vUV, computeTextureTransform(vUV, uEmissiveTextureTransform), uEmissiveTextureTransformAvailable);
+  lowp vec3 emissive = linear(TEXTURE(sEmissive, emissiveTexCoords).rgb) * uEmissiveFactor;
 #else
   lowp vec3 emissive = uEmissiveFactor;
 #endif // EMISSIVE_TEXTURE
   color += emissive;
 
-  FragColor = vec4(pow(color, vec3(1.0 / 2.2)), baseColor.a) * uColor;
+  OUT_COLOR = vec4(pow(color, vec3(1.0 / 2.2)), baseColor.a) * uColor;
 }