Multi-Objects: Implement/Fix POSE_OT_select_constraint_target
[blender.git] / source / blender / draw / engines / eevee / shaders / lamps_lib.glsl
1
2 uniform sampler2DArray shadowCubeTexture;
3 uniform sampler2DArray shadowCascadeTexture;
4
5 #define LAMPS_LIB
6
7 layout(std140) uniform shadow_block {
8         ShadowData        shadows_data[MAX_SHADOW];
9         ShadowCubeData    shadows_cube_data[MAX_SHADOW_CUBE];
10         ShadowCascadeData shadows_cascade_data[MAX_SHADOW_CASCADE];
11 };
12
13 layout(std140) uniform light_block {
14         LightData lights_data[MAX_LIGHT];
15 };
16
17 /* type */
18 #define POINT          0.0
19 #define SUN            1.0
20 #define SPOT           2.0
21 #define HEMI           3.0
22 #define AREA_RECT      4.0
23 /* Used to define the area lamp shape, doesn't directly correspond to a Blender lamp type. */
24 #define AREA_ELLIPSE 100.0
25
26 #if defined(SHADOW_VSM)
27 #define ShadowSample vec2
28 #define sample_cube(vec, id)    texture_octahedron(shadowCubeTexture, vec4(vec, id)).rg
29 #define sample_cascade(vec, id) texture(shadowCascadeTexture, vec3(vec, id)).rg
30 #elif defined(SHADOW_ESM)
31 #define ShadowSample float
32 #define sample_cube(vec, id)    texture_octahedron(shadowCubeTexture, vec4(vec, id)).r
33 #define sample_cascade(vec, id) texture(shadowCascadeTexture, vec3(vec, id)).r
34 #else
35 #define ShadowSample float
36 #define sample_cube(vec, id)    texture_octahedron(shadowCubeTexture, vec4(vec, id)).r
37 #define sample_cascade(vec, id) texture(shadowCascadeTexture, vec3(vec, id)).r
38 #endif
39
40 #if defined(SHADOW_VSM)
41 #define get_depth_delta(s) (dist - s.x)
42 #else
43 #define get_depth_delta(s) (dist - s)
44 #endif
45
46 /* ----------------------------------------------------------- */
47 /* ----------------------- Shadow tests ---------------------- */
48 /* ----------------------------------------------------------- */
49
50 #if defined(SHADOW_VSM)
51
52 float shadow_test(ShadowSample moments, float dist, ShadowData sd)
53 {
54         float p = 0.0;
55
56         if (dist <= moments.x)
57                 p = 1.0;
58
59         float variance = moments.y - (moments.x * moments.x);
60         variance = max(variance, sd.sh_bias / 10.0);
61
62         float d = moments.x - dist;
63         float p_max = variance / (variance + d * d);
64
65         /* Now reduce light-bleeding by removing the [0, x] tail and linearly rescaling (x, 1] */
66         p_max = clamp((p_max - sd.sh_bleed) / (1.0 - sd.sh_bleed), 0.0, 1.0);
67
68         return max(p, p_max);
69 }
70
71 #elif defined(SHADOW_ESM)
72
73 float shadow_test(ShadowSample z, float dist, ShadowData sd)
74 {
75         return saturate(exp(sd.sh_exp * (z - dist + sd.sh_bias)));
76 }
77
78 #else
79
80 float shadow_test(ShadowSample z, float dist, ShadowData sd)
81 {
82         return step(0, z - dist + sd.sh_bias);
83 }
84
85 #endif
86
87 /* ----------------------------------------------------------- */
88 /* ----------------------- Shadow types ---------------------- */
89 /* ----------------------------------------------------------- */
90
91 float shadow_cubemap(ShadowData sd, ShadowCubeData scd, float texid, vec3 W)
92 {
93         vec3 cubevec = W - scd.position.xyz;
94         float dist = length(cubevec);
95
96         /* If fragment is out of shadowmap range, do not occlude */
97         /* XXX : we check radial distance against a cubeface distance.
98          * We loose quite a bit of valid area. */
99         if (dist > sd.sh_far)
100                 return 1.0;
101
102         cubevec /= dist;
103
104         ShadowSample s = sample_cube(cubevec, texid);
105         return shadow_test(s, dist, sd);
106 }
107
108 float evaluate_cascade(ShadowData sd, mat4 shadowmat, vec3 W, float range, float texid)
109 {
110         vec4 shpos = shadowmat * vec4(W, 1.0);
111         float dist = shpos.z * range;
112
113         ShadowSample s = sample_cascade(shpos.xy, texid);
114         float vis = shadow_test(s, dist, sd);
115
116         /* If fragment is out of shadowmap range, do not occlude */
117         if (shpos.z < 1.0 && shpos.z > 0.0) {
118                 return vis;
119         }
120         else {
121                 return 1.0;
122         }
123 }
124
125 float shadow_cascade(ShadowData sd, ShadowCascadeData scd, float texid, vec3 W)
126 {
127         vec4 view_z = vec4(dot(W - cameraPos, cameraForward));
128         vec4 weights = smoothstep(scd.split_end_distances, scd.split_start_distances.yzwx, view_z);
129         weights.yzw -= weights.xyz;
130
131         vec4 vis = vec4(1.0);
132         float range = abs(sd.sh_far - sd.sh_near); /* Same factor as in get_cascade_world_distance(). */
133
134         /* Branching using (weights > 0.0) is reaally slooow on intel so avoid it for now. */
135         /* TODO OPTI: Only do 2 samples and blend. */
136         vis.x = evaluate_cascade(sd, scd.shadowmat[0], W, range, texid + 0);
137         vis.y = evaluate_cascade(sd, scd.shadowmat[1], W, range, texid + 1);
138         vis.z = evaluate_cascade(sd, scd.shadowmat[2], W, range, texid + 2);
139         vis.w = evaluate_cascade(sd, scd.shadowmat[3], W, range, texid + 3);
140
141         float weight_sum = dot(vec4(1.0), weights);
142         if (weight_sum > 0.9999) {
143                 float vis_sum = dot(vec4(1.0), vis * weights);
144                 return vis_sum / weight_sum;
145         }
146         else {
147                 float vis_sum = dot(vec4(1.0), vis * step(0.001, weights));
148                 return mix(1.0, vis_sum, weight_sum);
149         }
150 }
151
152 /* ----------------------------------------------------------- */
153 /* --------------------- Light Functions --------------------- */
154 /* ----------------------------------------------------------- */
155 #define MAX_MULTI_SHADOW 4
156
157 float light_visibility(LightData ld, vec3 W,
158 #ifndef VOLUMETRICS
159                        vec3 viewPosition,
160                        vec3 viewNormal,
161 #endif
162                        vec4 l_vector)
163 {
164         float vis = 1.0;
165
166         if (ld.l_type == SPOT) {
167                 float z = dot(ld.l_forward, l_vector.xyz);
168                 vec3 lL = l_vector.xyz / z;
169                 float x = dot(ld.l_right, lL) / ld.l_sizex;
170                 float y = dot(ld.l_up, lL) / ld.l_sizey;
171
172                 float ellipse = inversesqrt(1.0 + x * x + y * y);
173
174                 float spotmask = smoothstep(0.0, 1.0, (ellipse - ld.l_spot_size) / ld.l_spot_blend);
175
176                 vis *= spotmask;
177                 vis *= step(0.0, -dot(l_vector.xyz, ld.l_forward));
178         }
179         else if (ld.l_type == AREA_RECT || ld.l_type == AREA_ELLIPSE) {
180                 vis *= step(0.0, -dot(l_vector.xyz, ld.l_forward));
181         }
182
183 #if !defined(VOLUMETRICS) || defined(VOLUME_SHADOW)
184         /* shadowing */
185         if (ld.l_shadowid >= 0.0) {
186                 ShadowData data = shadows_data[int(ld.l_shadowid)];
187
188                 if (ld.l_type == SUN) {
189                         /* TODO : MSM */
190                         // for (int i = 0; i < MAX_MULTI_SHADOW; ++i) {
191                                 vis *= shadow_cascade(
192                                         data, shadows_cascade_data[int(data.sh_data_start)],
193                                         data.sh_tex_start, W);
194                         // }
195                 }
196                 else {
197                         /* TODO : MSM */
198                         // for (int i = 0; i < MAX_MULTI_SHADOW; ++i) {
199                                 vis *= shadow_cubemap(
200                                         data, shadows_cube_data[int(data.sh_data_start)],
201                                         data.sh_tex_start, W);
202                         // }
203                 }
204
205 #ifndef VOLUMETRICS
206                 /* Only compute if not already in shadow. */
207                 if ((vis > 0.001) && (data.sh_contact_dist > 0.0)) {
208                         vec4 L = (ld.l_type != SUN) ? l_vector : vec4(-ld.l_forward, 1.0);
209                         float trace_distance = (ld.l_type != SUN) ? min(data.sh_contact_dist, l_vector.w) : data.sh_contact_dist;
210
211                         vec3 T, B;
212                         make_orthonormal_basis(L.xyz / L.w, T, B);
213
214                         vec4 rand = texelfetch_noise_tex(gl_FragCoord.xy);
215                         rand.zw *= fast_sqrt(rand.y) * data.sh_contact_spread;
216
217                         /* We use the full l_vector.xyz so that the spread is minimize
218                          * if the shading point is further away from the light source */
219                         vec3 ray_dir = L.xyz + T * rand.z + B * rand.w;
220                         ray_dir = transform_direction(ViewMatrix, ray_dir);
221                         ray_dir = normalize(ray_dir);
222
223                         vec3 ray_ori = viewPosition;
224
225                         float bias = 0.5; /* Constant Bias */
226                         bias += 1.0 - abs(dot(viewNormal, ray_dir)); /* Angle dependent bias */
227                         bias *= gl_FrontFacing ? data.sh_contact_offset : -data.sh_contact_offset;
228
229                         vec3 nor_bias = viewNormal * bias;
230                         ray_ori += nor_bias;
231
232                         ray_dir *= trace_distance;
233                         ray_dir -= nor_bias;
234
235                         vec3 hit_pos = raycast(-1, ray_ori, ray_dir, data.sh_contact_thickness, rand.x,
236                                                0.1, 0.001, false);
237
238                         if (hit_pos.z > 0.0) {
239                                 hit_pos = get_view_space_from_depth(hit_pos.xy, hit_pos.z);
240                                 float hit_dist = distance(viewPosition, hit_pos);
241                                 float dist_ratio = hit_dist / trace_distance;
242                                 return vis * saturate(dist_ratio * dist_ratio * dist_ratio);
243                         }
244                 }
245 #endif
246         }
247 #endif
248
249         return vis;
250 }
251
252 #ifdef USE_LTC
253 float light_diffuse(LightData ld, vec3 N, vec3 V, vec4 l_vector)
254 {
255         if (ld.l_type == AREA_RECT) {
256                 vec3 corners[4];
257                 corners[0] = normalize((l_vector.xyz + ld.l_right * -ld.l_sizex) + ld.l_up *  ld.l_sizey);
258                 corners[1] = normalize((l_vector.xyz + ld.l_right * -ld.l_sizex) + ld.l_up * -ld.l_sizey);
259                 corners[2] = normalize((l_vector.xyz + ld.l_right *  ld.l_sizex) + ld.l_up * -ld.l_sizey);
260                 corners[3] = normalize((l_vector.xyz + ld.l_right *  ld.l_sizex) + ld.l_up *  ld.l_sizey);
261
262                 return ltc_evaluate_quad(corners, N);
263         }
264         else if (ld.l_type == AREA_ELLIPSE) {
265                 vec3 points[3];
266                 points[0] = (l_vector.xyz + ld.l_right * -ld.l_sizex) + ld.l_up * -ld.l_sizey;
267                 points[1] = (l_vector.xyz + ld.l_right *  ld.l_sizex) + ld.l_up * -ld.l_sizey;
268                 points[2] = (l_vector.xyz + ld.l_right *  ld.l_sizex) + ld.l_up *  ld.l_sizey;
269
270                 return ltc_evaluate_disk(N, V, mat3(1.0), points);
271         }
272         else {
273                 float radius = ld.l_radius;
274                 radius /= (ld.l_type == SUN) ? 1.0 : l_vector.w;
275                 vec3 L = (ld.l_type == SUN) ? -ld.l_forward : (l_vector.xyz / l_vector.w);
276
277                 return ltc_evaluate_disk_simple(radius, dot(N, L));
278         }
279 }
280
281 float light_specular(LightData ld, vec4 ltc_mat, vec3 N, vec3 V, vec4 l_vector)
282 {
283         if (ld.l_type == AREA_RECT) {
284                 vec3 corners[4];
285                 corners[0] = (l_vector.xyz + ld.l_right * -ld.l_sizex) + ld.l_up *  ld.l_sizey;
286                 corners[1] = (l_vector.xyz + ld.l_right * -ld.l_sizex) + ld.l_up * -ld.l_sizey;
287                 corners[2] = (l_vector.xyz + ld.l_right *  ld.l_sizex) + ld.l_up * -ld.l_sizey;
288                 corners[3] = (l_vector.xyz + ld.l_right *  ld.l_sizex) + ld.l_up *  ld.l_sizey;
289
290                 ltc_transform_quad(N, V, ltc_matrix(ltc_mat), corners);
291
292                 return ltc_evaluate_quad(corners, vec3(0.0, 0.0, 1.0));
293         }
294         else {
295                 bool is_ellipse = (ld.l_type == AREA_ELLIPSE);
296                 float radius_x = is_ellipse ? ld.l_sizex : ld.l_radius;
297                 float radius_y = is_ellipse ? ld.l_sizey : ld.l_radius;
298
299                 vec3 L = (ld.l_type == SUN) ? -ld.l_forward : l_vector.xyz;
300                 vec3 Px = ld.l_right;
301                 vec3 Py = ld.l_up;
302
303                 if (ld.l_type == SPOT || ld.l_type == POINT) {
304                         make_orthonormal_basis(l_vector.xyz / l_vector.w, Px, Py);
305                 }
306
307                 vec3 points[3];
308                 points[0] = (L + Px * -radius_x) + Py * -radius_y;
309                 points[1] = (L + Px *  radius_x) + Py * -radius_y;
310                 points[2] = (L + Px *  radius_x) + Py *  radius_y;
311
312                 return ltc_evaluate_disk(N, V, ltc_matrix(ltc_mat), points);
313         }
314 }
315 #endif
316
317 #define MAX_SSS_SAMPLES 65
318 #define SSS_LUT_SIZE 64.0
319 #define SSS_LUT_SCALE ((SSS_LUT_SIZE - 1.0) / float(SSS_LUT_SIZE))
320 #define SSS_LUT_BIAS (0.5 / float(SSS_LUT_SIZE))
321
322 #ifdef USE_TRANSLUCENCY
323 layout(std140) uniform sssProfile {
324         vec4 kernel[MAX_SSS_SAMPLES];
325         vec4 radii_max_radius;
326         int sss_samples;
327 };
328
329 uniform sampler1D sssTexProfile;
330
331 vec3 sss_profile(float s) {
332         s /= radii_max_radius.w;
333         return texture(sssTexProfile, saturate(s) * SSS_LUT_SCALE + SSS_LUT_BIAS).rgb;
334 }
335 #endif
336
337 vec3 light_translucent(LightData ld, vec3 W, vec3 N, vec4 l_vector, float scale)
338 {
339 #if !defined(USE_TRANSLUCENCY) || defined(VOLUMETRICS)
340         return vec3(0.0);
341 #else
342         vec3 vis = vec3(1.0);
343
344         /* Only shadowed light can produce translucency */
345         if (ld.l_shadowid >= 0.0) {
346                 ShadowData data = shadows_data[int(ld.l_shadowid)];
347                 float delta;
348
349                 vec4 L = (ld.l_type != SUN) ? l_vector : vec4(-ld.l_forward, 1.0);
350
351                 vec3 T, B;
352                 make_orthonormal_basis(L.xyz / L.w, T, B);
353
354                 vec4 rand = texelfetch_noise_tex(gl_FragCoord.xy);
355                 rand.zw *= fast_sqrt(rand.y) * data.sh_blur;
356
357                 /* We use the full l_vector.xyz so that the spread is minimize
358                  * if the shading point is further away from the light source */
359                 W = W + T * rand.z + B * rand.w;
360
361                 if (ld.l_type == SUN) {
362                         ShadowCascadeData scd = shadows_cascade_data[int(data.sh_data_start)];
363                         vec4 view_z = vec4(dot(W - cameraPos, cameraForward));
364
365                         vec4 weights = step(scd.split_end_distances, view_z);
366                         float id = abs(4.0 - dot(weights, weights));
367
368                         if (id > 3.0) {
369                                 return vec3(0.0);
370                         }
371
372                         float range = abs(data.sh_far - data.sh_near); /* Same factor as in get_cascade_world_distance(). */
373
374                         vec4 shpos = scd.shadowmat[int(id)] * vec4(W, 1.0);
375                         float dist = shpos.z * range;
376
377                         if (shpos.z > 1.0 || shpos.z < 0.0) {
378                                 return vec3(0.0);
379                         }
380
381                         ShadowSample s = sample_cascade(shpos.xy, data.sh_tex_start + id);
382                         delta = get_depth_delta(s);
383                 }
384                 else {
385                         vec3 cubevec = W - shadows_cube_data[int(data.sh_data_start)].position.xyz;
386                         float dist = length(cubevec);
387
388                         /* If fragment is out of shadowmap range, do not occlude */
389                         /* XXX : we check radial distance against a cubeface distance.
390                          * We loose quite a bit of valid area. */
391                         if (dist < data.sh_far) {
392                                 cubevec /= dist;
393
394                                 ShadowSample s = sample_cube(cubevec, data.sh_tex_start);
395                                 delta = get_depth_delta(s);
396                         }
397                 }
398
399                 /* XXX : Removing Area Power. */
400                 /* TODO : put this out of the shader. */
401                 float falloff;
402                 if (ld.l_type == AREA_RECT || ld.l_type == AREA_ELLIPSE) {
403                         vis *= (ld.l_sizex * ld.l_sizey * 4.0 * M_PI) * (1.0 / 80.0);
404                         if (ld.l_type == AREA_ELLIPSE) {
405                                 vis *= M_PI * 0.25;
406                         }
407                         vis *= 0.3 * 20.0 * max(0.0, dot(-ld.l_forward, l_vector.xyz / l_vector.w)); /* XXX ad hoc, empirical */
408                         vis /= (l_vector.w * l_vector.w);
409                         falloff = dot(N, l_vector.xyz / l_vector.w);
410                 }
411                 else if (ld.l_type == SUN) {
412                         vis *= (4.0f * ld.l_radius * ld.l_radius * M_2PI) * (1.0 / 12.5); /* Removing area light power*/
413                         vis *= M_2PI * 0.78; /* Matching cycles with point light. */
414                         vis *= 0.082; /* XXX ad hoc, empirical */
415                         falloff = dot(N, -ld.l_forward);
416                 }
417                 else {
418                         vis *= (4.0 * ld.l_radius * ld.l_radius) * (1.0 /10.0);
419                         vis *= 1.5; /* XXX ad hoc, empirical */
420                         vis /= (l_vector.w * l_vector.w);
421                         falloff = dot(N, l_vector.xyz / l_vector.w);
422                 }
423                 // vis *= M_1_PI; /* Normalize */
424
425                 /* Applying profile */
426                 vis *= sss_profile(abs(delta) / scale);
427
428                 /* No transmittance at grazing angle (hide artifacts) */
429                 vis *= saturate(falloff * 2.0);
430
431                 if (ld.l_type == SPOT) {
432                         float z = dot(ld.l_forward, l_vector.xyz);
433                         vec3 lL = l_vector.xyz / z;
434                         float x = dot(ld.l_right, lL) / ld.l_sizex;
435                         float y = dot(ld.l_up, lL) / ld.l_sizey;
436
437                         float ellipse = inversesqrt(1.0 + x * x + y * y);
438
439                         float spotmask = smoothstep(0.0, 1.0, (ellipse - ld.l_spot_size) / ld.l_spot_blend);
440
441                         vis *= spotmask;
442                         vis *= step(0.0, -dot(l_vector.xyz, ld.l_forward));
443                 }
444                 else if (ld.l_type == AREA_RECT || ld.l_type == AREA_ELLIPSE) {
445                         vis *= step(0.0, -dot(l_vector.xyz, ld.l_forward));
446                 }
447         }
448         else {
449                 vis = vec3(0.0);
450         }
451
452         return vis;
453 #endif
454 }