Cycles / Wavelength to RGB node:
[blender.git] / intern / cycles / kernel / shaders / node_sky_texture.osl
1 /*
2  * Copyright 2011, Blender Foundation.
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
5  * modify it under the terms of the GNU General Public License
6  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
7  * of the License, or (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
16  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
17  */
18
19 #include "stdosl.h"
20 #include "node_color.h"
21
22 struct KernelSunSky {
23         /* sun direction in spherical and cartesian */
24         float theta, phi;
25         vector dir;
26
27         /* perez function parameters */
28         float zenith_Y, zenith_x, zenith_y;
29         float perez_Y[5], perez_x[5], perez_y[5];
30 };
31
32 float sky_angle_between(float thetav, float phiv, float theta, float phi)
33 {
34         float cospsi = sin(thetav) * sin(theta) * cos(phi - phiv) + cos(thetav) * cos(theta);
35
36         if (cospsi > 1.0)
37                 return 0.0;
38         if (cospsi < -1.0)
39                 return M_PI;
40
41         return acos(cospsi);
42 }
43
44 vector sky_spherical_coordinates(vector dir)
45 {
46         return vector(acos(dir[2]), atan2(dir[0], dir[1]), 0);
47 }
48
49 float sky_perez_function(float lam[5], float theta, float gamma)
50 {
51         float ctheta = cos(theta);
52         float cgamma = cos(gamma);
53
54         return (1.0 + lam[0] * exp(lam[1] / ctheta)) * (1.0 + lam[2] * exp(lam[3] * gamma) + lam[4] * cgamma * cgamma);
55 }
56
57 color sky_xyz_radiance(KernelSunSky sunsky, vector dir)
58 {
59         /* convert vector to spherical coordinates */
60         vector spherical = sky_spherical_coordinates(dir);
61         float theta = spherical[0];
62         float phi = spherical[1];
63
64         /* angle between sun direction and dir */
65         float gamma = sky_angle_between(theta, phi, sunsky.theta, sunsky.phi);
66
67         /* clamp theta to horizon */
68         theta = min(theta, M_PI_2 - 0.001);
69
70         /* compute xyY color space values */
71         float x = sunsky.zenith_x * sky_perez_function(sunsky.perez_x, theta, gamma);
72         float y = sunsky.zenith_y * sky_perez_function(sunsky.perez_y, theta, gamma);
73         float Y = sunsky.zenith_Y * sky_perez_function(sunsky.perez_Y, theta, gamma);
74
75         /* convert to RGB */
76         color xyz = xyY_to_xyz(x, y, Y);
77         return xyz_to_rgb(xyz[0], xyz[1], xyz[2]);
78 }
79
80 void precompute_sunsky(vector dir, float turbidity, output KernelSunSky sunsky)
81 {
82         vector spherical = sky_spherical_coordinates(dir);
83         float theta = spherical[0];
84         float phi = spherical[1];
85
86         sunsky.theta = theta;
87         sunsky.phi = phi;
88         sunsky.dir = dir;
89
90         float theta2 = theta * theta;
91         float theta3 = theta2 * theta;
92         float T = turbidity;
93         float T2 = T * T;
94
95         float chi = (4.0 / 9.0 - T / 120.0) * (M_PI - 2.0 * theta);
96         sunsky.zenith_Y = (4.0453 * T - 4.9710) * tan(chi) - 0.2155 * T + 2.4192;
97         sunsky.zenith_Y *= 0.06;
98
99         sunsky.zenith_x =
100                 ( 0.00166 * theta3 - 0.00375 * theta2 + 0.00209 * theta) * T2 +
101                 (-0.02903 * theta3 + 0.06377 * theta2 - 0.03202 * theta + 0.00394) * T +
102                 ( 0.11693 * theta3 - 0.21196 * theta2 + 0.06052 * theta + 0.25886);
103
104         sunsky.zenith_y =
105                 ( 0.00275 * theta3 - 0.00610 * theta2 + 0.00317 * theta) * T2 +
106                 (-0.04214 * theta3 + 0.08970 * theta2 - 0.04153 * theta + 0.00516) * T +
107                 ( 0.15346 * theta3 - 0.26756 * theta2 + 0.06670 * theta + 0.26688);
108
109         sunsky.perez_Y[0] = ( 0.1787 * T - 1.4630);
110         sunsky.perez_Y[1] = (-0.3554 * T + 0.4275);
111         sunsky.perez_Y[2] = (-0.0227 * T + 5.3251);
112         sunsky.perez_Y[3] = ( 0.1206 * T - 2.5771);
113         sunsky.perez_Y[4] = (-0.0670 * T + 0.3703);
114
115         sunsky.perez_x[0] = (-0.0193 * T - 0.2592);
116         sunsky.perez_x[1] = (-0.0665 * T + 0.0008);
117         sunsky.perez_x[2] = (-0.0004 * T + 0.2125);
118         sunsky.perez_x[3] = (-0.0641 * T - 0.8989);
119         sunsky.perez_x[4] = (-0.0033 * T + 0.0452);
120
121         sunsky.perez_y[0] = (-0.0167 * T - 0.2608);
122         sunsky.perez_y[1] = (-0.0950 * T + 0.0092);
123         sunsky.perez_y[2] = (-0.0079 * T + 0.2102);
124         sunsky.perez_y[3] = (-0.0441 * T - 1.6537);
125         sunsky.perez_y[4] = (-0.0109 * T + 0.0529);
126
127         sunsky.zenith_Y /= sky_perez_function(sunsky.perez_Y, 0, theta);
128         sunsky.zenith_x /= sky_perez_function(sunsky.perez_x, 0, theta);
129         sunsky.zenith_y /= sky_perez_function(sunsky.perez_y, 0, theta);
130 }
131
132 shader node_sky_texture(
133         int use_mapping = 0,
134         matrix mapping = matrix(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0),
135         vector Vector = P,
136         vector sun_direction = vector(0, 0, 1),
137         float turbidity = 2.2,
138         output color Color = 0.0)
139 {
140         vector p = Vector;
141
142         if (use_mapping)
143                 p = transform(mapping, p);
144
145         KernelSunSky sunsky;
146
147         precompute_sunsky(sun_direction, turbidity, sunsky);
148         Color = sky_xyz_radiance(sunsky, p);
149 }
150