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[blender.git] / source / blender / gpu / GPU_material.h
1 /*
2  * ***** BEGIN GPL LICENSE BLOCK *****
3  *
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6  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
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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  * The Original Code is Copyright (C) 2005 Blender Foundation.
19  * All rights reserved.
20  *
21  * The Original Code is: all of this file.
22  *
23  * Contributor(s): Brecht Van Lommel.
24  *
25  * ***** END GPL LICENSE BLOCK *****
26  */
27
28 /** \file GPU_material.h
29  *  \ingroup gpu
30  */
31
32 #ifndef __GPU_MATERIAL_H__
33 #define __GPU_MATERIAL_H__
34
35 #include "DNA_customdata_types.h" /* for CustomDataType */
36 #include "DNA_listBase.h"
37
38 #include "BLI_sys_types.h" /* for bool */
39
40 #ifdef __cplusplus
41 extern "C" {
42 #endif
43
44 struct Image;
45 struct ImageUser;
46 struct Material;
47 struct Object;
48 struct Image;
49 struct Scene;
50 struct SceneRenderLayer;
51 struct GPUVertexAttribs;
52 struct GPUNode;
53 struct GPUNodeLink;
54 struct GPUNodeStack;
55 struct GPUMaterial;
56 struct GPUTexture;
57 struct GPULamp;
58 struct PreviewImage;
59 struct World;
60
61 typedef struct GPUNode GPUNode;
62 typedef struct GPUNodeLink GPUNodeLink;
63 typedef struct GPUMaterial GPUMaterial;
64 typedef struct GPULamp GPULamp;
65
66 /* Functions to create GPU Materials nodes */
67
68 typedef enum GPUType {
69         /* The value indicates the number of elements in each type */
70         GPU_NONE = 0,
71         GPU_FLOAT = 1,
72         GPU_VEC2 = 2,
73         GPU_VEC3 = 3,
74         GPU_VEC4 = 4,
75         GPU_MAT3 = 9,
76         GPU_MAT4 = 16,
77
78         GPU_TEX2D = 1002,
79         GPU_SHADOW2D = 1003,
80         GPU_TEXCUBE = 1004,
81         GPU_ATTRIB = 3001
82 } GPUType;
83
84 typedef enum GPUBuiltin {
85         GPU_VIEW_MATRIX =           (1 << 0),
86         GPU_OBJECT_MATRIX =         (1 << 1),
87         GPU_INVERSE_VIEW_MATRIX =   (1 << 2),
88         GPU_INVERSE_OBJECT_MATRIX = (1 << 3),
89         GPU_VIEW_POSITION =         (1 << 4),
90         GPU_VIEW_NORMAL =           (1 << 5),
91         GPU_OBCOLOR =               (1 << 6),
92         GPU_AUTO_BUMPSCALE =        (1 << 7),
93         GPU_CAMERA_TEXCO_FACTORS =  (1 << 8),
94         GPU_LOC_TO_VIEW_MATRIX =    (1 << 9),
95         GPU_INVERSE_LOC_TO_VIEW_MATRIX = (1 << 14),
96 } GPUBuiltin;
97
98 typedef enum GPUOpenGLBuiltin {
99         GPU_MATCAP_NORMAL = 1,
100         GPU_COLOR = 2,
101 } GPUOpenGLBuiltin;
102
103 typedef enum GPUMatType {
104         GPU_MATERIAL_TYPE_MESH  = 1,
105         GPU_MATERIAL_TYPE_WORLD = 2,
106 } GPUMatType;
107
108
109 typedef enum GPUBlendMode {
110         GPU_BLEND_SOLID = 0,
111         GPU_BLEND_ADD = 1,
112         GPU_BLEND_ALPHA = 2,
113         GPU_BLEND_CLIP = 4,
114         GPU_BLEND_ALPHA_SORT = 8,
115         GPU_BLEND_ALPHA_TO_COVERAGE = 16
116 } GPUBlendMode;
117
118 typedef struct GPUNodeStack {
119         GPUType type;
120         const char *name;
121         float vec[4];
122         struct GPUNodeLink *link;
123         bool hasinput;
124         bool hasoutput;
125         short sockettype;
126 } GPUNodeStack;
127
128
129 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_FROM_TYPE(f) ((f) & 0xFFFF0000)
130
131 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_MISC     0x00010000
132 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP     0x00020000
133 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT   0x00030000
134 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_SAMPLER  0x00040000
135 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_MIST     0x00050000
136 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_WORLD    0x00060000
137 #define GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT      0x00070000
138
139 typedef enum GPUDynamicType {
140
141         GPU_DYNAMIC_NONE                 = 0,
142
143         GPU_DYNAMIC_OBJECT_VIEWMAT       = 1  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
144         GPU_DYNAMIC_OBJECT_MAT           = 2  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
145         GPU_DYNAMIC_OBJECT_VIEWIMAT      = 3  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
146         GPU_DYNAMIC_OBJECT_IMAT          = 4  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
147         GPU_DYNAMIC_OBJECT_COLOR         = 5  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
148         GPU_DYNAMIC_OBJECT_AUTOBUMPSCALE = 6  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
149         GPU_DYNAMIC_OBJECT_LOCTOVIEWMAT  = 7  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
150         GPU_DYNAMIC_OBJECT_LOCTOVIEWIMAT = 8  | GPU_DYNAMIC_GROUP_OBJECT,
151
152         GPU_DYNAMIC_LAMP_DYNVEC          = 1  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
153         GPU_DYNAMIC_LAMP_DYNCO           = 2  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
154         GPU_DYNAMIC_LAMP_DYNIMAT         = 3  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
155         GPU_DYNAMIC_LAMP_DYNPERSMAT      = 4  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
156         GPU_DYNAMIC_LAMP_DYNENERGY       = 5  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
157         GPU_DYNAMIC_LAMP_DYNCOL          = 6  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
158         GPU_DYNAMIC_LAMP_DISTANCE        = 7  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
159         GPU_DYNAMIC_LAMP_ATT1            = 8  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
160         GPU_DYNAMIC_LAMP_ATT2            = 9  | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
161         GPU_DYNAMIC_LAMP_SPOTSIZE        = 10 | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
162         GPU_DYNAMIC_LAMP_SPOTBLEND       = 11 | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
163         GPU_DYNAMIC_LAMP_SPOTSCALE       = 12 | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
164         GPU_DYNAMIC_LAMP_COEFFCONST      = 13 | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
165         GPU_DYNAMIC_LAMP_COEFFLIN        = 14 | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
166         GPU_DYNAMIC_LAMP_COEFFQUAD       = 15 | GPU_DYNAMIC_GROUP_LAMP,
167
168         GPU_DYNAMIC_SAMPLER_2DBUFFER     = 1  | GPU_DYNAMIC_GROUP_SAMPLER,
169         GPU_DYNAMIC_SAMPLER_2DIMAGE      = 2  | GPU_DYNAMIC_GROUP_SAMPLER,
170         GPU_DYNAMIC_SAMPLER_2DSHADOW     = 3  | GPU_DYNAMIC_GROUP_SAMPLER,
171
172         GPU_DYNAMIC_MIST_ENABLE          = 1  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MIST,
173         GPU_DYNAMIC_MIST_START           = 2  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MIST,
174         GPU_DYNAMIC_MIST_DISTANCE        = 3  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MIST,
175         GPU_DYNAMIC_MIST_INTENSITY       = 4  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MIST,
176         GPU_DYNAMIC_MIST_TYPE            = 5  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MIST,
177         GPU_DYNAMIC_MIST_COLOR           = 6  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MIST,
178
179         GPU_DYNAMIC_HORIZON_COLOR        = 1  | GPU_DYNAMIC_GROUP_WORLD,
180         GPU_DYNAMIC_AMBIENT_COLOR        = 2  | GPU_DYNAMIC_GROUP_WORLD,
181         GPU_DYNAMIC_ZENITH_COLOR         = 3  | GPU_DYNAMIC_GROUP_WORLD,
182
183         GPU_DYNAMIC_MAT_DIFFRGB          = 1  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
184         GPU_DYNAMIC_MAT_REF              = 2  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
185         GPU_DYNAMIC_MAT_SPECRGB          = 3  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
186         GPU_DYNAMIC_MAT_SPEC             = 4  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
187         GPU_DYNAMIC_MAT_HARD             = 5  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
188         GPU_DYNAMIC_MAT_EMIT             = 6  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
189         GPU_DYNAMIC_MAT_AMB              = 7  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
190         GPU_DYNAMIC_MAT_ALPHA            = 8  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT,
191         GPU_DYNAMIC_MAT_MIR              = 9  | GPU_DYNAMIC_GROUP_MAT
192 } GPUDynamicType;
193
194 GPUNodeLink *GPU_attribute(CustomDataType type, const char *name);
195 GPUNodeLink *GPU_uniform(float *num);
196 GPUNodeLink *GPU_dynamic_uniform(float *num, GPUDynamicType dynamictype, void *data);
197 GPUNodeLink *GPU_image(struct Image *ima, struct ImageUser *iuser, bool is_data);
198 GPUNodeLink *GPU_cube_map(struct Image *ima, struct ImageUser *iuser, bool is_data);
199 GPUNodeLink *GPU_image_preview(struct PreviewImage *prv);
200 GPUNodeLink *GPU_texture(int size, float *pixels);
201 GPUNodeLink *GPU_dynamic_texture(struct GPUTexture *tex, GPUDynamicType dynamictype, void *data);
202 GPUNodeLink *GPU_builtin(GPUBuiltin builtin);
203 GPUNodeLink *GPU_opengl_builtin(GPUOpenGLBuiltin builtin);
204 void GPU_node_link_set_type(GPUNodeLink *link, GPUType type);
205
206 bool GPU_link(GPUMaterial *mat, const char *name, ...);
207 bool GPU_stack_link(GPUMaterial *mat, const char *name, GPUNodeStack *in, GPUNodeStack *out, ...);
208
209 void GPU_material_output_link(GPUMaterial *material, GPUNodeLink *link);
210 void GPU_material_enable_alpha(GPUMaterial *material);
211 GPUBlendMode GPU_material_alpha_blend(GPUMaterial *material, float obcol[4]);
212
213 /* High level functions to create and use GPU materials */
214 GPUMaterial *GPU_material_world(struct Scene *scene, struct World *wo);
215
216 GPUMaterial *GPU_material_from_blender(struct Scene *scene, struct Material *ma, bool use_opensubdiv);
217 GPUMaterial *GPU_material_matcap(struct Scene *scene, struct Material *ma, bool use_opensubdiv);
218 void GPU_material_free(struct ListBase *gpumaterial);
219
220 void GPU_materials_free(void);
221
222 bool GPU_lamp_override_visible(GPULamp *lamp, struct SceneRenderLayer *srl, struct Material *ma);
223 void GPU_material_bind(
224         GPUMaterial *material, int oblay, int viewlay, double time, int mipmap,
225         float viewmat[4][4], float viewinv[4][4], float cameraborder[4], bool scenelock);
226 void GPU_material_bind_uniforms(
227         GPUMaterial *material, float obmat[4][4], float viewmat[4][4], float obcol[4],
228         float autobumpscale);
229 void GPU_material_unbind(GPUMaterial *material);
230 bool GPU_material_bound(GPUMaterial *material);
231 struct Scene *GPU_material_scene(GPUMaterial *material);
232 GPUMatType GPU_Material_get_type(GPUMaterial *material);
233
234 void GPU_material_vertex_attributes(GPUMaterial *material,
235         struct GPUVertexAttribs *attrib);
236
237 bool GPU_material_do_color_management(GPUMaterial *mat);
238 bool GPU_material_use_new_shading_nodes(GPUMaterial *mat);
239
240 /* Exported shading */
241
242 typedef struct GPUShadeInput {
243         GPUMaterial *gpumat;
244         struct Material *mat;
245
246         GPUNodeLink *rgb, *specrgb, *vn, *view, *vcol, *ref;
247         GPUNodeLink *alpha, *refl, *spec, *emit, *har, *amb;
248         GPUNodeLink *spectra, *mir, *refcol;
249 } GPUShadeInput;
250
251 typedef struct GPUShadeResult {
252         GPUNodeLink *diff, *spec, *combined, *alpha;
253 } GPUShadeResult;
254
255 void GPU_shadeinput_set(GPUMaterial *mat, struct Material *ma, GPUShadeInput *shi);
256 void GPU_shaderesult_set(GPUShadeInput *shi, GPUShadeResult *shr);
257
258 /* Export GLSL shader */
259
260 typedef enum GPUDataType {
261         GPU_DATA_NONE = 0,
262         GPU_DATA_1I = 1,   /* 1 integer */
263         GPU_DATA_1F = 2,
264         GPU_DATA_2F = 3,
265         GPU_DATA_3F = 4,
266         GPU_DATA_4F = 5,
267         GPU_DATA_9F = 6,
268         GPU_DATA_16F = 7,
269         GPU_DATA_4UB = 8,
270 } GPUDataType;
271
272 /* this structure gives information of each uniform found in the shader */
273 typedef struct GPUInputUniform {
274         struct GPUInputUniform *next, *prev;
275         char varname[32];         /* name of uniform in shader */
276         GPUDynamicType type;      /* type of uniform, data format and calculation derive from it */
277         GPUDataType datatype;     /* type of uniform data */
278         struct Object *lamp;      /* when type=GPU_DYNAMIC_LAMP_... or GPU_DYNAMIC_SAMPLER_2DSHADOW */
279         struct Image *image;      /* when type=GPU_DYNAMIC_SAMPLER_2DIMAGE */
280         struct Material *material;/* when type=GPU_DYNAMIC_MAT_... */
281         int texnumber;            /* when type=GPU_DYNAMIC_SAMPLER, texture number: 0.. */
282         unsigned char *texpixels; /* for internally generated texture, pixel data in RGBA format */
283         int texsize;              /* size in pixel of the texture in texpixels buffer:
284                                    * for 2D textures, this is S and T size (square texture) */
285 } GPUInputUniform;
286
287 typedef struct GPUInputAttribute {
288         struct GPUInputAttribute *next, *prev;
289         char varname[32];     /* name of attribute in shader */
290         int type;             /* from CustomData.type, data type derives from it */
291         GPUDataType datatype; /* type of attribute data */
292         const char *name;     /* layer name */
293         int number;           /* generic attribute number */
294 } GPUInputAttribute;
295
296 typedef struct GPUShaderExport {
297         ListBase uniforms;
298         ListBase attributes;
299         char *vertex;
300         char *fragment;
301 } GPUShaderExport;
302
303 GPUShaderExport *GPU_shader_export(struct Scene *scene, struct Material *ma);
304 void GPU_free_shader_export(GPUShaderExport *shader);
305
306 /* Lamps */
307
308 GPULamp *GPU_lamp_from_blender(struct Scene *scene, struct Object *ob, struct Object *par);
309 void GPU_lamp_free(struct Object *ob);
310
311 bool GPU_lamp_has_shadow_buffer(GPULamp *lamp);
312 void GPU_lamp_update_buffer_mats(GPULamp *lamp);
313 void GPU_lamp_shadow_buffer_bind(GPULamp *lamp, float viewmat[4][4], int *winsize, float winmat[4][4]);
314 void GPU_lamp_shadow_buffer_unbind(GPULamp *lamp);
315 int GPU_lamp_shadow_buffer_type(GPULamp *lamp);
316 int GPU_lamp_shadow_bind_code(GPULamp *lamp);
317 float *GPU_lamp_dynpersmat(GPULamp *lamp);
318
319 void GPU_lamp_update(GPULamp *lamp, int lay, int hide, float obmat[4][4]);
320 void GPU_lamp_update_colors(GPULamp *lamp, float r, float g, float b, float energy);
321 void GPU_lamp_update_distance(GPULamp *lamp, float distance, float att1, float att2,
322                               float coeff_const, float coeff_lin, float coeff_quad);
323 void GPU_lamp_update_spot(GPULamp *lamp, float spotsize, float spotblend);
324 int GPU_lamp_shadow_layer(GPULamp *lamp);
325 GPUNodeLink *GPU_lamp_get_data(
326         GPUMaterial *mat, GPULamp *lamp,
327         GPUNodeLink **r_col, GPUNodeLink **r_lv, GPUNodeLink **r_dist, GPUNodeLink **r_shadow, GPUNodeLink **r_energy);
328
329 /* World */
330 void GPU_mist_update_enable(short enable);
331 void GPU_mist_update_values(int type, float start, float dist, float inten, float color[3]);
332 void GPU_horizon_update_color(float color[3]);
333 void GPU_ambient_update_color(float color[3]);
334
335 #ifdef WITH_OPENSUBDIV
336 struct DerivedMesh;
337 void GPU_material_update_fvar_offset(GPUMaterial *gpu_material,
338                                      struct DerivedMesh *dm);
339 #endif
340
341 #ifdef __cplusplus
342 }
343 #endif
344
345 #endif /*__GPU_MATERIAL_H__*/