shaderlib/cooktorrance.glsl

   1 import msp_interface;
   2 import common;
   3 import shadow;
   4
   5 layout(constant_id=auto) const bool use_base_color_map = false;
   6 layout(constant_id=auto) const bool use_metalness_map = false;
   7 layout(constant_id=auto) const bool use_roughness_map = false;
   8 layout(constant_id=auto) const bool use_occlusion_map = false;
   9 layout(constant_id=auto) const bool use_emission = false;
  10 layout(constant_id=auto) const bool use_emission_map = false;
  11
  12 const float PI = 3.1415926535;
  13
  14 #pragma MSP stage(fragment)
  15 vec4 get_base_color()
  16 {
  17         if(use_base_color_map)
  18                 return texture(base_color_map, texcoord.xy);
  19         else
  20                 return pbr_material.base_color;
  21 }
  22
  23 float get_metalness_value()
  24 {
  25         if(use_metalness_map)
  26                 return texture(metalness_map, texcoord.xy).r;
  27         else
  28                 return pbr_material.metalness;
  29 }
  30
  31 float get_roughness_value()
  32 {
  33         if(use_roughness_map)
  34                 return texture(roughness_map, texcoord.xy).r;
  35         else
  36                 return pbr_material.roughness;
  37 }
  38
  39 float get_occlusion_value()
  40 {
  41         if(use_occlusion_map)
  42                 return texture(occlusion_map, texcoord.xy).r;
  43         else
  44                 return 1.0;
  45 }
  46
  47 vec3 get_emission_color()
  48 {
  49         if(use_emission_map)
  50                 return texture(emission_map, texcoord.xy).rgb;
  51         else
  52                 return pbr_material.emission.rgb;
  53 }
  54
  55 /* Computes the diffuse reflection of the macrosurface */
  56 vec3 lambert_diffuse(vec3 base_color)
  57 {
  58         // Scale by pi to get a result per steradian, suitable for integration
  59         return base_color/PI;
  60 }
  61
  62 /* Computes the fraction of microfacets aligned at the halfway vector
  63 (Trowbridge-Reitz GGX) */
  64 float normal_distribution_ggxtr(vec3 normal, vec3 halfway, float roughness)
  65 {
  66         float n_dot_h = max(dot(normal, halfway), 0.0);
  67         float rough_q = roughness * roughness;
  68         rough_q *= rough_q;
  69         float denom = n_dot_h*n_dot_h*(rough_q-1)+1;
  70         // Scale by pi to get a result per steradian, suitable for integration
  71         return rough_q/(PI*denom*denom);
  72 }
  73
  74 /* Computes shadowing and masking of a microfacet surface from a given
  75 direction */
  76 float geometry_schlick_ggx(vec3 normal, vec3 view, float k)
  77 {
  78         float n_dot_v = max(dot(normal, view), 0.0);
  79         return n_dot_v/(n_dot_v*(1.0-k)+k);
  80 }
  81
  82 /* Computes shadowing and masking of a microfacet surface for a combination of
  83 look and light directions */
  84 float geometry_smith(vec3 normal, vec3 look, vec3 light, float roughness)
  85 {
  86         float k = (roughness+1.0)*(roughness+1.0)/8.0;
  87         float ggx_look = geometry_schlick_ggx(normal, look, k);
  88         float ggx_light = geometry_schlick_ggx(normal, light, k);
  89         return ggx_look*ggx_light;
  90 }
  91
  92 /* Computes the reflectance of the material at a given reflection angle */
  93 vec3 fresnel_schlick(vec3 halfway, vec3 look, vec3 base_color, float metalness)
  94 {
  95         // 0.04 is a decent approximation for dielectric base reflectivity
  96         vec3 f0 = mix(vec3(0.04), base_color, metalness);
  97         return mix(f0, vec3(1.0), pow(1.0-dot(halfway, look), 5.0));
  98 }
  99
 100 /* Computes the full contribution of a single light */
 101 vec3 cooktorrance_one_light_direct(vec3 normal, vec3 look, vec3 light, vec3 light_color, vec3 base_color, float metalness, float roughness)
 102 {
 103         vec3 halfway = normalize(light-look);
 104         float ndist = normal_distribution_ggxtr(normal, halfway, roughness);
 105         float geom = geometry_smith(normal, -look, light, roughness);
 106
 107         vec3 k_spec = fresnel_schlick(halfway, light, base_color, metalness);
 108         vec3 k_diff = (1.0-k_spec)*(1.0-metalness);
 109
 110         float denom = max(4.0*max(dot(normal, -look), 0.0)*max(dot(normal, light), 0.0), 0.001);
 111         return max(dot(normal, light), 0.0)*light_color*(k_diff*lambert_diffuse(base_color)+k_spec*ndist*geom/denom);
 112 }
 113
 114 vec3 cooktorrance_lighting(vec3 normal, vec3 look, vec3 base_color, float metalness, float roughness)
 115 {
 116         vec3 light;
 117         if(use_normal_map)
 118                 light = normalize(tbn_light_dir);
 119         else
 120                 light = normalize(eye_light_dir);
 121
 122         float shadow = get_shadow_factor(0);
 123         vec3 color = cooktorrance_one_light_direct(normal, look, light, light_sources[0].diffuse.rgb, base_color, metalness, roughness)*shadow;
 124
 125         color *= get_occlusion_value();
 126
 127         if(use_emission)
 128                 color += get_emission_color();
 129
 130         return color;
 131 }
 132
 133 void main()
 134 {
 135         vec3 normal;
 136         vec3 look;
 137         if(use_normal_map)
 138         {
 139                 normal = get_fragment_normal();
 140                 look = normalize(tbn_look_dir);
 141         }
 142         else
 143         {
 144                 normal = normalize(eye_normal);
 145                 look = normalize(eye_look_dir);
 146         }
 147
 148         vec4 base_color = get_base_color();
 149         float metalness = get_metalness_value();
 150         float roughness = get_roughness_value();
 151
 152         vec3 lit_color = cooktorrance_lighting(normal, look, base_color.rgb, metalness, roughness);
 153
 154         frag_color = vec4(lit_color, base_color.a);
 155 }