]> git.tdb.fi Git - libs/gl.git/blob - shaderlib/cooktorrance.glsl
Consider expressions in array sizes when comparing types for equality
[libs/gl.git] / shaderlib / cooktorrance.glsl
1 import msp_interface;
2 import common;
3 import shadow;
4
5 struct PbrMaterialParameters
6 {
7         vec4 base_color;
8         vec4 emission;
9         float metalness;
10         float roughness;
11 };
12
13 uniform PbrMaterial
14 {
15         PbrMaterialParameters pbr_material;
16 };
17
18 uniform sampler2D base_color_map;
19 uniform sampler2D metalness_map;
20 uniform sampler2D roughness_map;
21 uniform sampler2D occlusion_map;
22 uniform sampler2D emission_map;
23 uniform sampler2D fresnel_lookup;
24
25 layout(constant_id=auto) const bool use_base_color_map = false;
26 layout(constant_id=auto) const bool use_metalness_map = false;
27 layout(constant_id=auto) const bool use_roughness_map = false;
28 layout(constant_id=auto) const bool use_occlusion_map = false;
29 layout(constant_id=auto) const bool use_emission = false;
30 layout(constant_id=auto) const bool use_emission_map = false;
31 layout(constant_id=auto) const bool use_image_based_lighting = false;
32
33 #pragma MSP stage(fragment)
34 virtual vec4 get_base_color()
35 {
36         if(use_base_color_map)
37                 return texture(base_color_map, texcoord.xy);
38         else
39                 return pbr_material.base_color;
40 }
41
42 virtual float get_metalness_value()
43 {
44         if(use_metalness_map)
45                 return texture(metalness_map, texcoord.xy).r;
46         else
47                 return pbr_material.metalness;
48 }
49
50 virtual float get_roughness_value()
51 {
52         if(use_roughness_map)
53                 return texture(roughness_map, texcoord.xy).r;
54         else
55                 return pbr_material.roughness;
56 }
57
58 virtual float get_occlusion_value()
59 {
60         if(use_occlusion_map)
61                 return texture(occlusion_map, texcoord.xy).r;
62         else
63                 return 1.0;
64 }
65
66 virtual vec3 get_emission_color()
67 {
68         if(use_emission_map)
69                 return texture(emission_map, texcoord.xy).rgb;
70         else
71                 return pbr_material.emission.rgb;
72 }
73
74 /* Computes the diffuse reflection of the macrosurface */
75 vec3 lambert_diffuse(vec3 base_color)
76 {
77         // Scale by pi to get a result per steradian, suitable for integration
78         return base_color/PI;
79 }
80
81 /* Computes the fraction of microfacets aligned at the halfway vector
82 (Trowbridge-Reitz GGX) */
83 float normal_distribution_ggxtr(vec3 normal, vec3 halfway, float roughness)
84 {
85         float n_dot_h = max(dot(normal, halfway), 0.0);
86         float rough_q = roughness * roughness;
87         rough_q *= rough_q;
88         float denom = n_dot_h*n_dot_h*(rough_q-1)+1;
89         /* Scale by pi to normalize the total area of the microfacets as projected
90         to the macrosurface */
91         return rough_q/(PI*denom*denom);
92 }
93
94 /* Computes shadowing and masking of a microfacet surface from a given
95 direction */
96 float geometry_schlick_ggx(vec3 normal, vec3 view, float k)
97 {
98         float n_dot_v = max(dot(normal, view), 0.0);
99         return n_dot_v/(n_dot_v*(1.0-k)+k);
100 }
101
102 /* Computes shadowing and masking of a microfacet surface for a combination of
103 look and light directions */
104 float geometry_smith(vec3 normal, vec3 look, vec3 light, float roughness)
105 {
106         float k = (roughness+1.0)*(roughness+1.0)/8.0;
107         float ggx_look = geometry_schlick_ggx(normal, look, k);
108         float ggx_light = geometry_schlick_ggx(normal, light, k);
109         return ggx_look*ggx_light;
110 }
111
112 /* Computes the reflectance of the material at a given reflection angle */
113 vec3 fresnel_schlick(vec3 halfway, vec3 look, vec3 base_color, float metalness)
114 {
115         // 0.04 is a decent approximation for dielectric base reflectivity
116         vec3 f0 = mix(vec3(0.04), base_color, metalness);
117         return mix(f0, vec3(1.0), pow(max(1.0-dot(halfway, look), 0.0), 5.0));
118 }
119
120 /* Computes the full contribution of a single light */
121 vec3 cooktorrance_one_light_direct(vec3 normal, vec3 look, vec3 light, vec3 light_color, vec3 base_color, float metalness, float roughness)
122 {
123         vec3 halfway = normalize(light-look);
124         float ndist = normal_distribution_ggxtr(normal, halfway, roughness);
125         float geom = geometry_smith(normal, -look, light, roughness);
126
127         vec3 k_spec = fresnel_schlick(halfway, light, base_color, metalness);
128         vec3 k_diff = (1.0-k_spec)*(1.0-metalness);
129
130         float spec_denom = max(4.0*max(dot(normal, -look), 0.0)*max(dot(normal, light), 0.0), 0.001);
131         return max(dot(normal, light), 0.0)*light_color*(k_diff*lambert_diffuse(base_color)+k_spec*ndist*geom/spec_denom);
132 }
133
134 vec3 cooktorrance_environment(vec3 normal, vec3 look, vec3 base_color, float metalness, float roughness)
135 {
136         vec3 f0 = mix(vec3(0.04), base_color, metalness);
137         vec2 scale_bias = texture(fresnel_lookup, vec2(roughness, max(dot(normal, -look), 0.0))).rg;
138         vec3 k_spec = f0*scale_bias.x+scale_bias.y;
139         vec3 k_diff = (1.0-k_spec)*(1.0-metalness);
140
141         if(use_image_based_lighting)
142         {
143                 vec3 irradiance = get_irradiance_sample(normal);
144                 vec3 reflection = get_environment_sample(reflect(look, normal), roughness).rgb;
145
146                 return k_diff*irradiance*base_color+k_spec*reflection;
147         }
148         else
149                 return (k_diff*base_color+k_spec)*ambient_color.rgb;
150 }
151
152 vec3 cooktorrance_lighting(vec3 normal, vec3 look, vec3 base_color, float metalness, float roughness)
153 {
154         vec3 color = vec3(0.0);
155         for(int i=0; i<max_lights; ++i)
156                 if(light_sources[i].type!=0)
157                 {
158                         vec3 light = get_light_direction(i);
159                         float shadow = get_shadow_factor(i);
160                         color += cooktorrance_one_light_direct(normal, look, light, light_sources[i].color, base_color, metalness, roughness)*shadow;
161                 }
162
163         color += cooktorrance_environment(normal, look, base_color, metalness, roughness);
164
165         color *= get_occlusion_value();
166
167         if(use_emission)
168                 color += get_emission_color();
169
170         return color;
171 }
172
173 void main()
174 {
175         vec3 normal = get_fragment_normal();
176         vec3 look = normalize(world_look_dir);
177
178         vec4 base_color = get_base_color();
179         float metalness = get_metalness_value();
180         float roughness = get_roughness_value();
181
182         vec3 lit_color = cooktorrance_lighting(normal, look, base_color.rgb, metalness, roughness);
183
184         frag_color = vec4(lit_color, base_color.a);
185 }