nw/gfx/gfx_ShaderProgram.h

/*---------------------------------------------------------------------------*
  Project:  NintendoWare
  File:     gfx_ShaderProgram.h

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  $Revision: 31311 $
 *---------------------------------------------------------------------------*/

#ifndef NW_GFX_SHADERPROGRAM_H_
#define NW_GFX_SHADERPROGRAM_H_

#include <nw/gfx/gfx_GfxObject.h>
#include <nw/gfx/gfx_ShaderUniforms.h>
#include <nw/gfx/res/gfx_ResShader.h>
#include <nw/gfx/res/gfx_ResVertex.h>

#include <nw/ut/ut_MoveArray.h>

#include <nw/types.h>
#include <nw/gfx/gfx_CommandUtil.h>
#include <nw/gfx/gfx_ActivateCommand.h>
#include <nw/gfx/gfx_Config.h>

namespace nw
{
namespace gfx
{

class RenderContext;

//! ジオメトリシェーダのモードを表す定義です。
enum GeometryShaderMode
{
    //! ジオメトリシェーダが未初期化の状態です。
    GEOMETRY_SHADER_MODE_UNINITIALIZED,
    //! ジオメトリシェーダを利用しません。
    GEOMETRY_SHADER_MODE_NONE,
    //! ジオメトリシェーダを利用します。
    GEOMETRY_SHADER_MODE_USED,
    //! ジオメトリシェーダのモードの定義の数です。
    GEOMETRY_SHADER_MODE_COUNT
};

//---------------------------------------------------------------------------
//! @brief        各種シェーダを組み合わせてリンクした実行可能なシェーダです。
//---------------------------------------------------------------------------
class ShaderProgram : public GfxObject
{
public:
    //----------------------------------------
    //! @name 取得／設定
    //@{

    //! @brief 詳細設定を有効化します。
    //!
    //! @param[in] shaderProgramDescription シェーダプログラムの詳細設定です。
    //!
    void ActivateDescription(ResShaderProgramDescription shaderProgramDescription);

    //! @brief ジオメトリシェーダのモードの設定をします。
    //!
    //! @param[in] useGeometry ジオメトリシェーダの有無です。
    //!
    void ActivateShaderProgramMode(bool useGeometry);

    //! @brief 詳細設定を無効化します。
    void DeactivateDescription()
    {
        // ジオメトリシェーダのモード設定をリセットします。
        m_GeometryShaderMode = GEOMETRY_SHADER_MODE_UNINITIALIZED;

#if defined(NW_GFX_PROGRAM_OBJECT_ENABLED)
        m_UniformLocation = NULL;
#endif
        m_ProgramObject = 0;
        m_Description = ResShaderProgramDescription( 0 );
    }

    //! @brief リソースを取得します。
    //!
    //! @return シェーダプログラムの詳細設定です。
    //!
    const ResShaderProgramDescription GetActiveDescription() const { return m_Description; }

#if defined(NW_GFX_PROGRAM_OBJECT_ENABLED)
    //! @brief プログラムオブジェクトを取得します。
    //!
    //! @return プログラムオブジェクトです。
    //!
    GLuint GetProgramObject() const { return m_ProgramObject; }
#endif

    //! @brief パーティクル用のシェーダか調べます。
    //!
    //! @return パーティクル用のシェーダの場合はtrueを返します。
    //!
    bool IsParticleShader() const
    {
        return m_Description.GetGeometryShaderIndex() > 0;
    }

    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name 頂点属性
    //@{


    //---------------------------------------------------------------------------
    //! @brief        頂点属性のインデックスを取得します。
    //!
    //! 無効な頂点属性の場合は-1を返します。
    //!
    //! @param[in]    usage 頂点属性のUsageです。
    //!
    //! @return       頂点属性のインデックスです。
    //---------------------------------------------------------------------------
    NW_INLINE int GetVertexAttributeIndex(
        ResVertexAttribute::VertexAttributeUsage usage) const;

    //---------------------------------------------------------------------------
    //! @brief        頂点属性のインデックスを取得します。
    //!
    //! @param[in]    usage 頂点属性のUsageです。
    //!
    //! @return       頂点属性のインデックスです。
    //---------------------------------------------------------------------------
    int GetVertexAttributeIndex(u32 usage) const
    {
        return GetVertexAttributeIndex(
            static_cast<ResVertexAttribute::VertexAttributeUsage>(usage));
    }

    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name シェーダー定数
    //@{

    //! @brief プロジェクションマトリクスを設定します。
    //!
    //! @param[in] projection プロジェクションマトリクスです。
    //!
    void SetProjection(const math::MTX44& projection) const
    {
        internal::NWSetVertexUniform4fv(VERTEX_SHADER_UNIFORM_PROJMTX_INDEX, 4, projection);
    }

    //! @brief ビューマトリクスを設定します。
    //!
    //! @param[in] view ビューマトリクスです。
    //!
    void SetViewMatrix(const math::MTX34& view) const
    {
        internal::NWSetVertexUniform4fv(VERTEX_SHADER_UNIFORM_VIEWMTX_INDEX, 3, view);
    }

    //! @brief ワールドマトリクスを設定します。
    //!
    //! @param[in] world ワールドマトリクスです。
    //!
    void SetWorldMatrix(const math::MTX34& world) const
    {
        internal::NWSetVertexUniform4fv(VERTEX_SHADER_UNIFORM_WRLDMTX_INDEX, 3, world);
    }

    //! @brief モデル法線マトリクスを設定します。
    //!
    //! @param[in] normalMatrix モデル法線マトリクスです。
    //!
    void SetModelNormalMatrix(const math::MTX34& normalMatrix) const
    {
        internal::NWSetVertexUniform4fv(VERTEX_SHADER_UNIFORM_NORMMTX_INDEX, 3, normalMatrix);
    }

    //! @brief ボーンで法線マトリクスを使うフラグを設定します。
    //!        廃止予定です。
    //!
    //! @param[in] use ボーンで法線マトリクスを使うフラグです。
    //!
    NW_DEPRECATED_FUNCTION(void SetUseBoneNormalMatrix(bool use) const)
    {
        NW_UNUSED_VARIABLE(use);
    }

    //! @brief ユニバーサルレジスタに値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index ユニバーサルレジスタでのインデックスです。
    //! @param[in] vec   設定する値です。
    //!
    void SetUniversal(int index, const math::VEC4& vec) const
    {
        internal::NWSetVertexUniform4fv(VERTEX_SHADER_UNIFORM_UNIVREG_INDEX + index, 1, vec);
    }

    //! @brief ユニバーサルレジスタに値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index ユニバーサルレジスタでのインデックスです。
    //! @param[in] mtx   設定する値です。
    //!
    void SetUniversal(int index, const math::MTX34& mtx) const
    {
        internal::NWSetVertexUniform4fv(VERTEX_SHADER_UNIFORM_UNIVREG_INDEX + index, 3, mtx);
    }

    //! @brief ユニバーサルレジスタに値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index ユニバーサルレジスタでのインデックスです。
    //! @param[in] mtx   設定する値です。
    //!
    void SetUniversal(int index, const math::MTX44& mtx) const
    {
        internal::NWSetVertexUniform4fv(VERTEX_SHADER_UNIFORM_UNIVREG_INDEX + index, 4, mtx);
    }

#if defined(NW_GFX_PROGRAM_OBJECT_ENABLED)
    //! @brief boolの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] value 設定する値です。
    //!
    void SetUniformBool(ShaderUniform location, bool value) const { glUniform1i(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), value ? 1 : 0); }

    //! @brief f32の値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] value 設定する値です。
    //!
    void SetUniformFloat(ShaderUniform location, f32 value) const { glUniform1f(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), value); }

    //! @brief s32の値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] value 設定する値です。
    //!
    void SetUniformInt(ShaderUniform location, s32 value) const { glUniform1i(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), value); }

    //! @brief s32の値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] x 設定する値です。
    //! @param[in] y 設定する値です。
    //!
    void SetUniformInt(ShaderUniform location, s32 x, s32 y) const { glUniform2i(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), x, y); }

    //! @brief s32の値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] x 設定する値です。
    //! @param[in] y 設定する値です。
    //! @param[in] z 設定する値です。
    //!
    void SetUniformInt(ShaderUniform location, s32 x, s32 y, s32 z) const { glUniform3i(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), x, y, z); }

    //! @brief s32の値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] x 設定する値です。
    //! @param[in] y 設定する値です。
    //! @param[in] z 設定する値です。
    //! @param[in] w 設定する値です。
    //!
    void SetUniformInt(ShaderUniform location, s32 x, s32 y, s32 z, s32 w) const { glUniform4i(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), x, y, z, w); }

    //! @brief 2要素のfloatの配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] pointer 設定する配列です。
    //!
    void SetUniform2(ShaderUniform location, const GLfloat* pointer) const { glUniform2fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 1, pointer); }

    //! @brief 3要素のfloatの配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] pointer 設定する配列です。
    //!
    void SetUniform3(ShaderUniform location, const GLfloat* pointer) const { glUniform3fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 1, pointer); }

    //! @brief 4要素のfloatの配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] pointer 設定する配列です。
    //!
    void SetUniform4(ShaderUniform location, const GLfloat* pointer) const { glUniform4fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 1, pointer); }

    //! @brief VectorやMatrixの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] vec 設定する値です。
    //!
    void SetUniform(ShaderUniform location, const math::VEC2& vec) const { glUniform2fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 1, vec); }

    //! @brief VectorやMatrixの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] vec 設定する値です。
    //!
    void SetUniform(ShaderUniform location, const math::VEC3& vec) const { glUniform3fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 1, vec); }

    //! @brief VectorやMatrixの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] vec 設定する値です。
    //!
    void SetUniform(ShaderUniform location, const math::VEC4& vec) const { glUniform4fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 1, vec); }

    //! @brief VectorやMatrixの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] mtx 設定する値です。
    //!
    void SetUniform(ShaderUniform location, const math::MTX22& mtx) const { glUniform2fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 2, mtx); }

    //! @brief VectorやMatrixの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] mtx 設定する値です。
    //!
    void SetUniform(ShaderUniform location, const math::MTX23& mtx) const { glUniform3fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 2, mtx); }

    //! @brief VectorやMatrixの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] mtx 設定する値です。
    //!
    void SetUniform(ShaderUniform location, const math::MTX34& mtx) const { glUniform4fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 3, mtx); }

    //! @brief VectorやMatrixの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] mtx 設定する値です。
    //!
    void SetUniform(ShaderUniform location, const math::MTX44& mtx) const { glUniform4fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), 4, mtx); }

    //! @brief Vectorの配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] vec 設定する配列です。
    //! @param[in] count 設定する配列の数です。
    //!
    void SetUniforms(ShaderUniform location, const math::VEC2* vec, int count) const { glUniform2fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), count, *vec); }

    //! @brief Vectorの配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] vec 設定する配列です。
    //! @param[in] count 設定する配列の数です。
    //!
    void SetUniforms(ShaderUniform location, const math::VEC3* vec, int count) const { glUniform3fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), count, *vec); }

    //! @brief Vectorの配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] vec 設定する配列です。
    //! @param[in] count 設定する配列の数です。
    //!
    void SetUniforms(ShaderUniform location, const math::VEC4* vec, int count) const { glUniform4fv(m_UniformLocation->GetUniformLocation(location), count, *vec); }

    //! @brief 配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] array 設定する配列です。
    //!
    template<typename TValue>
    void SetUniforms(ShaderUniform location, const ut::MoveArray<TValue>* array) const
    {
        NW_NULL_ASSERT(array);
        if (array->empty()) { return; }

        this->SetUniforms(location, array->Elements(), array->size());
    }

    //! @brief サイズを指定して配列を設定します。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] array 設定する配列です。
    //! @param[in] size 配列の大きさです。
    //!
    template<typename TValue>
    void SetUniforms(ShaderUniform location, const ut::MoveArray<TValue>* array, s32 size) const
    {
        NW_NULL_ASSERT(array);
        NW_ASSERT(size <= array->size());

        this->SetUniforms(location, array->Elements(), size);
    }

    //! @brief ユーザーレジスタにパラメータを設定します。
    //!
    //! locationにはglGetUniformLocationで取得したGLintの値を渡してください。
    //!
    //! @param[in] location シェーダーユニフォームの場所です。
    //! @param[in] parameter 設定するシェーダーパラメータです。
    //!
    void SetUserUniform(GLint location, ResShaderParameterValue parameter) const
    {
        if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_BOOL1)
        {
            glUniform1iv(location, 1, reinterpret_cast<GLint*>(parameter.GetValueS32()));
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT1)
        {
            glUniform1fv(location, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT2)
        {
            glUniform2fv(location, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT3)
        {
            glUniform3fv(location, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT4)
        {
            glUniform4fv(location, 1, parameter.GetValueF32());
        }
    }
#endif // defined(NW_GFX_PROGRAM_OBJECT_ENABLED)

    //! @brief ユーザー頂点レジスタにパラメータを設定します。
    //!
    //! @param[in] index 頂点シェーダーのレジスタ番号です。
    //! @param[in] parameter 設定するシェーダーパラメータです。
    //!
    void SetUserVertexUniform(s32 index, ResShaderParameterValue parameter) const
    {
        if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_BOOL1)
        {
            this->SetVertexUniformBool(index, parameter.GetValueBool());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT1)
        {
            internal::NWSetVertexUniform1fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT2)
        {
            internal::NWSetVertexUniform2fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT3)
        {
            internal::NWSetVertexUniform3fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT4)
        {
            internal::NWSetVertexUniform4fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
    }

    //! @brief ユーザージオメトリレジスタにパラメータを設定します。
    //!
    //! @param[in] index ジオメトリシェーダーのレジスタ番号です。
    //! @param[in] parameter 設定するシェーダーパラメータです。
    //!
    void SetUserGeometryUniform(s32 index, ResShaderParameterValue parameter) const
    {
        if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_BOOL1)
        {
            this->SetGeometryUniformBool(index, parameter.GetValueBool());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT1)
        {
            internal::NWSetGeometryUniform1fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT2)
        {
            internal::NWSetGeometryUniform2fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT3)
        {
            internal::NWSetGeometryUniform3fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
        else if (parameter.GetUniformType() == ResShaderParameterValue::TYPE_FLOAT4)
        {
            internal::NWSetGeometryUniform4fv(index, 1, parameter.GetValueF32());
        }
    }

    //! @brief boolの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] value 設定する値です。
    //!
    void SetVertexUniformBool(int index, bool value) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 16);
        if (value)
        {
            m_VertexIntUniforms[0] |= 0x1 << index;
        }
        else
        {
            m_VertexIntUniforms[0] &= ~(0x1 << index);
        }
    }

    //! @brief boolの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] value 設定する値です。
    //!
    void SetGeometryUniformBool(int index, bool value) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 16);
        if (value)
        {
            m_GeometryIntUniforms[0] |= 0x1 << index;
        }
        else
        {
            m_GeometryIntUniforms[0] &= ~(0x1 << index);
        }
    }

    //! @brief intの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] value 設定する値です。
    //!
    void SetVertexUniformInt(int index, s32 value) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 4);
        m_VertexIntUniforms[2 + index] = value & 0xFF;
    }

    //! @brief intの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] value 設定する値です。
    //!
    void SetGeometryUniformInt(int index, s32 value) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 4);
        m_GeometryIntUniforms[2 + index] = value & 0xFF;
    }

    //! @brief intの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] x     設定する x 値です。
    //! @param[in] y     設定する y 値です。
    //!
    void SetVertexUniformInt(int index, s32 x, s32 y) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 4);
        m_VertexIntUniforms[2 + index] = (x & 0xFF) | ((y & 0xFF) << 8);
    }

    //! @brief intの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] x     設定する x 値です。
    //! @param[in] y     設定する y 値です。
    //!
    void SetGeometryUniformInt(int index, s32 x, s32 y) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 4);
        m_GeometryIntUniforms[2 + index] = (x & 0xFF) | ((y & 0xFF) << 8);
    }

    //! @brief intの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] x     設定する x 値です。
    //! @param[in] y     設定する y 値です。
    //! @param[in] z     設定する z 値です。
    //!
    void SetVertexUniformInt(int index, s32 x, s32 y, s32 z) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 4);
        m_VertexIntUniforms[2 + index] = (x & 0xFF) | ((y & 0xFF) << 8) | ((z & 0xFF) << 16);
    }

    //! @brief intの値を設定します。
    //!
    //! @param[in] index シェーダーユニフォームのインデックス番号です。
    //! @param[in] x     設定する x 値です。
    //! @param[in] y     設定する y 値です。
    //! @param[in] z     設定する z 値です。
    //!
    void SetGeometryUniformInt(int index, s32 x, s32 y, s32 z) const
    {
        NW_ASSERT(0 <= index && index < 4);
        m_GeometryIntUniforms[2 + index] = (x & 0xFF) | ((y & 0xFF) << 8) | ((z & 0xFF) << 16);
    }

    //! @brief     VertexUniform と GeometryUniform の状態をコマンドへ Flush します。
    void FlushUniform() const
    {
        internal::NWUseCmdlist<sizeof(m_VertexIntUniforms)>(&m_VertexIntUniforms[0]);
        if (m_Description.GetGeometryShaderIndex() >= 0)
        {
            internal::NWUseCmdlist<sizeof(m_GeometryIntUniforms)>(&m_GeometryIntUniforms[0]);
        }
    }
    //@}

    //----------------------------------------
    //! @name シェーダーシンボル
    //@{

    //@}

    //---------------------------------------------------------------------------
    //! @brief        コンストラクタです。
    //---------------------------------------------------------------------------
    ShaderProgram(os::IAllocator* allocator);

private:
    //---------------------------------------------------------------------------
    //! @brief        デストラクタです。
    //---------------------------------------------------------------------------
    virtual ~ShaderProgram();

    ResShaderProgramDescription m_Description;
#if defined(NW_GFX_PROGRAM_OBJECT_ENABLED)
    ShaderUniformLocation* m_UniformLocation;
#endif
    GLuint m_ProgramObject;

    GeometryShaderMode m_GeometryShaderMode;

    mutable u32 m_VertexIntUniforms[6];
    mutable u32 m_GeometryIntUniforms[6];
    mutable u32 m_DisableGeometry[2];
};

NW_INLINE int
ShaderProgram::GetVertexAttributeIndex(
    ResVertexAttribute::VertexAttributeUsage usage
) const
{
    ResShaderProgramDescription description = this->GetActiveDescription();
    NW_ASSERT(description.IsValid());

    return description.GetAttributeIndices(usage);
}

} // namespace gfx
} // namespace nw

#endif // NW_GFX_SHADERPROGRAM_H_