# Trees in environment

W trakcie tych zajęć wykorzystamy *voxel space* do zasymulowania wpływu zacienienia na rozwój drzew.

## Klasa Environment

Klasa environment znajduje się w `Assets\Scripts\env` i implementuje *voxel space* z informacją o zacienieniu. Zawiera ona następujące metody 

### addShadow

Funkcja addShadow implementuje algorytm shadow propagation. Przyjmuje ona wektor pozycji w przestrzeni świata i siłę zacienienia. Najpierw zwiększa wartość cienia w zadanej pozycji. Następnie przechodzi w pętlach w dół, zmniejszając z każdym poziomem siłę cienia, ale zwiększając szerokość oddziaływania.

```C#
for(int j = (int)voxelPosition.y; j >= 0; j--)
{
      for(int i = (int)voxelPosition.x-rotj; i <= (int)voxelPosition.x+rotj; i++)
      {
        for(int k = (int)voxelPosition.z-rotj; k <= (int)voxelPosition.z+rotj; k++)
        { 
            float secondaryStrength = 1.0f*strength;
            secondaryStrength = secondaryStrength / ((Mathf.Abs(k-(int)voxelPosition.z) + 1 + Mathf.Abs(i-(int)voxelPosition.x))/8.0f);
            (...)
        }
      }
}
```

### shadowStrength

Zwraca siłę cienia w zadanej pozycji świata.

### inVoxelSpace

Sprawdza, czy dane współrzędne voxela mieszczą się w *voxel space*.

```C#
bool inVoxelSpace(int a, int b, int c)
  {
    return (a<sizeX&&a>=0&&b<sizeY&&b>=0&&c<sizeZ&&c>=0);
  }
```

### positionInVoxel i positionInWorld

Konwertuje `positionInVoxel` z pozycji w przestrzeni świata do pozycji w przestrzeni *voxel space* `positionInWorld` odwrotnie.

```C#
 public Vector3 positionInVoxel(Vector3 positionInWorld)

  {
    Vector3 voxelPosition = new Vector3(0.0f,0.0f,0.0f);
    positionInWorld -= gameObject.GetComponent<Transform>().position;
    voxelPosition.x = (int)(0.5f + (positionInWorld.x / voxelSize));
    voxelPosition.y = (int)(0.5f + (positionInWorld.y / voxelSize));
    voxelPosition.z = (int)(0.5f + (positionInWorld.z / voxelSize));
    return voxelPosition;
  }
  public Vector3 positionInWorld(Vector3 positionInVoxel)
  {
    return positionInVoxel*voxelSize+gameObject.GetComponent<Transform>().position;
  }
```



## Zadanie 1

<img src="images/treesinenvironment/shadowBox.gif" alt="shadowBox" style="zoom:50%;" />

1. Otwórz Unity Project, wersję na te ćwiczenia. Następnie otwórz scenę "Pipe Model"
2. Do obiektu shadowBox jest przypięty skrypt `Cast Shadow`. Otwórz ten skrypt.
3. Zmodyfikuj skrypt, tak aby ten obiekt rzucał cień w dół:
   Skrypt zawiera atrybut `Environment environment`, który obsługuje zacienienie w tej scenie. Wykorzystaj jego metodę `addShadow(Vector3 position, sbyte strength)` by dodać cień w miejscu, w którym znajduje się obiekt. Wykorzystaj metodę `removeShadow(Vector3 position, sbyte strength)`, by usunąć cień, który powinien zniknąć, po przesunięciu obiektu. 

## Zadanie 2

<img src="images/treesinenvironment/inShadow.gif" alt="inShadow" style="zoom:50%;" />

1. Do obiektu `inShadow` podpięty jest skrypt `receiveShadow` 
2. Tak go zmodyfikuj, żeby jak na ten obiekt spadnie cień, to zmień materiał na **inShadow**, a jak nie będzie w cieniu, to na **noShadow**. Wykorzystaj metodę `shadowStrength(Vector3 pos)` obiektu `environment`, żeby odczytać stan zacieniowania.

## Zadanie 3

<img src="images/treesinenvironment/treeshadow.png" alt="treeshadow" style="zoom:33%;" /><img src="images/treesinenvironment/treeshadowgreen.png" alt="treeshadowgreen" style="zoom:33%;" /><img src="images/treesinenvironment/treeshadow.png" alt="treeshadow" style="zoom:33%;" />

1. Wybierz obiekt tree (001)

2. Jeśli nie jest ustawione, to ustaw odpowiednią ścieżkę (L-System Path) do *ShadowModel.txt*

3. Uruchom grę i przejdź kilka kroków (Load File na start i Evaluate - krok)

4. Gałęzie w cieniu nadal się rozwijają. Wylicz zacienienie do L-Systemu

   1. W skrypcie **TurtleLSystemEnvironment** uzupełnij metodę **lightDirection** (20 linijka), od 38 linijki

   2. Zacienienie mierzymy w prostopadłościanie wokół obecnego elementu 
      (2\***lookForLightLength** x **lookForLightLength** x 2\***lookForLightLength**)

      <img src="images/treesinenvironment/treebox.png" alt="treebox" style="zoom:50%;" />

    3. Zmienna `objectTransformation` zawiera transformację obecnego elementu. Po jej przekształceniu, pozycję można uzyskać funkcją *transformacja*.**ExtractPosition()**


5. Wyślij wartość zacienienia do L-Systemu

```python
#ignore + - \ / ^ &
#axiom
S(0,0)
#rules
S(a,c) : c>=50 -> S(a+1,0)
S(a,c) : c<50 -> G\(90)[-S(0,0)]S(0,0)
```

W L-Systemie wartość zacienienia jest opisywana przez drugi parametr, czyli `c` w powyższym kodzie. By zmodyfikować parametr musisz odwołać sie do zmiennej `node`, dokładniej do `node.literal.values`, które jest tablicą zawierającą parametry odczytywanego symbolu.

## Zadanie 4

<img src="images/treesinenvironment/manytrees.png" alt="manytrees" style="zoom:50%;" />

1. Dodaj do objektu Environment więcej drzew (Trees) i zobacz jak drzewa wpływają na siebie nawzajem.
2. Napisz skrypt, który utworzy 9 drzew (po trzy w trzech rzędach) rozmieszczonych w równych odstępach, przetestuj różne odległości.
3. Zobacz jak się w takim układzie rozwijają.



## Zadanie 5 - domowe

Zintegruj L-System pipe model z wcześniejszych ćwiczeń z obsługą cienia.

Napisz L-System, który modeluje wybrany przez ciebie kształt drzewa. Kształt ma być twój indywidualny, ale możesz się wspomóc:

http://www.algorithmicbotany.org/papers/abop/abop.pdf