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root/radiance/ray/src/common/bsdf.c
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Comparing ray/src/common/bsdf.c (file contents):
Revision 2.1 by greg, Wed Jun 17 20:41:47 2009 UTC vs.
Revision 2.7 by greg, Tue Sep 7 23:10:50 2010 UTC

# Line 23 | Line 23 | typedef struct {
23          }       lat[MAXLATS+1];         /* latitudes */
24   } ANGLE_BASIS;
25  
26 < #define MAXABASES       3               /* limit on defined bases */
26 > #define MAXABASES       7               /* limit on defined bases */
27  
28   static ANGLE_BASIS      abase_list[MAXABASES] = {
29          {
# Line 61 | Line 61 | static ANGLE_BASIS     abase_list[MAXABASES] = {
61  
62   static int      nabases = 3;    /* current number of defined bases */
63  
64 + #define  FEQ(a,b)       ((a)-(b) <= 1e-7 && (b)-(a) <= 1e-7)
65  
66 + // returns the name of the given tag
67 + #ifdef ezxml_name
68 + #undef ezxml_name
69 + static char *
70 + ezxml_name(ezxml_t xml)
71 + {
72 +        if (xml == NULL)
73 +                return(NULL);
74 +        return(xml->name);
75 + }
76 + #endif
77 +
78 + // returns the given tag's character content or empty string if none
79 + #ifdef ezxml_txt
80 + #undef ezxml_txt
81 + static char *
82 + ezxml_txt(ezxml_t xml)
83 + {
84 +        if (xml == NULL)
85 +                return("");
86 +        return(xml->txt);
87 + }
88 + #endif
89 +
90 +
91   static int
92   ab_getvec(              /* get vector for this angle basis index */
93          FVECT v,
# Line 71 | Line 97 | ab_getvec(             /* get vector for this angle basis index *
97   {
98          ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
99          int     li;
100 <        double  alt, azi, d;
100 >        double  pol, azi, d;
101          
102          if ((ndx < 0) | (ndx >= ab->nangles))
103                  return(0);
104          for (li = 0; ndx >= ab->lat[li].nphis; li++)
105                  ndx -= ab->lat[li].nphis;
106 <        alt = PI/180.*0.5*(ab->lat[li].tmin + ab->lat[li+1].tmin);
106 >        pol = PI/180.*0.5*(ab->lat[li].tmin + ab->lat[li+1].tmin);
107          azi = 2.*PI*ndx/ab->lat[li].nphis;
108 <        v[2] = d = cos(alt);
109 <        d = sqrt(1. - d*d);     /* sin(alt) */
108 >        v[2] = d = cos(pol);
109 >        d = sqrt(1. - d*d);     /* sin(pol) */
110          v[0] = cos(azi)*d;
111          v[1] = sin(azi)*d;
112          return(1);
# Line 95 | Line 121 | ab_getndx(             /* get index corresponding to the given ve
121   {
122          ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
123          int     li, ndx;
124 <        double  alt, azi, d;
124 >        double  pol, azi, d;
125  
126          if ((v[2] < -1.0) | (v[2] > 1.0))
127                  return(-1);
128 <        alt = 180.0/PI*acos(v[2]);
128 >        pol = 180.0/PI*acos(v[2]);
129          azi = 180.0/PI*atan2(v[1], v[0]);
130          if (azi < 0.0) azi += 360.0;
131 <        for (li = 1; ab->lat[li].tmin <= alt; li++)
131 >        for (li = 1; ab->lat[li].tmin <= pol; li++)
132                  if (!ab->lat[li].nphis)
133                          return(-1);
134          --li;
# Line 174 | Line 200 | ab_getndxR(            /* get index corresponding to the reverse
200  
201  
202   static void
203 + load_angle_basis(       /* load custom BSDF angle basis */
204 +        ezxml_t wab
205 + )
206 + {
207 +        char    *abname = ezxml_txt(ezxml_child(wab, "AngleBasisName"));
208 +        ezxml_t wbb;
209 +        int     i;
210 +        
211 +        if (!abname || !*abname)
212 +                return;
213 +        for (i = nabases; i--; )
214 +                if (!strcmp(abname, abase_list[i].name))
215 +                        return;         /* assume it's the same */
216 +        if (nabases >= MAXABASES)
217 +                error(INTERNAL, "too many angle bases");
218 +        strcpy(abase_list[nabases].name, abname);
219 +        abase_list[nabases].nangles = 0;
220 +        for (i = 0, wbb = ezxml_child(wab, "AngleBasisBlock");
221 +                        wbb != NULL; i++, wbb = wbb->next) {
222 +                if (i >= MAXLATS)
223 +                        error(INTERNAL, "too many latitudes in custom basis");
224 +                abase_list[nabases].lat[i+1].tmin = atof(ezxml_txt(
225 +                                ezxml_child(ezxml_child(wbb,
226 +                                        "ThetaBounds"), "UpperTheta")));
227 +                if (!i)
228 +                        abase_list[nabases].lat[i].tmin =
229 +                                        -abase_list[nabases].lat[i+1].tmin;
230 +                else if (!FEQ(atof(ezxml_txt(ezxml_child(ezxml_child(wbb,
231 +                                        "ThetaBounds"), "LowerTheta"))),
232 +                                abase_list[nabases].lat[i].tmin))
233 +                        error(WARNING, "theta values disagree in custom basis");
234 +                abase_list[nabases].nangles +=
235 +                        abase_list[nabases].lat[i].nphis =
236 +                                atoi(ezxml_txt(ezxml_child(wbb, "nPhis")));
237 +        }
238 +        abase_list[nabases++].lat[i].nphis = 0;
239 + }
240 +
241 +
242 + static double
243 + to_meters(              /* return factor to convert given unit to meters */
244 +        const char *unit
245 + )
246 + {
247 +        if (unit == NULL) return(1.);           /* safe assumption? */
248 +        if (!strcasecmp(unit, "Meter")) return(1.);
249 +        if (!strcasecmp(unit, "Foot")) return(.3048);
250 +        if (!strcasecmp(unit, "Inch")) return(.0254);
251 +        if (!strcasecmp(unit, "Centimeter")) return(.01);
252 +        sprintf(errmsg, "unknown dimensional unit '%s'", unit);
253 +        error(USER, errmsg);
254 + }
255 +
256 +
257 + static void
258 + load_geometry(          /* load geometric dimensions and description (if any) */
259 +        struct BSDF_data *dp,
260 +        ezxml_t wdb
261 + )
262 + {
263 +        ezxml_t         geom;
264 +        double          cfact;
265 +        const char      *fmt, *mgfstr;
266 +
267 +        dp->dim[0] = dp->dim[1] = dp->dim[2] = 0;
268 +        dp->mgf = NULL;
269 +        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Width")) != NULL)
270 +                dp->dim[0] = atof(ezxml_txt(geom)) *
271 +                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
272 +        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Height")) != NULL)
273 +                dp->dim[1] = atof(ezxml_txt(geom)) *
274 +                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
275 +        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Thickness")) != NULL)
276 +                dp->dim[2] = atof(ezxml_txt(geom)) *
277 +                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
278 +        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Geometry")) == NULL ||
279 +                        (mgfstr = ezxml_txt(geom)) == NULL)
280 +                return;
281 +        if ((fmt = ezxml_attr(geom, "format")) != NULL &&
282 +                        strcasecmp(fmt, "MGF")) {
283 +                sprintf(errmsg, "unrecognized geometry format '%s'", fmt);
284 +                error(WARNING, errmsg);
285 +                return;
286 +        }
287 +        cfact = to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
288 +        dp->mgf = (char *)malloc(strlen(mgfstr)+32);
289 +        if (dp->mgf == NULL)
290 +                error(SYSTEM, "out of memory in load_geometry");
291 +        if (cfact < 0.99 || cfact > 1.01)
292 +                sprintf(dp->mgf, "xf -s %.5f\n%s\nxf\n", cfact, mgfstr);
293 +        else
294 +                strcpy(dp->mgf, mgfstr);
295 + }
296 +
297 +
298 + static void
299   load_bsdf_data(         /* load BSDF distribution for this wavelength */
300          struct BSDF_data *dp,
301          ezxml_t wdb
# Line 184 | Line 306 | load_bsdf_data(                /* load BSDF distribution for this wa
306          char  *sdata;
307          int  i;
308          
309 <        if ((cbasis == NULL) | (rbasis == NULL)) {
309 >        if ((!cbasis || !*cbasis) | (!rbasis || !*rbasis)) {
310                  error(WARNING, "missing column/row basis for BSDF");
311                  return;
312          }
191 –        /* XXX need to add routines for loading in foreign bases */
313          for (i = nabases; i--; )
314                  if (!strcmp(cbasis, abase_list[i].name)) {
315                          dp->ninc = abase_list[i].nangles;
# Line 199 | Line 320 | load_bsdf_data(                /* load BSDF distribution for this wa
320                          break;
321                  }
322          if (i < 0) {
323 <                sprintf(errmsg, "unsupported ColumnAngleBasis '%s'", cbasis);
323 >                sprintf(errmsg, "undefined ColumnAngleBasis '%s'", cbasis);
324                  error(WARNING, errmsg);
325                  return;
326          }
# Line 213 | Line 334 | load_bsdf_data(                /* load BSDF distribution for this wa
334                          break;
335                  }
336          if (i < 0) {
337 <                sprintf(errmsg, "unsupported RowAngleBasis '%s'", cbasis);
337 >                sprintf(errmsg, "undefined RowAngleBasis '%s'", cbasis);
338                  error(WARNING, errmsg);
339                  return;
340          }
341                                  /* read BSDF data */
342          sdata  = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"ScatteringData"));
343 <        if (sdata == NULL) {
343 >        if (!sdata || !*sdata) {
344                  error(WARNING, "missing BSDF ScatteringData");
345                  return;
346          }
# Line 243 | Line 364 | load_bsdf_data(                /* load BSDF distribution for this wa
364                  sdata++;
365          if (*sdata) {
366                  sprintf(errmsg, "%d extra characters after BSDF ScatteringData",
367 <                                strlen(sdata));
367 >                                (int)strlen(sdata));
368                  error(WARNING, errmsg);
369          }
370   }
# Line 254 | Line 375 | check_bsdf_data(       /* check that BSDF data is sane */
375          struct BSDF_data *dp
376   )
377   {
378 <        double *        omega_arr;
379 <        double          dom, hemi_total;
378 >        double          *omega_iarr, *omega_oarr;
379 >        double          dom, contrib, hemi_total, full_total;
380          int             nneg;
381 +        FVECT           v;
382          int             i, o;
383  
384          if (dp == NULL || dp->bsdf == NULL)
385                  return(0);
386 <        omega_arr = (double *)calloc(dp->nout, sizeof(double));
387 <        if (omega_arr == NULL)
386 >        omega_iarr = (double *)calloc(dp->ninc, sizeof(double));
387 >        omega_oarr = (double *)calloc(dp->nout, sizeof(double));
388 >        if ((omega_iarr == NULL) | (omega_oarr == NULL))
389                  error(SYSTEM, "out of memory in check_bsdf_data");
390 +                                        /* incoming projected solid angles */
391          hemi_total = .0;
392 +        for (i = dp->ninc; i--; ) {
393 +                dom = getBSDF_incohm(dp,i);
394 +                if (dom <= .0) {
395 +                        error(WARNING, "zero/negative incoming solid angle");
396 +                        continue;
397 +                }
398 +                if (!getBSDF_incvec(v,dp,i) || v[2] > FTINY) {
399 +                        error(WARNING, "illegal incoming BSDF direction");
400 +                        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
401 +                        return(0);
402 +                }
403 +                hemi_total += omega_iarr[i] = dom * -v[2];
404 +        }
405 +        if ((hemi_total > 1.02*PI) | (hemi_total < 0.98*PI)) {
406 +                sprintf(errmsg, "incoming BSDF hemisphere off by %.1f%%",
407 +                                100.*(hemi_total/PI - 1.));
408 +                error(WARNING, errmsg);
409 +        }
410 +        dom = PI / hemi_total;          /* fix normalization */
411 +        for (i = dp->ninc; i--; )
412 +                omega_iarr[i] *= dom;
413 +                                        /* outgoing projected solid angles */
414 +        hemi_total = .0;
415          for (o = dp->nout; o--; ) {
269 –                FVECT   v;
416                  dom = getBSDF_outohm(dp,o);
417                  if (dom <= .0) {
418 <                        error(WARNING, "zero/negative solid angle");
418 >                        error(WARNING, "zero/negative outgoing solid angle");
419                          continue;
420                  }
421                  if (!getBSDF_outvec(v,dp,o) || v[2] < -FTINY) {
422                          error(WARNING, "illegal outgoing BSDF direction");
423 <                        free(omega_arr);
423 >                        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
424                          return(0);
425                  }
426 <                hemi_total += omega_arr[o] = dom*v[2];
426 >                hemi_total += omega_oarr[o] = dom * v[2];
427          }
428          if ((hemi_total > 1.02*PI) | (hemi_total < 0.98*PI)) {
429                  sprintf(errmsg, "outgoing BSDF hemisphere off by %.1f%%",
430                                  100.*(hemi_total/PI - 1.));
431                  error(WARNING, errmsg);
432          }
433 <        dom = PI / hemi_total;          /* normalize solid angles */
433 >        dom = PI / hemi_total;          /* fix normalization */
434          for (o = dp->nout; o--; )
435 <                omega_arr[o] *= dom;
436 <        nneg = 0;
437 <        for (i = dp->ninc; i--; ) {
435 >                omega_oarr[o] *= dom;
436 >        nneg = 0;                       /* check outgoing totals */
437 >        for (i = 0; i < dp->ninc; i++) {
438                  hemi_total = .0;
439                  for (o = dp->nout; o--; ) {
440                          double  f = BSDF_value(dp,i,o);
441 <                        if (f > .0)
442 <                                hemi_total += f*omega_arr[o];
443 <                        else if (f < -FTINY)
444 <                                ++nneg;
441 >                        if (f >= .0)
442 >                                hemi_total += f*omega_oarr[o];
443 >                        else {
444 >                                nneg += (f < -FTINY);
445 >                                BSDF_value(dp,i,o) = .0f;
446 >                        }
447                  }
448                  if (hemi_total > 1.02) {
449 <                        sprintf(errmsg, "BSDF direction passes %.1f%% of light",
450 <                                        100.*hemi_total);
449 >                        sprintf(errmsg,
450 >                        "incoming BSDF direction %d passes %.1f%% of light",
451 >                                        i, 100.*hemi_total);
452                          error(WARNING, errmsg);
453                  }
454          }
455 <        free(omega_arr);
456 <        if (nneg > 0) {
308 <                sprintf(errmsg, "%d negative BSDF values", nneg);
455 >        if (nneg) {
456 >                sprintf(errmsg, "%d negative BSDF values (ignored)", nneg);
457                  error(WARNING, errmsg);
310 –                return(0);
458          }
459 +        full_total = .0;                /* reverse roles and check again */
460 +        for (o = 0; o < dp->nout; o++) {
461 +                hemi_total = .0;
462 +                for (i = dp->ninc; i--; )
463 +                        hemi_total += BSDF_value(dp,i,o) * omega_iarr[i];
464 +
465 +                if (hemi_total > 1.02) {
466 +                        sprintf(errmsg,
467 +                        "outgoing BSDF direction %d collects %.1f%% of light",
468 +                                        o, 100.*hemi_total);
469 +                        error(WARNING, errmsg);
470 +                }
471 +                full_total += hemi_total*omega_oarr[o];
472 +        }
473 +        full_total /= PI;
474 +        if (full_total > 1.02) {
475 +                sprintf(errmsg, "BSDF transfers %.1f%% of light",
476 +                                100.*full_total);
477 +                error(WARNING, errmsg);
478 +        }
479 +        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
480          return(1);
481   }
482  
483 +
484   struct BSDF_data *
485   load_BSDF(              /* load BSDF data from file */
486          char *fname
# Line 348 | Line 517 | load_BSDF(             /* load BSDF data from file */
517                  return(NULL);
518          }
519          wtl = ezxml_child(ezxml_child(fl, "Optical"), "Layer");
520 +        load_angle_basis(ezxml_child(ezxml_child(wtl,
521 +                                "DataDefinition"), "AngleBasis"));
522          dp = (struct BSDF_data *)calloc(1, sizeof(struct BSDF_data));
523 +        load_geometry(dp, ezxml_child(wtl, "Material"));
524          for (wld = ezxml_child(wtl, "WavelengthData");
525                                  wld != NULL; wld = wld->next) {
526                  if (strcmp(ezxml_txt(ezxml_child(wld,"Wavelength")), "Visible"))
# Line 379 | Line 551 | free_BSDF(             /* free BSDF data structure */
551   {
552          if (b == NULL)
553                  return;
554 +        if (b->mgf != NULL)
555 +                free(b->mgf);
556          if (b->bsdf != NULL)
557                  free(b->bsdf);
558          free(b);
# Line 435 | Line 609 | r_BSDF_outvec(         /* compute random output vector at giv
609   }
610  
611  
438 – #define  FEQ(a,b)       ((a)-(b) <= 1e-7 && (b)-(a) <= 1e-7)
439 –
612   static int
613   addrot(                 /* compute rotation (x,y,z) => (xp,yp,zp) */
614          char *xfarg[],
# Line 487 | Line 659 | int
659   getBSDF_xfm(            /* compute BSDF orient. -> world orient. transform */
660          MAT4 xm,
661          FVECT nrm,
662 <        UpDir ud
662 >        UpDir ud,
663 >        char *xfbuf
664   )
665   {
666          char    *xfargs[7];
667          XF      myxf;
668          FVECT   updir, xdest, ydest;
669 +        int     i;
670  
671          updir[0] = updir[1] = updir[2] = 0.;
672          switch (ud) {
# Line 523 | Line 697 | getBSDF_xfm(           /* compute BSDF orient. -> world orient.
697          fcross(ydest, nrm, xdest);
698          xf(&myxf, addrot(xfargs, xdest, ydest, nrm), xfargs);
699          copymat4(xm, myxf.xfm);
700 +        if (xfbuf == NULL)
701 +                return(1);
702 +                                /* return xf arguments as well */
703 +        for (i = 0; xfargs[i] != NULL; i++) {
704 +                *xfbuf++ = ' ';
705 +                strcpy(xfbuf, xfargs[i]);
706 +                while (*xfbuf) ++xfbuf;
707 +        }
708          return(1);
709   }

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