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root/radiance/ray/src/common/bsdf.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/common/bsdf.c (file contents):
Revision 2.40 by greg, Mon Mar 5 15:27:08 2012 UTC vs.
Revision 2.48 by greg, Mon Mar 24 04:00:45 2014 UTC

# Line 35 | Line 35 | const char             *SDerrorEnglish[] = {
35                                  "Unknown error"
36                          };
37  
38 + /* Pointer to error list in preferred language */
39 + const char              **SDerrorList = SDerrorEnglish;
40 +
41   /* Additional information on last error (ASCII English) */
42   char                    SDerrorDetail[256];
43  
44 + /* Empty distribution for getCDist() calls that fail for some reason */
45 + const SDCDst            SDemptyCD;
46 +
47   /* Cache of loaded BSDFs */
48   struct SDCache_s        *SDcacheList = NULL;
49  
50   /* Retain BSDFs in cache list */
51   int                     SDretainSet = SDretainNone;
52  
53 < /* Report any error to the indicated stream (in English) */
53 > /* Report any error to the indicated stream */
54   SDError
55 < SDreportEnglish(SDError ec, FILE *fp)
55 > SDreportError(SDError ec, FILE *fp)
56   {
57          if (!ec)
58                  return SDEnone;
# Line 56 | Line 62 | SDreportEnglish(SDError ec, FILE *fp)
62          }
63          if (fp == NULL)
64                  return ec;
65 <        fputs(SDerrorEnglish[ec], fp);
65 >        fputs(SDerrorList[ec], fp);
66          if (SDerrorDetail[0]) {
67                  fputs(": ", fp);
68                  fputs(SDerrorDetail, fp);
# Line 84 | Line 90 | to_meters(             /* return factor to convert given unit to
90  
91   /* Load geometric dimensions and description (if any) */
92   static SDError
93 < SDloadGeometry(SDData *sd, ezxml_t wdb)
93 > SDloadGeometry(SDData *sd, ezxml_t wtl)
94   {
95 <        ezxml_t         geom;
95 >        ezxml_t         node, matl, geom;
96          double          cfact;
97 <        const char      *fmt, *mgfstr;
97 >        const char      *fmt = NULL, *mgfstr;
98  
93        if (wdb == NULL)                /* no geometry section? */
94                return SDEnone;
95        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Name")) != NULL) {
96                strncpy(sd->matn, ezxml_txt(geom), SDnameLn);
97                if (sd->matn[SDnameLn-1])
98                        strcpy(sd->matn+(SDnameLn-4), "...");
99        }
100        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Manufacturer")) != NULL) {
101                strncpy(sd->makr, ezxml_txt(geom), SDnameLn);
102                if (sd->makr[SDnameLn-1])
103                        strcpy(sd->makr+(SDnameLn-4), "...");
104        }
105        sd->dim[0] = sd->dim[1] = sd->dim[2] = .0;
99          SDerrorDetail[0] = '\0';
100 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Width")) != NULL)
101 <                sd->dim[0] = atof(ezxml_txt(geom)) *
102 <                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
103 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Height")) != NULL)
104 <                sd->dim[1] = atof(ezxml_txt(geom)) *
105 <                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
106 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Thickness")) != NULL)
107 <                sd->dim[2] = atof(ezxml_txt(geom)) *
108 <                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
109 <        if ((sd->dim[0] < 0) | (sd->dim[1] < 0) | (sd->dim[2] < 0)) {
110 <                if (!SDerrorDetail[0])
111 <                        sprintf(SDerrorDetail, "Negative dimension in \"%s\"",
112 <                                                sd->name);
113 <                return SDEdata;
100 >        sd->matn[0] = '\0'; sd->makr[0] = '\0';
101 >        sd->dim[0] = sd->dim[1] = sd->dim[2] = 0;
102 >        matl = ezxml_child(wtl, "Material");
103 >        if (matl != NULL) {                     /* get material info. */
104 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Name")) != NULL) {
105 >                        strncpy(sd->matn, ezxml_txt(node), SDnameLn);
106 >                        if (sd->matn[SDnameLn-1])
107 >                                strcpy(sd->matn+(SDnameLn-4), "...");
108 >                }
109 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Manufacturer")) != NULL) {
110 >                        strncpy(sd->makr, ezxml_txt(node), SDnameLn);
111 >                        if (sd->makr[SDnameLn-1])
112 >                                strcpy(sd->makr+(SDnameLn-4), "...");
113 >                }
114 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Width")) != NULL)
115 >                        sd->dim[0] = atof(ezxml_txt(node)) *
116 >                                        to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
117 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Height")) != NULL)
118 >                        sd->dim[1] = atof(ezxml_txt(node)) *
119 >                                        to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
120 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Thickness")) != NULL)
121 >                        sd->dim[2] = atof(ezxml_txt(node)) *
122 >                                        to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
123 >                if ((sd->dim[0] < 0) | (sd->dim[1] < 0) | (sd->dim[2] < 0)) {
124 >                        if (!SDerrorDetail[0])
125 >                                sprintf(SDerrorDetail, "Negative dimension in \"%s\"",
126 >                                                        sd->name);
127 >                        return SDEdata;
128 >                }
129          }
130 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Geometry")) == NULL ||
131 <                        (mgfstr = ezxml_txt(geom)) == NULL)
130 >        sd->mgf = NULL;
131 >        geom = ezxml_child(wtl, "Geometry");
132 >        if (geom == NULL)                       /* no actual geometry? */
133                  return SDEnone;
134 <        while (isspace(*mgfstr))
135 <                ++mgfstr;
127 <        if (!*mgfstr)
128 <                return SDEnone;
129 <        if ((fmt = ezxml_attr(geom, "format")) != NULL &&
130 <                        strcasecmp(fmt, "MGF")) {
134 >        fmt = ezxml_attr(geom, "format");
135 >        if (fmt != NULL && strcasecmp(fmt, "MGF")) {
136                  sprintf(SDerrorDetail,
137                          "Unrecognized geometry format '%s' in \"%s\"",
138                                          fmt, sd->name);
139                  return SDEsupport;
140          }
141 <        cfact = to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
141 >        if ((node = ezxml_child(geom, "MGFblock")) == NULL ||
142 >                        (mgfstr = ezxml_txt(node)) == NULL)
143 >                return SDEnone;
144 >        while (isspace(*mgfstr))
145 >                ++mgfstr;
146 >        if (!*mgfstr)
147 >                return SDEnone;
148 >        cfact = to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
149          if (cfact <= 0)
150                  return SDEformat;
151          sd->mgf = (char *)malloc(strlen(mgfstr)+32);
# Line 177 | Line 189 | SDloadFile(SDData *sd, const char *fname)
189                  ezxml_free(fl);
190                  return SDEformat;
191          }
192 +        wtl = ezxml_child(fl, "FileType");
193 +        if (wtl != NULL && strcmp(ezxml_txt(wtl), "BSDF")) {
194 +                sprintf(SDerrorDetail,
195 +                        "XML \"%s\": wrong FileType (must be 'BSDF')",
196 +                                sd->name);
197 +                ezxml_free(fl);
198 +                return SDEformat;
199 +        }
200          wtl = ezxml_child(ezxml_child(fl, "Optical"), "Layer");
201          if (wtl == NULL) {
202                  sprintf(SDerrorDetail, "BSDF \"%s\": no optical layers'",
# Line 185 | Line 205 | SDloadFile(SDData *sd, const char *fname)
205                  return SDEformat;
206          }
207                                  /* load geometry if present */
208 <        lastErr = SDloadGeometry(sd, ezxml_child(wtl, "Material"));
208 >        lastErr = SDloadGeometry(sd, wtl);
209          if (lastErr) {
210                  ezxml_free(fl);
211                  return lastErr;
# Line 213 | Line 233 | SDloadFile(SDData *sd, const char *fname)
233          if (sd->tf != NULL && sd->tf->maxHemi <= .001) {
234                  SDfreeSpectralDF(sd->tf); sd->tf = NULL;
235          }
236 +        if (sd->tb != NULL && sd->tb->maxHemi <= .001) {
237 +                SDfreeSpectralDF(sd->tb); sd->tb = NULL;
238 +        }
239                                  /* return success */
240          return SDEnone;
241   }
# Line 347 | Line 370 | SDfreeBSDF(SDData *sd)
370                  SDfreeSpectralDF(sd->tf);
371                  sd->tf = NULL;
372          }
373 +        if (sd->tb != NULL) {
374 +                SDfreeSpectralDF(sd->tb);
375 +                sd->tb = NULL;
376 +        }
377          sd->rLambFront.cieY = .0;
378          sd->rLambFront.spec.flags = 0;
379          sd->rLambBack.cieY = .0;
# Line 396 | Line 423 | SDcacheFile(const char *fname)
423                  return NULL;
424          SDerrorDetail[0] = '\0';
425          if ((sd = SDgetCache(fname)) == NULL) {
426 <                SDreportEnglish(SDEmemory, stderr);
426 >                SDreportError(SDEmemory, stderr);
427                  return NULL;
428          }
429          if (!SDisLoaded(sd) && (ec = SDloadFile(sd, fname))) {
430 <                SDreportEnglish(ec, stderr);
430 >                SDreportError(ec, stderr);
431                  SDfreeCache(sd);
432                  return NULL;
433          }
# Line 434 | Line 461 | SDfreeCache(const SDData *sd)
461                  SDfreeCumulativeCache(sd->rf);
462                  SDfreeCumulativeCache(sd->rb);
463                  SDfreeCumulativeCache(sd->tf);
464 +                SDfreeCumulativeCache(sd->tb);
465                  return;
466          }
467                                          /* remove from list and free */
# Line 460 | Line 488 | SDsampComponent(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX
488                  return SDEargument;
489                                          /* get cumulative distribution */
490          VCOPY(inVec, ioVec);
491 +        sv->cieY = 0;
492          cd = (*sdc->func->getCDist)(inVec, sdc);
493 <        if (cd == NULL)
494 <                return SDEmemory;
495 <        if (cd->cTotal <= 1e-6) {       /* anything to sample? */
493 >        if (cd != NULL)
494 >                sv->cieY = cd->cTotal;
495 >        if (sv->cieY <= 1e-6) {         /* nothing to sample? */
496                  sv->spec = c_dfcolor;
468                sv->cieY = .0;
497                  memset(ioVec, 0, 3*sizeof(double));
498                  return SDEnone;
499          }
472        sv->cieY = cd->cTotal;
500                                          /* compute sample direction */
501          ec = (*sdc->func->sampCDist)(ioVec, randX, cd);
502          if (ec)
# Line 500 | Line 527 | SDmultiSamp(double t[], int n, double randX)
527          unsigned        nBits;
528          double          scale;
529          bitmask_t       ndx, coord[MS_MAXDIM];
530 <        
530 >
531 >        if (n <= 0)                     /* check corner cases */
532 >                return;
533 >        if (randX < 0) randX = 0;
534 >        else if (randX >= 1.) randX = 0.999999999999999;
535 >        if (n == 1) {
536 >                t[0] = randX;
537 >                return;
538 >        }
539          while (n > MS_MAXDIM)           /* punt for higher dimensions */
540                  t[--n] = rand()*(1./(RAND_MAX+.5));
541          nBits = (8*sizeof(bitmask_t) - 1) / n;
# Line 523 | Line 558 | SDdiffuseSamp(FVECT outVec, int outFront, double randX
558          SDmultiSamp(outVec, 2, randX);
559          SDsquare2disk(outVec, outVec[0], outVec[1]);
560          outVec[2] = 1. - outVec[0]*outVec[0] - outVec[1]*outVec[1];
561 <        if (outVec[2] > 0)              /* a bit of paranoia */
527 <                outVec[2] = sqrt(outVec[2]);
561 >        outVec[2] = sqrt(outVec[2]*(outVec[2]>0));
562          if (!outFront)                  /* going out back? */
563                  outVec[2] = -outVec[2];
564   }
# Line 554 | Line 588 | SDsizeBSDF(double *projSA, const FVECT v1, const RREAL
588          case 0:
589                  return SDEargument;
590          }
591 <        if (v1[2] > 0)                  /* front surface query? */
591 >        if (v1[2] > 0) {                /* front surface query? */
592                  rdf = sd->rf;
593 <        else
593 >                tdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
594 >        } else {
595                  rdf = sd->rb;
596 <        tdf = sd->tf;
596 >                tdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
597 >        }
598          if (v2 != NULL)                 /* bidirectional? */
599                  if (v1[2] > 0 ^ v2[2] > 0)
600                          rdf = NULL;
# Line 581 | Line 617 | SDsizeBSDF(double *projSA, const FVECT v1, const RREAL
617                  projSA[0] = M_PI;
618                  if (qflags == SDqueryMin+SDqueryMax)
619                          projSA[1] = M_PI;
620 <        }
620 >        } else if (qflags == SDqueryMin+SDqueryMax && projSA[0] > projSA[1])
621 >                projSA[0] = projSA[1];
622          return SDEnone;
623   }
624  
# Line 606 | Line 643 | SDevalBSDF(SDValue *sv, const FVECT outVec, const FVEC
643          } else if (!(inFront | outFront)) {
644                  *sv = sd->rLambBack;
645                  sdf = sd->rb;
646 <        } else /* inFront ^ outFront */ {
646 >        } else if (inFront) {
647                  *sv = sd->tLamb;
648 <                sdf = sd->tf;
648 >                sdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
649 >        } else /* inBack */ {
650 >                *sv = sd->tLamb;
651 >                sdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
652          }
653          sv->cieY *= 1./M_PI;
654                                          /* add non-diffuse components */
# Line 632 | Line 672 | double
672   SDdirectHemi(const FVECT inVec, int sflags, const SDData *sd)
673   {
674          double          hsum;
675 <        SDSpectralDF    *rdf;
675 >        SDSpectralDF    *rdf, *tdf;
676          const SDCDst    *cd;
677          int             i;
678                                          /* check arguments */
# Line 642 | Line 682 | SDdirectHemi(const FVECT inVec, int sflags, const SDDa
682          if (inVec[2] > 0) {
683                  hsum = sd->rLambFront.cieY;
684                  rdf = sd->rf;
685 +                tdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
686          } else /* !inFront */ {
687                  hsum = sd->rLambBack.cieY;
688                  rdf = sd->rb;
689 +                tdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
690          }
691          if ((sflags & SDsampDf+SDsampR) != SDsampDf+SDsampR)
692                  hsum = .0;
693          if ((sflags & SDsampDf+SDsampT) == SDsampDf+SDsampT)
694                  hsum += sd->tLamb.cieY;
695                                          /* gather non-diffuse components */
696 <        i = ((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR &&
697 <                        rdf != NULL) ? rdf->ncomp : 0;
696 >        i = (((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR) &
697 >                        (rdf != NULL)) ? rdf->ncomp : 0;
698          while (i-- > 0) {               /* non-diffuse reflection */
699                  cd = (*rdf->comp[i].func->getCDist)(inVec, &rdf->comp[i]);
700                  if (cd != NULL)
701                          hsum += cd->cTotal;
702          }
703 <        i = ((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT &&
704 <                        sd->tf != NULL) ? sd->tf->ncomp : 0;
703 >        i = (((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT) &
704 >                        (tdf != NULL)) ? tdf->ncomp : 0;
705          while (i-- > 0) {               /* non-diffuse transmission */
706 <                cd = (*sd->tf->comp[i].func->getCDist)(inVec, &sd->tf->comp[i]);
706 >                cd = (*tdf->comp[i].func->getCDist)(inVec, &tdf->comp[i]);
707                  if (cd != NULL)
708                          hsum += cd->cTotal;
709          }
# Line 675 | Line 717 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
717          SDError         ec;
718          FVECT           inVec;
719          int             inFront;
720 <        SDSpectralDF    *rdf;
720 >        SDSpectralDF    *rdf, *tdf;
721          double          rdiff;
722          float           coef[SDmaxCh];
723          int             i, j, n, nr;
# Line 692 | Line 734 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
734          if (inFront) {
735                  *sv = sd->rLambFront;
736                  rdf = sd->rf;
737 +                tdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
738          } else /* !inFront */ {
739                  *sv = sd->rLambBack;
740                  rdf = sd->rb;
741 +                tdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
742          }
743          if ((sflags & SDsampDf+SDsampR) != SDsampDf+SDsampR)
744                  sv->cieY = .0;
# Line 702 | Line 746 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
746          if ((sflags & SDsampDf+SDsampT) == SDsampDf+SDsampT)
747                  sv->cieY += sd->tLamb.cieY;
748                                          /* gather non-diffuse components */
749 <        i = nr = ((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR &&
750 <                        rdf != NULL) ? rdf->ncomp : 0;
751 <        j = ((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT &&
752 <                        sd->tf != NULL) ? sd->tf->ncomp : 0;
749 >        i = nr = (((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR) &
750 >                        (rdf != NULL)) ? rdf->ncomp : 0;
751 >        j = (((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT) &
752 >                        (tdf != NULL)) ? tdf->ncomp : 0;
753          n = i + j;
754          if (n > 0 && (cdarr = (const SDCDst **)malloc(n*sizeof(SDCDst *))) == NULL)
755                  return SDEmemory;
756          while (j-- > 0) {               /* non-diffuse transmission */
757 <                cdarr[i+j] = (*sd->tf->comp[j].func->getCDist)(inVec, &sd->tf->comp[j]);
758 <                if (cdarr[i+j] == NULL) {
759 <                        free(cdarr);
716 <                        return SDEmemory;
717 <                }
757 >                cdarr[i+j] = (*tdf->comp[j].func->getCDist)(inVec, &tdf->comp[j]);
758 >                if (cdarr[i+j] == NULL)
759 >                        cdarr[i+j] = &SDemptyCD;
760                  sv->cieY += cdarr[i+j]->cTotal;
761          }
762          while (i-- > 0) {               /* non-diffuse reflection */
763                  cdarr[i] = (*rdf->comp[i].func->getCDist)(inVec, &rdf->comp[i]);
764 <                if (cdarr[i] == NULL) {
765 <                        free(cdarr);
766 <                        return SDEmemory;
767 <                }
726 <                sv->cieY += cdarr[i]->cTotal;
764 >                if (cdarr[i] == NULL)
765 >                        cdarr[i] = &SDemptyCD;
766 >                else
767 >                        sv->cieY += cdarr[i]->cTotal;
768          }
769          if (sv->cieY <= 1e-6) {         /* anything to sample? */
770                  sv->cieY = .0;
# Line 748 | Line 789 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
789                  randX -= sd->tLamb.cieY;
790          }
791                                          /* else one of cumulative dist. */
792 <        for (i = 0; i < n && randX < cdarr[i]->cTotal; i++)
792 >        for (i = 0; i < n && randX > cdarr[i]->cTotal; i++)
793                  randX -= cdarr[i]->cTotal;
794          if (i >= n)
795                  return SDEinternal;
796                                          /* compute sample direction */
797 <        sdc = (i < nr) ? &rdf->comp[i] : &sd->tf->comp[i-nr];
797 >        sdc = (i < nr) ? &rdf->comp[i] : &tdf->comp[i-nr];
798          ec = (*sdc->func->sampCDist)(ioVec, randX/cdarr[i]->cTotal, cdarr[i]);
799          if (ec)
800                  return ec;
# Line 845 | Line 886 | SDmapDir(FVECT resVec, RREAL vMtx[3][3], const FVECT i
886          VCOPY(resVec, vTmp);
887          return SDEnone;
888   }
848
849 /*################################################################*/
850 /*######### DEPRECATED ROUTINES AWAITING PERMANENT REMOVAL #######*/
851
852 /*
853 * Routines for handling BSDF data
854 */
855
856 #include "standard.h"
857 #include "paths.h"
858
859 #define MAXLATS         46              /* maximum number of latitudes */
860
861 /* BSDF angle specification */
862 typedef struct {
863        char    name[64];               /* basis name */
864        int     nangles;                /* total number of directions */
865        struct {
866                float   tmin;                   /* starting theta */
867                short   nphis;                  /* number of phis (0 term) */
868        }       lat[MAXLATS+1];         /* latitudes */
869 } ANGLE_BASIS;
870
871 #define MAXABASES       7               /* limit on defined bases */
872
873 static ANGLE_BASIS      abase_list[MAXABASES] = {
874        {
875                "LBNL/Klems Full", 145,
876                { {-5., 1},
877                {5., 8},
878                {15., 16},
879                {25., 20},
880                {35., 24},
881                {45., 24},
882                {55., 24},
883                {65., 16},
884                {75., 12},
885                {90., 0} }
886        }, {
887                "LBNL/Klems Half", 73,
888                { {-6.5, 1},
889                {6.5, 8},
890                {19.5, 12},
891                {32.5, 16},
892                {46.5, 20},
893                {61.5, 12},
894                {76.5, 4},
895                {90., 0} }
896        }, {
897                "LBNL/Klems Quarter", 41,
898                { {-9., 1},
899                {9., 8},
900                {27., 12},
901                {46., 12},
902                {66., 8},
903                {90., 0} }
904        }
905 };
906
907 static int      nabases = 3;    /* current number of defined bases */
908
909 #define  FEQ(a,b)       ((a)-(b) <= 1e-6 && (b)-(a) <= 1e-6)
910
911 static int
912 fequal(double a, double b)
913 {
914        if (b != 0)
915                a = a/b - 1.;
916        return((a <= 1e-6) & (a >= -1e-6));
917 }
918
919 /* Returns the name of the given tag */
920 #ifdef ezxml_name
921 #undef ezxml_name
922 static char *
923 ezxml_name(ezxml_t xml)
924 {
925        if (xml == NULL)
926                return(NULL);
927        return(xml->name);
928 }
929 #endif
930
931 /* Returns the given tag's character content or empty string if none */
932 #ifdef ezxml_txt
933 #undef ezxml_txt
934 static char *
935 ezxml_txt(ezxml_t xml)
936 {
937        if (xml == NULL)
938                return("");
939        return(xml->txt);
940 }
941 #endif
942
943
944 static int
945 ab_getvec(              /* get vector for this angle basis index */
946        FVECT v,
947        int ndx,
948        void *p
949 )
950 {
951        ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
952        int     li;
953        double  pol, azi, d;
954        
955        if ((ndx < 0) | (ndx >= ab->nangles))
956                return(0);
957        for (li = 0; ndx >= ab->lat[li].nphis; li++)
958                ndx -= ab->lat[li].nphis;
959        pol = PI/180.*0.5*(ab->lat[li].tmin + ab->lat[li+1].tmin);
960        azi = 2.*PI*ndx/ab->lat[li].nphis;
961        v[2] = d = cos(pol);
962        d = sqrt(1. - d*d);     /* sin(pol) */
963        v[0] = cos(azi)*d;
964        v[1] = sin(azi)*d;
965        return(1);
966 }
967
968
969 static int
970 ab_getndx(              /* get index corresponding to the given vector */
971        FVECT v,
972        void *p
973 )
974 {
975        ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
976        int     li, ndx;
977        double  pol, azi;
978
979        if ((v[2] < -1.0) | (v[2] > 1.0))
980                return(-1);
981        pol = 180.0/PI*acos(v[2]);
982        azi = 180.0/PI*atan2(v[1], v[0]);
983        if (azi < 0.0) azi += 360.0;
984        for (li = 1; ab->lat[li].tmin <= pol; li++)
985                if (!ab->lat[li].nphis)
986                        return(-1);
987        --li;
988        ndx = (int)((1./360.)*azi*ab->lat[li].nphis + 0.5);
989        if (ndx >= ab->lat[li].nphis) ndx = 0;
990        while (li--)
991                ndx += ab->lat[li].nphis;
992        return(ndx);
993 }
994
995
996 static double
997 ab_getohm(              /* get solid angle for this angle basis index */
998        int ndx,
999        void *p
1000 )
1001 {
1002        ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
1003        int     li;
1004        double  theta, theta1;
1005        
1006        if ((ndx < 0) | (ndx >= ab->nangles))
1007                return(0);
1008        for (li = 0; ndx >= ab->lat[li].nphis; li++)
1009                ndx -= ab->lat[li].nphis;
1010        theta1 = PI/180. * ab->lat[li+1].tmin;
1011        if (ab->lat[li].nphis == 1) {           /* special case */
1012                if (ab->lat[li].tmin > FTINY)
1013                        error(USER, "unsupported BSDF coordinate system");
1014                return(2.*PI*(1. - cos(theta1)));
1015        }
1016        theta = PI/180. * ab->lat[li].tmin;
1017        return(2.*PI*(cos(theta) - cos(theta1))/(double)ab->lat[li].nphis);
1018 }
1019
1020
1021 static int
1022 ab_getvecR(             /* get reverse vector for this angle basis index */
1023        FVECT v,
1024        int ndx,
1025        void *p
1026 )
1027 {
1028        if (!ab_getvec(v, ndx, p))
1029                return(0);
1030
1031        v[0] = -v[0];
1032        v[1] = -v[1];
1033        v[2] = -v[2];
1034
1035        return(1);
1036 }
1037
1038
1039 static int
1040 ab_getndxR(             /* get index corresponding to the reverse vector */
1041        FVECT v,
1042        void *p
1043 )
1044 {
1045        FVECT  v2;
1046        
1047        v2[0] = -v[0];
1048        v2[1] = -v[1];
1049        v2[2] = -v[2];
1050
1051        return ab_getndx(v2, p);
1052 }
1053
1054
1055 static void
1056 load_angle_basis(       /* load custom BSDF angle basis */
1057        ezxml_t wab
1058 )
1059 {
1060        char    *abname = ezxml_txt(ezxml_child(wab, "AngleBasisName"));
1061        ezxml_t wbb;
1062        int     i;
1063        
1064        if (!abname || !*abname)
1065                return;
1066        for (i = nabases; i--; )
1067                if (!strcasecmp(abname, abase_list[i].name))
1068                        return;         /* assume it's the same */
1069        if (nabases >= MAXABASES)
1070                error(INTERNAL, "too many angle bases");
1071        strcpy(abase_list[nabases].name, abname);
1072        abase_list[nabases].nangles = 0;
1073        for (i = 0, wbb = ezxml_child(wab, "AngleBasisBlock");
1074                        wbb != NULL; i++, wbb = wbb->next) {
1075                if (i >= MAXLATS)
1076                        error(INTERNAL, "too many latitudes in custom basis");
1077                abase_list[nabases].lat[i+1].tmin = atof(ezxml_txt(
1078                                ezxml_child(ezxml_child(wbb,
1079                                        "ThetaBounds"), "UpperTheta")));
1080                if (!i)
1081                        abase_list[nabases].lat[i].tmin =
1082                                        -abase_list[nabases].lat[i+1].tmin;
1083                else if (!fequal(atof(ezxml_txt(ezxml_child(ezxml_child(wbb,
1084                                        "ThetaBounds"), "LowerTheta"))),
1085                                abase_list[nabases].lat[i].tmin))
1086                        error(WARNING, "theta values disagree in custom basis");
1087                abase_list[nabases].nangles +=
1088                        abase_list[nabases].lat[i].nphis =
1089                                atoi(ezxml_txt(ezxml_child(wbb, "nPhis")));
1090        }
1091        abase_list[nabases++].lat[i].nphis = 0;
1092 }
1093
1094
1095 static void
1096 load_geometry(          /* load geometric dimensions and description (if any) */
1097        struct BSDF_data *dp,
1098        ezxml_t wdb
1099 )
1100 {
1101        ezxml_t         geom;
1102        double          cfact;
1103        const char      *fmt, *mgfstr;
1104
1105        dp->dim[0] = dp->dim[1] = dp->dim[2] = 0;
1106        dp->mgf = NULL;
1107        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Width")) != NULL)
1108                dp->dim[0] = atof(ezxml_txt(geom)) *
1109                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1110        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Height")) != NULL)
1111                dp->dim[1] = atof(ezxml_txt(geom)) *
1112                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1113        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Thickness")) != NULL)
1114                dp->dim[2] = atof(ezxml_txt(geom)) *
1115                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1116        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Geometry")) == NULL ||
1117                        (mgfstr = ezxml_txt(geom)) == NULL)
1118                return;
1119        if ((fmt = ezxml_attr(geom, "format")) != NULL &&
1120                        strcasecmp(fmt, "MGF")) {
1121                sprintf(errmsg, "unrecognized geometry format '%s'", fmt);
1122                error(WARNING, errmsg);
1123                return;
1124        }
1125        cfact = to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1126        dp->mgf = (char *)malloc(strlen(mgfstr)+32);
1127        if (dp->mgf == NULL)
1128                error(SYSTEM, "out of memory in load_geometry");
1129        if (cfact < 0.99 || cfact > 1.01)
1130                sprintf(dp->mgf, "xf -s %.5f\n%s\nxf\n", cfact, mgfstr);
1131        else
1132                strcpy(dp->mgf, mgfstr);
1133 }
1134
1135
1136 static void
1137 load_bsdf_data(         /* load BSDF distribution for this wavelength */
1138        struct BSDF_data *dp,
1139        ezxml_t wdb
1140 )
1141 {
1142        char  *cbasis = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"ColumnAngleBasis"));
1143        char  *rbasis = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"RowAngleBasis"));
1144        char  *sdata;
1145        int  i;
1146        
1147        if ((!cbasis || !*cbasis) | (!rbasis || !*rbasis)) {
1148                error(WARNING, "missing column/row basis for BSDF");
1149                return;
1150        }
1151        for (i = nabases; i--; )
1152                if (!strcasecmp(cbasis, abase_list[i].name)) {
1153                        dp->ninc = abase_list[i].nangles;
1154                        dp->ib_priv = (void *)&abase_list[i];
1155                        dp->ib_vec = ab_getvecR;
1156                        dp->ib_ndx = ab_getndxR;
1157                        dp->ib_ohm = ab_getohm;
1158                        break;
1159                }
1160        if (i < 0) {
1161                sprintf(errmsg, "undefined ColumnAngleBasis '%s'", cbasis);
1162                error(WARNING, errmsg);
1163                return;
1164        }
1165        for (i = nabases; i--; )
1166                if (!strcasecmp(rbasis, abase_list[i].name)) {
1167                        dp->nout = abase_list[i].nangles;
1168                        dp->ob_priv = (void *)&abase_list[i];
1169                        dp->ob_vec = ab_getvec;
1170                        dp->ob_ndx = ab_getndx;
1171                        dp->ob_ohm = ab_getohm;
1172                        break;
1173                }
1174        if (i < 0) {
1175                sprintf(errmsg, "undefined RowAngleBasis '%s'", rbasis);
1176                error(WARNING, errmsg);
1177                return;
1178        }
1179                                /* read BSDF data */
1180        sdata  = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"ScatteringData"));
1181        if (!sdata || !*sdata) {
1182                error(WARNING, "missing BSDF ScatteringData");
1183                return;
1184        }
1185        dp->bsdf = (float *)malloc(sizeof(float)*dp->ninc*dp->nout);
1186        if (dp->bsdf == NULL)
1187                error(SYSTEM, "out of memory in load_bsdf_data");
1188        for (i = 0; i < dp->ninc*dp->nout; i++) {
1189                char  *sdnext = fskip(sdata);
1190                if (sdnext == NULL) {
1191                        error(WARNING, "bad/missing BSDF ScatteringData");
1192                        free(dp->bsdf); dp->bsdf = NULL;
1193                        return;
1194                }
1195                while (*sdnext && isspace(*sdnext))
1196                        sdnext++;
1197                if (*sdnext == ',') sdnext++;
1198                dp->bsdf[i] = atof(sdata);
1199                sdata = sdnext;
1200        }
1201        while (isspace(*sdata))
1202                sdata++;
1203        if (*sdata) {
1204                sprintf(errmsg, "%d extra characters after BSDF ScatteringData",
1205                                (int)strlen(sdata));
1206                error(WARNING, errmsg);
1207        }
1208 }
1209
1210
1211 static int
1212 check_bsdf_data(        /* check that BSDF data is sane */
1213        struct BSDF_data *dp
1214 )
1215 {
1216        double          *omega_iarr, *omega_oarr;
1217        double          dom, hemi_total, full_total;
1218        int             nneg;
1219        FVECT           v;
1220        int             i, o;
1221
1222        if (dp == NULL || dp->bsdf == NULL)
1223                return(0);
1224        omega_iarr = (double *)calloc(dp->ninc, sizeof(double));
1225        omega_oarr = (double *)calloc(dp->nout, sizeof(double));
1226        if ((omega_iarr == NULL) | (omega_oarr == NULL))
1227                error(SYSTEM, "out of memory in check_bsdf_data");
1228                                        /* incoming projected solid angles */
1229        hemi_total = .0;
1230        for (i = dp->ninc; i--; ) {
1231                dom = getBSDF_incohm(dp,i);
1232                if (dom <= 0) {
1233                        error(WARNING, "zero/negative incoming solid angle");
1234                        continue;
1235                }
1236                if (!getBSDF_incvec(v,dp,i) || v[2] > FTINY) {
1237                        error(WARNING, "illegal incoming BSDF direction");
1238                        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
1239                        return(0);
1240                }
1241                hemi_total += omega_iarr[i] = dom * -v[2];
1242        }
1243        if ((hemi_total > 1.02*PI) | (hemi_total < 0.98*PI)) {
1244                sprintf(errmsg, "incoming BSDF hemisphere off by %.1f%%",
1245                                100.*(hemi_total/PI - 1.));
1246                error(WARNING, errmsg);
1247        }
1248        dom = PI / hemi_total;          /* fix normalization */
1249        for (i = dp->ninc; i--; )
1250                omega_iarr[i] *= dom;
1251                                        /* outgoing projected solid angles */
1252        hemi_total = .0;
1253        for (o = dp->nout; o--; ) {
1254                dom = getBSDF_outohm(dp,o);
1255                if (dom <= 0) {
1256                        error(WARNING, "zero/negative outgoing solid angle");
1257                        continue;
1258                }
1259                if (!getBSDF_outvec(v,dp,o) || v[2] < -FTINY) {
1260                        error(WARNING, "illegal outgoing BSDF direction");
1261                        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
1262                        return(0);
1263                }
1264                hemi_total += omega_oarr[o] = dom * v[2];
1265        }
1266        if ((hemi_total > 1.02*PI) | (hemi_total < 0.98*PI)) {
1267                sprintf(errmsg, "outgoing BSDF hemisphere off by %.1f%%",
1268                                100.*(hemi_total/PI - 1.));
1269                error(WARNING, errmsg);
1270        }
1271        dom = PI / hemi_total;          /* fix normalization */
1272        for (o = dp->nout; o--; )
1273                omega_oarr[o] *= dom;
1274        nneg = 0;                       /* check outgoing totals */
1275        for (i = 0; i < dp->ninc; i++) {
1276                hemi_total = .0;
1277                for (o = dp->nout; o--; ) {
1278                        double  f = BSDF_value(dp,i,o);
1279                        if (f >= 0)
1280                                hemi_total += f*omega_oarr[o];
1281                        else {
1282                                nneg += (f < -FTINY);
1283                                BSDF_value(dp,i,o) = .0f;
1284                        }
1285                }
1286                if (hemi_total > 1.01) {
1287                        sprintf(errmsg,
1288                        "incoming BSDF direction %d passes %.1f%% of light",
1289                                        i, 100.*hemi_total);
1290                        error(WARNING, errmsg);
1291                }
1292        }
1293        if (nneg) {
1294                sprintf(errmsg, "%d negative BSDF values (ignored)", nneg);
1295                error(WARNING, errmsg);
1296        }
1297        full_total = .0;                /* reverse roles and check again */
1298        for (o = 0; o < dp->nout; o++) {
1299                hemi_total = .0;
1300                for (i = dp->ninc; i--; )
1301                        hemi_total += BSDF_value(dp,i,o) * omega_iarr[i];
1302
1303                if (hemi_total > 1.01) {
1304                        sprintf(errmsg,
1305                        "outgoing BSDF direction %d collects %.1f%% of light",
1306                                        o, 100.*hemi_total);
1307                        error(WARNING, errmsg);
1308                }
1309                full_total += hemi_total*omega_oarr[o];
1310        }
1311        full_total /= PI;
1312        if (full_total > 1.00001) {
1313                sprintf(errmsg, "BSDF transfers %.4f%% of light",
1314                                100.*full_total);
1315                error(WARNING, errmsg);
1316        }
1317        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
1318        return(1);
1319 }
1320
1321
1322 struct BSDF_data *
1323 load_BSDF(              /* load BSDF data from file */
1324        char *fname
1325 )
1326 {
1327        char                    *path;
1328        ezxml_t                 fl, wtl, wld, wdb;
1329        struct BSDF_data        *dp;
1330        
1331        path = getpath(fname, getrlibpath(), R_OK);
1332        if (path == NULL) {
1333                sprintf(errmsg, "cannot find BSDF file \"%s\"", fname);
1334                error(WARNING, errmsg);
1335                return(NULL);
1336        }
1337        fl = ezxml_parse_file(path);
1338        if (fl == NULL) {
1339                sprintf(errmsg, "cannot open BSDF \"%s\"", path);
1340                error(WARNING, errmsg);
1341                return(NULL);
1342        }
1343        if (ezxml_error(fl)[0]) {
1344                sprintf(errmsg, "BSDF \"%s\" %s", path, ezxml_error(fl));
1345                error(WARNING, errmsg);
1346                ezxml_free(fl);
1347                return(NULL);
1348        }
1349        if (strcmp(ezxml_name(fl), "WindowElement")) {
1350                sprintf(errmsg,
1351                        "BSDF \"%s\": top level node not 'WindowElement'",
1352                                path);
1353                error(WARNING, errmsg);
1354                ezxml_free(fl);
1355                return(NULL);
1356        }
1357        wtl = ezxml_child(ezxml_child(fl, "Optical"), "Layer");
1358        if (strcasecmp(ezxml_txt(ezxml_child(ezxml_child(wtl,
1359                        "DataDefinition"), "IncidentDataStructure")),
1360                        "Columns")) {
1361                sprintf(errmsg,
1362                        "BSDF \"%s\": unsupported IncidentDataStructure",
1363                                path);
1364                error(WARNING, errmsg);
1365                ezxml_free(fl);
1366                return(NULL);
1367        }
1368        for (wld = ezxml_child(ezxml_child(wtl,
1369                                "DataDefinition"), "AngleBasis");
1370                        wld != NULL; wld = wld->next)
1371                load_angle_basis(wld);
1372        dp = (struct BSDF_data *)calloc(1, sizeof(struct BSDF_data));
1373        load_geometry(dp, ezxml_child(wtl, "Material"));
1374        for (wld = ezxml_child(wtl, "WavelengthData");
1375                                wld != NULL; wld = wld->next) {
1376                if (strcasecmp(ezxml_txt(ezxml_child(wld,"Wavelength")),
1377                                "Visible"))
1378                        continue;
1379                for (wdb = ezxml_child(wld, "WavelengthDataBlock");
1380                                wdb != NULL; wdb = wdb->next)
1381                        if (!strcasecmp(ezxml_txt(ezxml_child(wdb,
1382                                        "WavelengthDataDirection")),
1383                                        "Transmission Front"))
1384                                break;
1385                if (wdb != NULL) {              /* load front BTDF */
1386                        load_bsdf_data(dp, wdb);
1387                        break;                  /* ignore the rest */
1388                }
1389        }
1390        ezxml_free(fl);                         /* done with XML file */
1391        if (!check_bsdf_data(dp)) {
1392                sprintf(errmsg, "bad/missing BTDF data in \"%s\"", path);
1393                error(WARNING, errmsg);
1394                free_BSDF(dp);
1395                dp = NULL;
1396        }
1397        return(dp);
1398 }
1399
1400
1401 void
1402 free_BSDF(              /* free BSDF data structure */
1403        struct BSDF_data *b
1404 )
1405 {
1406        if (b == NULL)
1407                return;
1408        if (b->mgf != NULL)
1409                free(b->mgf);
1410        if (b->bsdf != NULL)
1411                free(b->bsdf);
1412        free(b);
1413 }
1414
1415
1416 int
1417 r_BSDF_incvec(          /* compute random input vector at given location */
1418        FVECT v,
1419        struct BSDF_data *b,
1420        int i,
1421        double rv,
1422        MAT4 xm
1423 )
1424 {
1425        FVECT   pert;
1426        double  rad;
1427        int     j;
1428        
1429        if (!getBSDF_incvec(v, b, i))
1430                return(0);
1431        rad = sqrt(getBSDF_incohm(b, i) / PI);
1432        multisamp(pert, 3, rv);
1433        for (j = 0; j < 3; j++)
1434                v[j] += rad*(2.*pert[j] - 1.);
1435        if (xm != NULL)
1436                multv3(v, v, xm);
1437        return(normalize(v) != 0.0);
1438 }
1439
1440
1441 int
1442 r_BSDF_outvec(          /* compute random output vector at given location */
1443        FVECT v,
1444        struct BSDF_data *b,
1445        int o,
1446        double rv,
1447        MAT4 xm
1448 )
1449 {
1450        FVECT   pert;
1451        double  rad;
1452        int     j;
1453        
1454        if (!getBSDF_outvec(v, b, o))
1455                return(0);
1456        rad = sqrt(getBSDF_outohm(b, o) / PI);
1457        multisamp(pert, 3, rv);
1458        for (j = 0; j < 3; j++)
1459                v[j] += rad*(2.*pert[j] - 1.);
1460        if (xm != NULL)
1461                multv3(v, v, xm);
1462        return(normalize(v) != 0.0);
1463 }
1464
1465
1466 static int
1467 addrot(                 /* compute rotation (x,y,z) => (xp,yp,zp) */
1468        char *xfarg[],
1469        FVECT xp,
1470        FVECT yp,
1471        FVECT zp
1472 )
1473 {
1474        static char     bufs[3][16];
1475        int     bn = 0;
1476        char    **xfp = xfarg;
1477        double  theta;
1478
1479        if (yp[2]*yp[2] + zp[2]*zp[2] < 2.*FTINY*FTINY) {
1480                /* Special case for X' along Z-axis */
1481                theta = -atan2(yp[0], yp[1]);
1482                *xfp++ = "-ry";
1483                *xfp++ = xp[2] < 0.0 ? "90" : "-90";
1484                *xfp++ = "-rz";
1485                sprintf(bufs[bn], "%f", theta*(180./PI));
1486                *xfp++ = bufs[bn++];
1487                return(xfp - xfarg);
1488        }
1489        theta = atan2(yp[2], zp[2]);
1490        if (!FEQ(theta,0.0)) {
1491                *xfp++ = "-rx";
1492                sprintf(bufs[bn], "%f", theta*(180./PI));
1493                *xfp++ = bufs[bn++];
1494        }
1495        theta = asin(-xp[2]);
1496        if (!FEQ(theta,0.0)) {
1497                *xfp++ = "-ry";
1498                sprintf(bufs[bn], " %f", theta*(180./PI));
1499                *xfp++ = bufs[bn++];
1500        }
1501        theta = atan2(xp[1], xp[0]);
1502        if (!FEQ(theta,0.0)) {
1503                *xfp++ = "-rz";
1504                sprintf(bufs[bn], "%f", theta*(180./PI));
1505                *xfp++ = bufs[bn++];
1506        }
1507        *xfp = NULL;
1508        return(xfp - xfarg);
1509 }
1510
1511
1512 int
1513 getBSDF_xfm(            /* compute BSDF orient. -> world orient. transform */
1514        MAT4 xm,
1515        FVECT nrm,
1516        UpDir ud,
1517        char *xfbuf
1518 )
1519 {
1520        char    *xfargs[7];
1521        XF      myxf;
1522        FVECT   updir, xdest, ydest;
1523        int     i;
1524
1525        updir[0] = updir[1] = updir[2] = 0.;
1526        switch (ud) {
1527        case UDzneg:
1528                updir[2] = -1.;
1529                break;
1530        case UDyneg:
1531                updir[1] = -1.;
1532                break;
1533        case UDxneg:
1534                updir[0] = -1.;
1535                break;
1536        case UDxpos:
1537                updir[0] = 1.;
1538                break;
1539        case UDypos:
1540                updir[1] = 1.;
1541                break;
1542        case UDzpos:
1543                updir[2] = 1.;
1544                break;
1545        case UDunknown:
1546                return(0);
1547        }
1548        fcross(xdest, updir, nrm);
1549        if (normalize(xdest) == 0.0)
1550                return(0);
1551        fcross(ydest, nrm, xdest);
1552        xf(&myxf, addrot(xfargs, xdest, ydest, nrm), xfargs);
1553        copymat4(xm, myxf.xfm);
1554        if (xfbuf == NULL)
1555                return(1);
1556                                /* return xf arguments as well */
1557        for (i = 0; xfargs[i] != NULL; i++) {
1558                *xfbuf++ = ' ';
1559                strcpy(xfbuf, xfargs[i]);
1560                while (*xfbuf) ++xfbuf;
1561        }
1562        return(1);
1563 }
1564
1565 /*######### END DEPRECATED ROUTINES #######*/
1566 /*################################################################*/

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