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

Comparing ray/src/common/bsdf.c (file contents):
Revision 2.32 by greg, Thu Jun 23 16:00:37 2011 UTC vs.
Revision 2.43 by greg, Sat Oct 13 20:15:43 2012 UTC

# Line 38 | Line 38 | const char             *SDerrorEnglish[] = {
38   /* Additional information on last error (ASCII English) */
39   char                    SDerrorDetail[256];
40  
41 + /* Empty distribution for getCDist() calls that fail for some reason */
42 + const SDCDst            SDemptyCD;
43 +
44   /* Cache of loaded BSDFs */
45   struct SDCache_s        *SDcacheList = NULL;
46  
# Line 84 | Line 87 | to_meters(             /* return factor to convert given unit to
87  
88   /* Load geometric dimensions and description (if any) */
89   static SDError
90 < SDloadGeometry(SDData *sd, ezxml_t wdb)
90 > SDloadGeometry(SDData *sd, ezxml_t wtl)
91   {
92 <        ezxml_t         geom;
92 >        ezxml_t         node, matl, geom;
93          double          cfact;
94 <        const char      *fmt, *mgfstr;
94 >        const char      *fmt = NULL, *mgfstr;
95  
96 <        if (wdb == NULL)                /* no geometry section? */
97 <                return SDEnone;
98 <        sd->dim[0] = sd->dim[1] = sd->dim[2] = .0;
99 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Width")) != NULL)
100 <                sd->dim[0] = atof(ezxml_txt(geom)) *
101 <                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
102 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Height")) != NULL)
103 <                sd->dim[1] = atof(ezxml_txt(geom)) *
104 <                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
105 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Thickness")) != NULL)
106 <                sd->dim[2] = atof(ezxml_txt(geom)) *
107 <                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
108 <        if ((sd->dim[0] < 0) | (sd->dim[1] < 0) | (sd->dim[2] < 0)) {
109 <                sprintf(SDerrorDetail, "Negative size in \"%s\"", sd->name);
110 <                return SDEdata;
96 >        SDerrorDetail[0] = '\0';
97 >        sd->matn[0] = '\0'; sd->makr[0] = '\0';
98 >        sd->dim[0] = sd->dim[1] = sd->dim[2] = 0;
99 >        matl = ezxml_child(wtl, "Material");
100 >        if (matl != NULL) {                     /* get material info. */
101 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Name")) != NULL) {
102 >                        strncpy(sd->matn, ezxml_txt(node), SDnameLn);
103 >                        if (sd->matn[SDnameLn-1])
104 >                                strcpy(sd->matn+(SDnameLn-4), "...");
105 >                }
106 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Manufacturer")) != NULL) {
107 >                        strncpy(sd->makr, ezxml_txt(node), SDnameLn);
108 >                        if (sd->makr[SDnameLn-1])
109 >                                strcpy(sd->makr+(SDnameLn-4), "...");
110 >                }
111 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Width")) != NULL)
112 >                        sd->dim[0] = atof(ezxml_txt(node)) *
113 >                                        to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
114 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Height")) != NULL)
115 >                        sd->dim[1] = atof(ezxml_txt(node)) *
116 >                                        to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
117 >                if ((node = ezxml_child(matl, "Thickness")) != NULL)
118 >                        sd->dim[2] = atof(ezxml_txt(node)) *
119 >                                        to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
120 >                if ((sd->dim[0] < 0) | (sd->dim[1] < 0) | (sd->dim[2] < 0)) {
121 >                        if (!SDerrorDetail[0])
122 >                                sprintf(SDerrorDetail, "Negative dimension in \"%s\"",
123 >                                                        sd->name);
124 >                        return SDEdata;
125 >                }
126          }
127 <        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Geometry")) == NULL ||
128 <                        (mgfstr = ezxml_txt(geom)) == NULL)
127 >        sd->mgf = NULL;
128 >        geom = ezxml_child(wtl, "Geometry");
129 >        if (geom == NULL)                       /* no actual geometry? */
130                  return SDEnone;
131 <        while (isspace(*mgfstr))
132 <                ++mgfstr;
114 <        if (!*mgfstr)
115 <                return SDEnone;
116 <        if ((fmt = ezxml_attr(geom, "format")) != NULL &&
117 <                        strcasecmp(fmt, "MGF")) {
131 >        fmt = ezxml_attr(geom, "format");
132 >        if (fmt != NULL && strcasecmp(fmt, "MGF")) {
133                  sprintf(SDerrorDetail,
134                          "Unrecognized geometry format '%s' in \"%s\"",
135                                          fmt, sd->name);
136                  return SDEsupport;
137          }
138 <        cfact = to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
138 >        if ((node = ezxml_child(geom, "MGFblock")) == NULL ||
139 >                        (mgfstr = ezxml_txt(node)) == NULL)
140 >                return SDEnone;
141 >        while (isspace(*mgfstr))
142 >                ++mgfstr;
143 >        if (!*mgfstr)
144 >                return SDEnone;
145 >        cfact = to_meters(ezxml_attr(node, "unit"));
146 >        if (cfact <= 0)
147 >                return SDEformat;
148          sd->mgf = (char *)malloc(strlen(mgfstr)+32);
149          if (sd->mgf == NULL) {
150                  strcpy(SDerrorDetail, "Out of memory in SDloadGeometry");
# Line 162 | Line 186 | SDloadFile(SDData *sd, const char *fname)
186                  ezxml_free(fl);
187                  return SDEformat;
188          }
189 +        wtl = ezxml_child(fl, "FileType");
190 +        if (wtl != NULL && strcmp(ezxml_txt(wtl), "BSDF")) {
191 +                sprintf(SDerrorDetail,
192 +                        "XML \"%s\": wrong FileType (must be 'BSDF')",
193 +                                sd->name);
194 +                ezxml_free(fl);
195 +                return SDEformat;
196 +        }
197          wtl = ezxml_child(ezxml_child(fl, "Optical"), "Layer");
198          if (wtl == NULL) {
199 <                sprintf(SDerrorDetail, "BSDF \"%s\": no optical layer'",
199 >                sprintf(SDerrorDetail, "BSDF \"%s\": no optical layers'",
200                                  sd->name);
201                  ezxml_free(fl);
202                  return SDEformat;
203          }
204                                  /* load geometry if present */
205 <        lastErr = SDloadGeometry(sd, ezxml_child(wtl, "Material"));
206 <        if (lastErr)
205 >        lastErr = SDloadGeometry(sd, wtl);
206 >        if (lastErr) {
207 >                ezxml_free(fl);
208                  return lastErr;
209 +        }
210                                  /* try loading variable resolution data */
211          lastErr = SDloadTre(sd, wtl);
212                                  /* check our result */
# Line 196 | Line 230 | SDloadFile(SDData *sd, const char *fname)
230          if (sd->tf != NULL && sd->tf->maxHemi <= .001) {
231                  SDfreeSpectralDF(sd->tf); sd->tf = NULL;
232          }
233 +        if (sd->tb != NULL && sd->tb->maxHemi <= .001) {
234 +                SDfreeSpectralDF(sd->tb); sd->tb = NULL;
235 +        }
236                                  /* return success */
237          return SDEnone;
238   }
# Line 224 | Line 261 | SDnewSpectralDF(int nc)
261          return df;
262   }
263  
264 + /* Add component(s) to spectral distribution function */
265 + SDSpectralDF *
266 + SDaddComponent(SDSpectralDF *odf, int nadd)
267 + {
268 +        SDSpectralDF    *df;
269 +
270 +        if (odf == NULL)
271 +                return SDnewSpectralDF(nadd);
272 +        if (nadd <= 0)
273 +                return odf;
274 +        df = (SDSpectralDF *)realloc(odf, sizeof(SDSpectralDF) +
275 +                                (odf->ncomp+nadd-1)*sizeof(SDComponent));
276 +        if (df == NULL) {
277 +                sprintf(SDerrorDetail,
278 +                        "Cannot add %d component(s) to spectral DF", nadd);
279 +                SDfreeSpectralDF(odf);
280 +                return NULL;
281 +        }
282 +        memset(df->comp+df->ncomp, 0, nadd*sizeof(SDComponent));
283 +        df->ncomp += nadd;
284 +        return df;
285 + }
286 +
287   /* Free cached cumulative distributions for BSDF component */
288   void
289   SDfreeCumulativeCache(SDSpectralDF *df)
# Line 250 | Line 310 | SDfreeSpectralDF(SDSpectralDF *df)
310                  return;
311          SDfreeCumulativeCache(df);
312          for (n = df->ncomp; n-- > 0; )
313 <                (*df->comp[n].func->freeSC)(df->comp[n].dist);
313 >                if (df->comp[n].dist != NULL)
314 >                        (*df->comp[n].func->freeSC)(df->comp[n].dist);
315          free(df);
316   }
317  
# Line 306 | Line 367 | SDfreeBSDF(SDData *sd)
367                  SDfreeSpectralDF(sd->tf);
368                  sd->tf = NULL;
369          }
370 +        if (sd->tb != NULL) {
371 +                SDfreeSpectralDF(sd->tb);
372 +                sd->tb = NULL;
373 +        }
374          sd->rLambFront.cieY = .0;
375          sd->rLambFront.spec.flags = 0;
376          sd->rLambBack.cieY = .0;
# Line 393 | Line 458 | SDfreeCache(const SDData *sd)
458                  SDfreeCumulativeCache(sd->rf);
459                  SDfreeCumulativeCache(sd->rb);
460                  SDfreeCumulativeCache(sd->tf);
461 +                SDfreeCumulativeCache(sd->tb);
462                  return;
463          }
464                                          /* remove from list and free */
# Line 422 | Line 488 | SDsampComponent(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX
488          cd = (*sdc->func->getCDist)(inVec, sdc);
489          if (cd == NULL)
490                  return SDEmemory;
491 <        if (cd->cTotal <= 1e-7) {       /* anything to sample? */
491 >        if (cd->cTotal <= 1e-6) {       /* anything to sample? */
492                  sv->spec = c_dfcolor;
493                  sv->cieY = .0;
494                  memset(ioVec, 0, 3*sizeof(double));
# Line 459 | Line 525 | SDmultiSamp(double t[], int n, double randX)
525          unsigned        nBits;
526          double          scale;
527          bitmask_t       ndx, coord[MS_MAXDIM];
528 <        
528 >
529 >        if (n <= 0)                     /* check corner cases */
530 >                return;
531 >        if (randX < 0) randX = 0;
532 >        else if (randX >= 1.) randX = 0.999999999999999;
533 >        if (n == 1) {
534 >                t[0] = randX;
535 >                return;
536 >        }
537          while (n > MS_MAXDIM)           /* punt for higher dimensions */
538                  t[--n] = rand()*(1./(RAND_MAX+.5));
539          nBits = (8*sizeof(bitmask_t) - 1) / n;
# Line 513 | Line 587 | SDsizeBSDF(double *projSA, const FVECT v1, const RREAL
587          case 0:
588                  return SDEargument;
589          }
590 <        if (v1[2] > 0)                  /* front surface query? */
590 >        if (v1[2] > 0) {                /* front surface query? */
591                  rdf = sd->rf;
592 <        else
592 >                tdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
593 >        } else {
594                  rdf = sd->rb;
595 <        tdf = sd->tf;
595 >                tdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
596 >        }
597          if (v2 != NULL)                 /* bidirectional? */
598                  if (v1[2] > 0 ^ v2[2] > 0)
599                          rdf = NULL;
# Line 565 | Line 641 | SDevalBSDF(SDValue *sv, const FVECT outVec, const FVEC
641          } else if (!(inFront | outFront)) {
642                  *sv = sd->rLambBack;
643                  sdf = sd->rb;
644 <        } else /* inFront ^ outFront */ {
644 >        } else if (inFront) {
645                  *sv = sd->tLamb;
646 <                sdf = sd->tf;
646 >                sdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
647 >        } else /* inBack */ {
648 >                *sv = sd->tLamb;
649 >                sdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
650          }
651          sv->cieY *= 1./M_PI;
652                                          /* add non-diffuse components */
# Line 591 | Line 670 | double
670   SDdirectHemi(const FVECT inVec, int sflags, const SDData *sd)
671   {
672          double          hsum;
673 <        SDSpectralDF    *rdf;
673 >        SDSpectralDF    *rdf, *tdf;
674          const SDCDst    *cd;
675          int             i;
676                                          /* check arguments */
# Line 601 | Line 680 | SDdirectHemi(const FVECT inVec, int sflags, const SDDa
680          if (inVec[2] > 0) {
681                  hsum = sd->rLambFront.cieY;
682                  rdf = sd->rf;
683 +                tdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
684          } else /* !inFront */ {
685                  hsum = sd->rLambBack.cieY;
686                  rdf = sd->rb;
687 +                tdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
688          }
689          if ((sflags & SDsampDf+SDsampR) != SDsampDf+SDsampR)
690                  hsum = .0;
691          if ((sflags & SDsampDf+SDsampT) == SDsampDf+SDsampT)
692                  hsum += sd->tLamb.cieY;
693                                          /* gather non-diffuse components */
694 <        i = ((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR &&
695 <                        rdf != NULL) ? rdf->ncomp : 0;
694 >        i = (((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR) &
695 >                        (rdf != NULL)) ? rdf->ncomp : 0;
696          while (i-- > 0) {               /* non-diffuse reflection */
697                  cd = (*rdf->comp[i].func->getCDist)(inVec, &rdf->comp[i]);
698                  if (cd != NULL)
699                          hsum += cd->cTotal;
700          }
701 <        i = ((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT &&
702 <                        sd->tf != NULL) ? sd->tf->ncomp : 0;
701 >        i = (((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT) &
702 >                        (tdf != NULL)) ? tdf->ncomp : 0;
703          while (i-- > 0) {               /* non-diffuse transmission */
704 <                cd = (*sd->tf->comp[i].func->getCDist)(inVec, &sd->tf->comp[i]);
704 >                cd = (*tdf->comp[i].func->getCDist)(inVec, &tdf->comp[i]);
705                  if (cd != NULL)
706                          hsum += cd->cTotal;
707          }
# Line 634 | Line 715 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
715          SDError         ec;
716          FVECT           inVec;
717          int             inFront;
718 <        SDSpectralDF    *rdf;
718 >        SDSpectralDF    *rdf, *tdf;
719          double          rdiff;
720          float           coef[SDmaxCh];
721          int             i, j, n, nr;
# Line 651 | Line 732 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
732          if (inFront) {
733                  *sv = sd->rLambFront;
734                  rdf = sd->rf;
735 +                tdf = (sd->tf != NULL) ? sd->tf : sd->tb;
736          } else /* !inFront */ {
737                  *sv = sd->rLambBack;
738                  rdf = sd->rb;
739 +                tdf = (sd->tb != NULL) ? sd->tb : sd->tf;
740          }
741          if ((sflags & SDsampDf+SDsampR) != SDsampDf+SDsampR)
742                  sv->cieY = .0;
# Line 661 | Line 744 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
744          if ((sflags & SDsampDf+SDsampT) == SDsampDf+SDsampT)
745                  sv->cieY += sd->tLamb.cieY;
746                                          /* gather non-diffuse components */
747 <        i = nr = ((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR &&
748 <                        rdf != NULL) ? rdf->ncomp : 0;
749 <        j = ((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT &&
750 <                        sd->tf != NULL) ? sd->tf->ncomp : 0;
747 >        i = nr = (((sflags & SDsampSp+SDsampR) == SDsampSp+SDsampR) &
748 >                        (rdf != NULL)) ? rdf->ncomp : 0;
749 >        j = (((sflags & SDsampSp+SDsampT) == SDsampSp+SDsampT) &
750 >                        (tdf != NULL)) ? tdf->ncomp : 0;
751          n = i + j;
752          if (n > 0 && (cdarr = (const SDCDst **)malloc(n*sizeof(SDCDst *))) == NULL)
753                  return SDEmemory;
754          while (j-- > 0) {               /* non-diffuse transmission */
755 <                cdarr[i+j] = (*sd->tf->comp[j].func->getCDist)(inVec, &sd->tf->comp[j]);
755 >                cdarr[i+j] = (*tdf->comp[j].func->getCDist)(inVec, &tdf->comp[j]);
756                  if (cdarr[i+j] == NULL) {
757                          free(cdarr);
758                          return SDEmemory;
# Line 684 | Line 767 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
767                  }
768                  sv->cieY += cdarr[i]->cTotal;
769          }
770 <        if (sv->cieY <= 1e-7) {         /* anything to sample? */
770 >        if (sv->cieY <= 1e-6) {         /* anything to sample? */
771                  sv->cieY = .0;
772                  memset(ioVec, 0, 3*sizeof(double));
773                  return SDEnone;
# Line 712 | Line 795 | SDsampBSDF(SDValue *sv, FVECT ioVec, double randX, int
795          if (i >= n)
796                  return SDEinternal;
797                                          /* compute sample direction */
798 <        sdc = (i < nr) ? &rdf->comp[i] : &sd->tf->comp[i-nr];
798 >        sdc = (i < nr) ? &rdf->comp[i] : &tdf->comp[i-nr];
799          ec = (*sdc->func->sampCDist)(ioVec, randX/cdarr[i]->cTotal, cdarr[i]);
800          if (ec)
801                  return ec;
# Line 804 | Line 887 | SDmapDir(FVECT resVec, RREAL vMtx[3][3], const FVECT i
887          VCOPY(resVec, vTmp);
888          return SDEnone;
889   }
807
808 /*################################################################*/
809 /*######### DEPRECATED ROUTINES AWAITING PERMANENT REMOVAL #######*/
810
811 /*
812 * Routines for handling BSDF data
813 */
814
815 #include "standard.h"
816 #include "paths.h"
817
818 #define MAXLATS         46              /* maximum number of latitudes */
819
820 /* BSDF angle specification */
821 typedef struct {
822        char    name[64];               /* basis name */
823        int     nangles;                /* total number of directions */
824        struct {
825                float   tmin;                   /* starting theta */
826                short   nphis;                  /* number of phis (0 term) */
827        }       lat[MAXLATS+1];         /* latitudes */
828 } ANGLE_BASIS;
829
830 #define MAXABASES       7               /* limit on defined bases */
831
832 static ANGLE_BASIS      abase_list[MAXABASES] = {
833        {
834                "LBNL/Klems Full", 145,
835                { {-5., 1},
836                {5., 8},
837                {15., 16},
838                {25., 20},
839                {35., 24},
840                {45., 24},
841                {55., 24},
842                {65., 16},
843                {75., 12},
844                {90., 0} }
845        }, {
846                "LBNL/Klems Half", 73,
847                { {-6.5, 1},
848                {6.5, 8},
849                {19.5, 12},
850                {32.5, 16},
851                {46.5, 20},
852                {61.5, 12},
853                {76.5, 4},
854                {90., 0} }
855        }, {
856                "LBNL/Klems Quarter", 41,
857                { {-9., 1},
858                {9., 8},
859                {27., 12},
860                {46., 12},
861                {66., 8},
862                {90., 0} }
863        }
864 };
865
866 static int      nabases = 3;    /* current number of defined bases */
867
868 #define  FEQ(a,b)       ((a)-(b) <= 1e-6 && (b)-(a) <= 1e-6)
869
870 static int
871 fequal(double a, double b)
872 {
873        if (b != 0)
874                a = a/b - 1.;
875        return((a <= 1e-6) & (a >= -1e-6));
876 }
877
878 /* Returns the name of the given tag */
879 #ifdef ezxml_name
880 #undef ezxml_name
881 static char *
882 ezxml_name(ezxml_t xml)
883 {
884        if (xml == NULL)
885                return(NULL);
886        return(xml->name);
887 }
888 #endif
889
890 /* Returns the given tag's character content or empty string if none */
891 #ifdef ezxml_txt
892 #undef ezxml_txt
893 static char *
894 ezxml_txt(ezxml_t xml)
895 {
896        if (xml == NULL)
897                return("");
898        return(xml->txt);
899 }
900 #endif
901
902
903 static int
904 ab_getvec(              /* get vector for this angle basis index */
905        FVECT v,
906        int ndx,
907        void *p
908 )
909 {
910        ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
911        int     li;
912        double  pol, azi, d;
913        
914        if ((ndx < 0) | (ndx >= ab->nangles))
915                return(0);
916        for (li = 0; ndx >= ab->lat[li].nphis; li++)
917                ndx -= ab->lat[li].nphis;
918        pol = PI/180.*0.5*(ab->lat[li].tmin + ab->lat[li+1].tmin);
919        azi = 2.*PI*ndx/ab->lat[li].nphis;
920        v[2] = d = cos(pol);
921        d = sqrt(1. - d*d);     /* sin(pol) */
922        v[0] = cos(azi)*d;
923        v[1] = sin(azi)*d;
924        return(1);
925 }
926
927
928 static int
929 ab_getndx(              /* get index corresponding to the given vector */
930        FVECT v,
931        void *p
932 )
933 {
934        ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
935        int     li, ndx;
936        double  pol, azi, d;
937
938        if ((v[2] < -1.0) | (v[2] > 1.0))
939                return(-1);
940        pol = 180.0/PI*acos(v[2]);
941        azi = 180.0/PI*atan2(v[1], v[0]);
942        if (azi < 0.0) azi += 360.0;
943        for (li = 1; ab->lat[li].tmin <= pol; li++)
944                if (!ab->lat[li].nphis)
945                        return(-1);
946        --li;
947        ndx = (int)((1./360.)*azi*ab->lat[li].nphis + 0.5);
948        if (ndx >= ab->lat[li].nphis) ndx = 0;
949        while (li--)
950                ndx += ab->lat[li].nphis;
951        return(ndx);
952 }
953
954
955 static double
956 ab_getohm(              /* get solid angle for this angle basis index */
957        int ndx,
958        void *p
959 )
960 {
961        ANGLE_BASIS  *ab = (ANGLE_BASIS *)p;
962        int     li;
963        double  theta, theta1;
964        
965        if ((ndx < 0) | (ndx >= ab->nangles))
966                return(0);
967        for (li = 0; ndx >= ab->lat[li].nphis; li++)
968                ndx -= ab->lat[li].nphis;
969        theta1 = PI/180. * ab->lat[li+1].tmin;
970        if (ab->lat[li].nphis == 1) {           /* special case */
971                if (ab->lat[li].tmin > FTINY)
972                        error(USER, "unsupported BSDF coordinate system");
973                return(2.*PI*(1. - cos(theta1)));
974        }
975        theta = PI/180. * ab->lat[li].tmin;
976        return(2.*PI*(cos(theta) - cos(theta1))/(double)ab->lat[li].nphis);
977 }
978
979
980 static int
981 ab_getvecR(             /* get reverse vector for this angle basis index */
982        FVECT v,
983        int ndx,
984        void *p
985 )
986 {
987        if (!ab_getvec(v, ndx, p))
988                return(0);
989
990        v[0] = -v[0];
991        v[1] = -v[1];
992        v[2] = -v[2];
993
994        return(1);
995 }
996
997
998 static int
999 ab_getndxR(             /* get index corresponding to the reverse vector */
1000        FVECT v,
1001        void *p
1002 )
1003 {
1004        FVECT  v2;
1005        
1006        v2[0] = -v[0];
1007        v2[1] = -v[1];
1008        v2[2] = -v[2];
1009
1010        return ab_getndx(v2, p);
1011 }
1012
1013
1014 static void
1015 load_angle_basis(       /* load custom BSDF angle basis */
1016        ezxml_t wab
1017 )
1018 {
1019        char    *abname = ezxml_txt(ezxml_child(wab, "AngleBasisName"));
1020        ezxml_t wbb;
1021        int     i;
1022        
1023        if (!abname || !*abname)
1024                return;
1025        for (i = nabases; i--; )
1026                if (!strcasecmp(abname, abase_list[i].name))
1027                        return;         /* assume it's the same */
1028        if (nabases >= MAXABASES)
1029                error(INTERNAL, "too many angle bases");
1030        strcpy(abase_list[nabases].name, abname);
1031        abase_list[nabases].nangles = 0;
1032        for (i = 0, wbb = ezxml_child(wab, "AngleBasisBlock");
1033                        wbb != NULL; i++, wbb = wbb->next) {
1034                if (i >= MAXLATS)
1035                        error(INTERNAL, "too many latitudes in custom basis");
1036                abase_list[nabases].lat[i+1].tmin = atof(ezxml_txt(
1037                                ezxml_child(ezxml_child(wbb,
1038                                        "ThetaBounds"), "UpperTheta")));
1039                if (!i)
1040                        abase_list[nabases].lat[i].tmin =
1041                                        -abase_list[nabases].lat[i+1].tmin;
1042                else if (!fequal(atof(ezxml_txt(ezxml_child(ezxml_child(wbb,
1043                                        "ThetaBounds"), "LowerTheta"))),
1044                                abase_list[nabases].lat[i].tmin))
1045                        error(WARNING, "theta values disagree in custom basis");
1046                abase_list[nabases].nangles +=
1047                        abase_list[nabases].lat[i].nphis =
1048                                atoi(ezxml_txt(ezxml_child(wbb, "nPhis")));
1049        }
1050        abase_list[nabases++].lat[i].nphis = 0;
1051 }
1052
1053
1054 static void
1055 load_geometry(          /* load geometric dimensions and description (if any) */
1056        struct BSDF_data *dp,
1057        ezxml_t wdb
1058 )
1059 {
1060        ezxml_t         geom;
1061        double          cfact;
1062        const char      *fmt, *mgfstr;
1063
1064        dp->dim[0] = dp->dim[1] = dp->dim[2] = 0;
1065        dp->mgf = NULL;
1066        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Width")) != NULL)
1067                dp->dim[0] = atof(ezxml_txt(geom)) *
1068                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1069        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Height")) != NULL)
1070                dp->dim[1] = atof(ezxml_txt(geom)) *
1071                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1072        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Thickness")) != NULL)
1073                dp->dim[2] = atof(ezxml_txt(geom)) *
1074                                to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1075        if ((geom = ezxml_child(wdb, "Geometry")) == NULL ||
1076                        (mgfstr = ezxml_txt(geom)) == NULL)
1077                return;
1078        if ((fmt = ezxml_attr(geom, "format")) != NULL &&
1079                        strcasecmp(fmt, "MGF")) {
1080                sprintf(errmsg, "unrecognized geometry format '%s'", fmt);
1081                error(WARNING, errmsg);
1082                return;
1083        }
1084        cfact = to_meters(ezxml_attr(geom, "unit"));
1085        dp->mgf = (char *)malloc(strlen(mgfstr)+32);
1086        if (dp->mgf == NULL)
1087                error(SYSTEM, "out of memory in load_geometry");
1088        if (cfact < 0.99 || cfact > 1.01)
1089                sprintf(dp->mgf, "xf -s %.5f\n%s\nxf\n", cfact, mgfstr);
1090        else
1091                strcpy(dp->mgf, mgfstr);
1092 }
1093
1094
1095 static void
1096 load_bsdf_data(         /* load BSDF distribution for this wavelength */
1097        struct BSDF_data *dp,
1098        ezxml_t wdb
1099 )
1100 {
1101        char  *cbasis = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"ColumnAngleBasis"));
1102        char  *rbasis = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"RowAngleBasis"));
1103        char  *sdata;
1104        int  i;
1105        
1106        if ((!cbasis || !*cbasis) | (!rbasis || !*rbasis)) {
1107                error(WARNING, "missing column/row basis for BSDF");
1108                return;
1109        }
1110        for (i = nabases; i--; )
1111                if (!strcasecmp(cbasis, abase_list[i].name)) {
1112                        dp->ninc = abase_list[i].nangles;
1113                        dp->ib_priv = (void *)&abase_list[i];
1114                        dp->ib_vec = ab_getvecR;
1115                        dp->ib_ndx = ab_getndxR;
1116                        dp->ib_ohm = ab_getohm;
1117                        break;
1118                }
1119        if (i < 0) {
1120                sprintf(errmsg, "undefined ColumnAngleBasis '%s'", cbasis);
1121                error(WARNING, errmsg);
1122                return;
1123        }
1124        for (i = nabases; i--; )
1125                if (!strcasecmp(rbasis, abase_list[i].name)) {
1126                        dp->nout = abase_list[i].nangles;
1127                        dp->ob_priv = (void *)&abase_list[i];
1128                        dp->ob_vec = ab_getvec;
1129                        dp->ob_ndx = ab_getndx;
1130                        dp->ob_ohm = ab_getohm;
1131                        break;
1132                }
1133        if (i < 0) {
1134                sprintf(errmsg, "undefined RowAngleBasis '%s'", rbasis);
1135                error(WARNING, errmsg);
1136                return;
1137        }
1138                                /* read BSDF data */
1139        sdata  = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"ScatteringData"));
1140        if (!sdata || !*sdata) {
1141                error(WARNING, "missing BSDF ScatteringData");
1142                return;
1143        }
1144        dp->bsdf = (float *)malloc(sizeof(float)*dp->ninc*dp->nout);
1145        if (dp->bsdf == NULL)
1146                error(SYSTEM, "out of memory in load_bsdf_data");
1147        for (i = 0; i < dp->ninc*dp->nout; i++) {
1148                char  *sdnext = fskip(sdata);
1149                if (sdnext == NULL) {
1150                        error(WARNING, "bad/missing BSDF ScatteringData");
1151                        free(dp->bsdf); dp->bsdf = NULL;
1152                        return;
1153                }
1154                while (*sdnext && isspace(*sdnext))
1155                        sdnext++;
1156                if (*sdnext == ',') sdnext++;
1157                dp->bsdf[i] = atof(sdata);
1158                sdata = sdnext;
1159        }
1160        while (isspace(*sdata))
1161                sdata++;
1162        if (*sdata) {
1163                sprintf(errmsg, "%d extra characters after BSDF ScatteringData",
1164                                (int)strlen(sdata));
1165                error(WARNING, errmsg);
1166        }
1167 }
1168
1169
1170 static int
1171 check_bsdf_data(        /* check that BSDF data is sane */
1172        struct BSDF_data *dp
1173 )
1174 {
1175        double          *omega_iarr, *omega_oarr;
1176        double          dom, contrib, hemi_total, full_total;
1177        int             nneg;
1178        FVECT           v;
1179        int             i, o;
1180
1181        if (dp == NULL || dp->bsdf == NULL)
1182                return(0);
1183        omega_iarr = (double *)calloc(dp->ninc, sizeof(double));
1184        omega_oarr = (double *)calloc(dp->nout, sizeof(double));
1185        if ((omega_iarr == NULL) | (omega_oarr == NULL))
1186                error(SYSTEM, "out of memory in check_bsdf_data");
1187                                        /* incoming projected solid angles */
1188        hemi_total = .0;
1189        for (i = dp->ninc; i--; ) {
1190                dom = getBSDF_incohm(dp,i);
1191                if (dom <= 0) {
1192                        error(WARNING, "zero/negative incoming solid angle");
1193                        continue;
1194                }
1195                if (!getBSDF_incvec(v,dp,i) || v[2] > FTINY) {
1196                        error(WARNING, "illegal incoming BSDF direction");
1197                        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
1198                        return(0);
1199                }
1200                hemi_total += omega_iarr[i] = dom * -v[2];
1201        }
1202        if ((hemi_total > 1.02*PI) | (hemi_total < 0.98*PI)) {
1203                sprintf(errmsg, "incoming BSDF hemisphere off by %.1f%%",
1204                                100.*(hemi_total/PI - 1.));
1205                error(WARNING, errmsg);
1206        }
1207        dom = PI / hemi_total;          /* fix normalization */
1208        for (i = dp->ninc; i--; )
1209                omega_iarr[i] *= dom;
1210                                        /* outgoing projected solid angles */
1211        hemi_total = .0;
1212        for (o = dp->nout; o--; ) {
1213                dom = getBSDF_outohm(dp,o);
1214                if (dom <= 0) {
1215                        error(WARNING, "zero/negative outgoing solid angle");
1216                        continue;
1217                }
1218                if (!getBSDF_outvec(v,dp,o) || v[2] < -FTINY) {
1219                        error(WARNING, "illegal outgoing BSDF direction");
1220                        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
1221                        return(0);
1222                }
1223                hemi_total += omega_oarr[o] = dom * v[2];
1224        }
1225        if ((hemi_total > 1.02*PI) | (hemi_total < 0.98*PI)) {
1226                sprintf(errmsg, "outgoing BSDF hemisphere off by %.1f%%",
1227                                100.*(hemi_total/PI - 1.));
1228                error(WARNING, errmsg);
1229        }
1230        dom = PI / hemi_total;          /* fix normalization */
1231        for (o = dp->nout; o--; )
1232                omega_oarr[o] *= dom;
1233        nneg = 0;                       /* check outgoing totals */
1234        for (i = 0; i < dp->ninc; i++) {
1235                hemi_total = .0;
1236                for (o = dp->nout; o--; ) {
1237                        double  f = BSDF_value(dp,i,o);
1238                        if (f >= 0)
1239                                hemi_total += f*omega_oarr[o];
1240                        else {
1241                                nneg += (f < -FTINY);
1242                                BSDF_value(dp,i,o) = .0f;
1243                        }
1244                }
1245                if (hemi_total > 1.01) {
1246                        sprintf(errmsg,
1247                        "incoming BSDF direction %d passes %.1f%% of light",
1248                                        i, 100.*hemi_total);
1249                        error(WARNING, errmsg);
1250                }
1251        }
1252        if (nneg) {
1253                sprintf(errmsg, "%d negative BSDF values (ignored)", nneg);
1254                error(WARNING, errmsg);
1255        }
1256        full_total = .0;                /* reverse roles and check again */
1257        for (o = 0; o < dp->nout; o++) {
1258                hemi_total = .0;
1259                for (i = dp->ninc; i--; )
1260                        hemi_total += BSDF_value(dp,i,o) * omega_iarr[i];
1261
1262                if (hemi_total > 1.01) {
1263                        sprintf(errmsg,
1264                        "outgoing BSDF direction %d collects %.1f%% of light",
1265                                        o, 100.*hemi_total);
1266                        error(WARNING, errmsg);
1267                }
1268                full_total += hemi_total*omega_oarr[o];
1269        }
1270        full_total /= PI;
1271        if (full_total > 1.00001) {
1272                sprintf(errmsg, "BSDF transfers %.4f%% of light",
1273                                100.*full_total);
1274                error(WARNING, errmsg);
1275        }
1276        free(omega_iarr); free(omega_oarr);
1277        return(1);
1278 }
1279
1280
1281 struct BSDF_data *
1282 load_BSDF(              /* load BSDF data from file */
1283        char *fname
1284 )
1285 {
1286        char                    *path;
1287        ezxml_t                 fl, wtl, wld, wdb;
1288        struct BSDF_data        *dp;
1289        
1290        path = getpath(fname, getrlibpath(), R_OK);
1291        if (path == NULL) {
1292                sprintf(errmsg, "cannot find BSDF file \"%s\"", fname);
1293                error(WARNING, errmsg);
1294                return(NULL);
1295        }
1296        fl = ezxml_parse_file(path);
1297        if (fl == NULL) {
1298                sprintf(errmsg, "cannot open BSDF \"%s\"", path);
1299                error(WARNING, errmsg);
1300                return(NULL);
1301        }
1302        if (ezxml_error(fl)[0]) {
1303                sprintf(errmsg, "BSDF \"%s\" %s", path, ezxml_error(fl));
1304                error(WARNING, errmsg);
1305                ezxml_free(fl);
1306                return(NULL);
1307        }
1308        if (strcmp(ezxml_name(fl), "WindowElement")) {
1309                sprintf(errmsg,
1310                        "BSDF \"%s\": top level node not 'WindowElement'",
1311                                path);
1312                error(WARNING, errmsg);
1313                ezxml_free(fl);
1314                return(NULL);
1315        }
1316        wtl = ezxml_child(ezxml_child(fl, "Optical"), "Layer");
1317        if (strcasecmp(ezxml_txt(ezxml_child(ezxml_child(wtl,
1318                        "DataDefinition"), "IncidentDataStructure")),
1319                        "Columns")) {
1320                sprintf(errmsg,
1321                        "BSDF \"%s\": unsupported IncidentDataStructure",
1322                                path);
1323                error(WARNING, errmsg);
1324                ezxml_free(fl);
1325                return(NULL);
1326        }              
1327        load_angle_basis(ezxml_child(ezxml_child(wtl,
1328                                "DataDefinition"), "AngleBasis"));
1329        dp = (struct BSDF_data *)calloc(1, sizeof(struct BSDF_data));
1330        load_geometry(dp, ezxml_child(wtl, "Material"));
1331        for (wld = ezxml_child(wtl, "WavelengthData");
1332                                wld != NULL; wld = wld->next) {
1333                if (strcasecmp(ezxml_txt(ezxml_child(wld,"Wavelength")),
1334                                "Visible"))
1335                        continue;
1336                for (wdb = ezxml_child(wld, "WavelengthDataBlock");
1337                                wdb != NULL; wdb = wdb->next)
1338                        if (!strcasecmp(ezxml_txt(ezxml_child(wdb,
1339                                        "WavelengthDataDirection")),
1340                                        "Transmission Front"))
1341                                break;
1342                if (wdb != NULL) {              /* load front BTDF */
1343                        load_bsdf_data(dp, wdb);
1344                        break;                  /* ignore the rest */
1345                }
1346        }
1347        ezxml_free(fl);                         /* done with XML file */
1348        if (!check_bsdf_data(dp)) {
1349                sprintf(errmsg, "bad/missing BTDF data in \"%s\"", path);
1350                error(WARNING, errmsg);
1351                free_BSDF(dp);
1352                dp = NULL;
1353        }
1354        return(dp);
1355 }
1356
1357
1358 void
1359 free_BSDF(              /* free BSDF data structure */
1360        struct BSDF_data *b
1361 )
1362 {
1363        if (b == NULL)
1364                return;
1365        if (b->mgf != NULL)
1366                free(b->mgf);
1367        if (b->bsdf != NULL)
1368                free(b->bsdf);
1369        free(b);
1370 }
1371
1372
1373 int
1374 r_BSDF_incvec(          /* compute random input vector at given location */
1375        FVECT v,
1376        struct BSDF_data *b,
1377        int i,
1378        double rv,
1379        MAT4 xm
1380 )
1381 {
1382        FVECT   pert;
1383        double  rad;
1384        int     j;
1385        
1386        if (!getBSDF_incvec(v, b, i))
1387                return(0);
1388        rad = sqrt(getBSDF_incohm(b, i) / PI);
1389        multisamp(pert, 3, rv);
1390        for (j = 0; j < 3; j++)
1391                v[j] += rad*(2.*pert[j] - 1.);
1392        if (xm != NULL)
1393                multv3(v, v, xm);
1394        return(normalize(v) != 0.0);
1395 }
1396
1397
1398 int
1399 r_BSDF_outvec(          /* compute random output vector at given location */
1400        FVECT v,
1401        struct BSDF_data *b,
1402        int o,
1403        double rv,
1404        MAT4 xm
1405 )
1406 {
1407        FVECT   pert;
1408        double  rad;
1409        int     j;
1410        
1411        if (!getBSDF_outvec(v, b, o))
1412                return(0);
1413        rad = sqrt(getBSDF_outohm(b, o) / PI);
1414        multisamp(pert, 3, rv);
1415        for (j = 0; j < 3; j++)
1416                v[j] += rad*(2.*pert[j] - 1.);
1417        if (xm != NULL)
1418                multv3(v, v, xm);
1419        return(normalize(v) != 0.0);
1420 }
1421
1422
1423 static int
1424 addrot(                 /* compute rotation (x,y,z) => (xp,yp,zp) */
1425        char *xfarg[],
1426        FVECT xp,
1427        FVECT yp,
1428        FVECT zp
1429 )
1430 {
1431        static char     bufs[3][16];
1432        int     bn = 0;
1433        char    **xfp = xfarg;
1434        double  theta;
1435
1436        if (yp[2]*yp[2] + zp[2]*zp[2] < 2.*FTINY*FTINY) {
1437                /* Special case for X' along Z-axis */
1438                theta = -atan2(yp[0], yp[1]);
1439                *xfp++ = "-ry";
1440                *xfp++ = xp[2] < 0.0 ? "90" : "-90";
1441                *xfp++ = "-rz";
1442                sprintf(bufs[bn], "%f", theta*(180./PI));
1443                *xfp++ = bufs[bn++];
1444                return(xfp - xfarg);
1445        }
1446        theta = atan2(yp[2], zp[2]);
1447        if (!FEQ(theta,0.0)) {
1448                *xfp++ = "-rx";
1449                sprintf(bufs[bn], "%f", theta*(180./PI));
1450                *xfp++ = bufs[bn++];
1451        }
1452        theta = asin(-xp[2]);
1453        if (!FEQ(theta,0.0)) {
1454                *xfp++ = "-ry";
1455                sprintf(bufs[bn], " %f", theta*(180./PI));
1456                *xfp++ = bufs[bn++];
1457        }
1458        theta = atan2(xp[1], xp[0]);
1459        if (!FEQ(theta,0.0)) {
1460                *xfp++ = "-rz";
1461                sprintf(bufs[bn], "%f", theta*(180./PI));
1462                *xfp++ = bufs[bn++];
1463        }
1464        *xfp = NULL;
1465        return(xfp - xfarg);
1466 }
1467
1468
1469 int
1470 getBSDF_xfm(            /* compute BSDF orient. -> world orient. transform */
1471        MAT4 xm,
1472        FVECT nrm,
1473        UpDir ud,
1474        char *xfbuf
1475 )
1476 {
1477        char    *xfargs[7];
1478        XF      myxf;
1479        FVECT   updir, xdest, ydest;
1480        int     i;
1481
1482        updir[0] = updir[1] = updir[2] = 0.;
1483        switch (ud) {
1484        case UDzneg:
1485                updir[2] = -1.;
1486                break;
1487        case UDyneg:
1488                updir[1] = -1.;
1489                break;
1490        case UDxneg:
1491                updir[0] = -1.;
1492                break;
1493        case UDxpos:
1494                updir[0] = 1.;
1495                break;
1496        case UDypos:
1497                updir[1] = 1.;
1498                break;
1499        case UDzpos:
1500                updir[2] = 1.;
1501                break;
1502        case UDunknown:
1503                return(0);
1504        }
1505        fcross(xdest, updir, nrm);
1506        if (normalize(xdest) == 0.0)
1507                return(0);
1508        fcross(ydest, nrm, xdest);
1509        xf(&myxf, addrot(xfargs, xdest, ydest, nrm), xfargs);
1510        copymat4(xm, myxf.xfm);
1511        if (xfbuf == NULL)
1512                return(1);
1513                                /* return xf arguments as well */
1514        for (i = 0; xfargs[i] != NULL; i++) {
1515                *xfbuf++ = ' ';
1516                strcpy(xfbuf, xfargs[i]);
1517                while (*xfbuf) ++xfbuf;
1518        }
1519        return(1);
1520 }
1521
1522 /*######### END DEPRECATED ROUTINES #######*/
1523 /*################################################################*/

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