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

Comparing ray/src/common/bsdf_t.c (file contents):
Revision 3.2 by greg, Fri Feb 18 00:41:44 2011 UTC vs.
Revision 3.12 by greg, Sun May 1 16:34:37 2011 UTC

# Line 10 | Line 10 | static const char RCSid[] = "$Id$";
10   *
11   */
12  
13 < #include <stdio.h>
13 > #include "rtio.h"
14   #include <stdlib.h>
15 + #include <math.h>
16 + #include <ctype.h>
17   #include "ezxml.h"
18   #include "bsdf.h"
19   #include "bsdf_t.h"
20 + #include "hilbert.h"
21  
22 + /* Callback function type for SDtraverseTre() */
23 + typedef int     SDtreCallback(float val, const double *cmin,
24 +                                        double csiz, void *cptr);
25 +
26 +                                        /* reference width maximum (1.0) */
27 + static const unsigned   iwbits = sizeof(unsigned)*4;
28 + static const unsigned   iwmax = (1<<(sizeof(unsigned)*4))-1;
29 +                                        /* maximum cumulative value */
30 + static const unsigned   cumlmax = ~0;
31 +
32 + /* Struct used for our distribution-building callback */
33 + typedef struct {
34 +        int             nic;            /* number of input coordinates */
35 +        unsigned        alen;           /* current array length */
36 +        unsigned        nall;           /* number of allocated entries */
37 +        unsigned        wmin;           /* minimum square size so far */
38 +        unsigned        wmax;           /* maximum square size */
39 +        struct outdir_s {
40 +                unsigned        hent;           /* entering Hilbert index */
41 +                int             wid;            /* this square size */
42 +                float           bsdf;           /* BSDF for this square */
43 +        }               *darr;          /* output direction array */
44 + } SDdistScaffold;
45 +
46   /* Allocate a new scattering distribution node */
47   static SDNode *
48   SDnewNode(int nd, int lg)
# Line 33 | Line 60 | SDnewNode(int nd, int lg)
60          }
61          if (lg < 0) {
62                  st = (SDNode *)malloc(sizeof(SDNode) +
63 <                                ((1<<nd) - 1)*sizeof(st->u.t[0]));
64 <                if (st != NULL)
65 <                        memset(st->u.t, 0, (1<<nd)*sizeof(st->u.t[0]));
66 <        } else
63 >                                sizeof(st->u.t[0])*((1<<nd) - 1));
64 >                if (st == NULL) {
65 >                        sprintf(SDerrorDetail,
66 >                                "Cannot allocate %d branch BSDF tree", 1<<nd);
67 >                        return NULL;
68 >                }
69 >                memset(st->u.t, 0, sizeof(st->u.t[0])<<nd);
70 >        } else {
71                  st = (SDNode *)malloc(sizeof(SDNode) +
72 <                                ((1 << nd*lg) - 1)*sizeof(st->u.v[0]));
73 <                
43 <        if (st == NULL) {
44 <                if (lg < 0)
72 >                                sizeof(st->u.v[0])*((1 << nd*lg) - 1));        
73 >                if (st == NULL) {
74                          sprintf(SDerrorDetail,
46 –                                "Cannot allocate %d branch BSDF tree", nd);
47 –                else
48 –                        sprintf(SDerrorDetail,
75                                  "Cannot allocate %d BSDF leaves", 1 << nd*lg);
76 <                return NULL;
76 >                        return NULL;
77 >                }
78          }
79          st->ndim = nd;
80          st->log2GR = lg;
# Line 56 | Line 83 | SDnewNode(int nd, int lg)
83  
84   /* Free an SD tree */
85   static void
86 < SDfreeTree(void *p)
86 > SDfreeTre(SDNode *st)
87   {
88 <        SDNode  *st = (SDNode *)p;
62 <        int     i;
88 >        int     n;
89  
90          if (st == NULL)
91                  return;
92 <        for (i = (st->log2GR < 0) << st->ndim; i--; )
93 <                SDfreeTree(st->u.t[i]);
92 >        for (n = (st->log2GR < 0) << st->ndim; n--; )
93 >                SDfreeTre(st->u.t[n]);
94          free((void *)st);
95   }
96  
97 + /* Free a variable-resolution BSDF */
98 + static void
99 + SDFreeBTre(void *p)
100 + {
101 +        SDTre   *sdt = (SDTre *)p;
102 +
103 +        if (sdt == NULL)
104 +                return;
105 +        SDfreeTre(sdt->st);
106 +        free(sdt);
107 + }
108 +
109 + /* Fill branch's worth of grid values from subtree */
110 + static void
111 + fill_grid_branch(float *dptr, const float *sptr, int nd, int shft)
112 + {
113 +        unsigned        n = 1 << (shft-1);
114 +
115 +        if (!--nd) {                    /* end on the line */
116 +                memcpy(dptr, sptr, sizeof(*dptr)*n);
117 +                return;
118 +        }
119 +        while (n--)                     /* recurse on each slice */
120 +                fill_grid_branch(dptr + (n << shft*nd),
121 +                                sptr + (n << (shft-1)*nd), nd, shft);
122 + }
123 +
124 + /* Get pointer at appropriate offset for the given branch */
125 + static float *
126 + grid_branch_start(SDNode *st, int n)
127 + {
128 +        unsigned        skipsiz = 1 << st->log2GR;
129 +        float           *vptr = st->u.v;
130 +        int             i;
131 +
132 +        for (i = 0; i < st->ndim; skipsiz <<= st->log2GR)
133 +                if (1<<i++ & n)
134 +                        vptr += skipsiz >> 1;
135 +        return vptr;
136 + }
137 +
138 + /* Simplify (consolidate) a tree by flattening uniform depth regions */
139 + static SDNode *
140 + SDsimplifyTre(SDNode *st)
141 + {
142 +        int             match, n;
143 +
144 +        if (st == NULL)                 /* check for invalid tree */
145 +                return NULL;
146 +        if (st->log2GR >= 0)            /* grid just returns unaltered */
147 +                return st;
148 +        match = 1;                      /* check if grids below match */
149 +        for (n = 0; n < 1<<st->ndim; n++) {
150 +                if ((st->u.t[n] = SDsimplifyTre(st->u.t[n])) == NULL)
151 +                        return NULL;    /* propogate error up call stack */
152 +                match &= (st->u.t[n]->log2GR == st->u.t[0]->log2GR);
153 +        }
154 +        if (match && (match = st->u.t[0]->log2GR) >= 0) {
155 +                SDNode  *stn = SDnewNode(st->ndim, match + 1);
156 +                if (stn == NULL)        /* out of memory? */
157 +                        return st;
158 +                                        /* transfer values to new grid */
159 +                for (n = 1 << st->ndim; n--; )
160 +                        fill_grid_branch(grid_branch_start(stn, n),
161 +                                        st->u.t[n]->u.v, stn->ndim, stn->log2GR);
162 +                SDfreeTre(st);          /* free old tree */
163 +                st = stn;               /* return new one */
164 +        }
165 +        return st;
166 + }
167 +
168 + /* Find smallest leaf in tree */
169 + static double
170 + SDsmallestLeaf(const SDNode *st)
171 + {
172 +        if (st->log2GR < 0) {           /* tree branches */
173 +                double  lmin = 1.;
174 +                int     n;
175 +                for (n = 1<<st->ndim; n--; ) {
176 +                        double  lsiz = SDsmallestLeaf(st->u.t[n]);
177 +                        if (lsiz < lmin)
178 +                                lmin = lsiz;
179 +                }
180 +                return .5*lmin;
181 +        }
182 +                                        /* leaf grid width */
183 +        return 1. / (double)(1 << st->log2GR);
184 + }
185 +
186   /* Add up N-dimensional hypercube array values over the given box */
187   static double
188 < SDiterSum(const float *va, int nd, int siz, const int *imin, const int *imax)
188 > SDiterSum(const float *va, int nd, int shft, const int *imin, const int *imax)
189   {
190 +        const unsigned  skipsiz = 1 << --nd*shft;
191          double          sum = .0;
76 –        unsigned        skipsiz = 1;
192          int             i;
193          
79 –        for (i = nd; --i > 0; )
80 –                skipsiz *= siz;
194          if (skipsiz == 1)
195                  for (i = *imin; i < *imax; i++)
196                          sum += va[i];
197          else
198                  for (i = *imin; i < *imax; i++)
199 <                        sum += SDiterSum(va + i*skipsiz,
87 <                                        nd-1, siz, imin+1, imax+1);
199 >                        sum += SDiterSum(va + i*skipsiz, nd, shft, imin+1, imax+1);
200          return sum;
201   }
202  
203   /* Average BSDF leaves over an orthotope defined by the unit hypercube */
204   static double
205 < SDavgBox(const SDNode *st, const double *bmin, const double *bmax)
205 > SDavgTreBox(const SDNode *st, const double *bmin, const double *bmax)
206   {
207          int             imin[SD_MAXDIM], imax[SD_MAXDIM];
208          unsigned        n;
# Line 125 | Line 237 | SDavgBox(const SDNode *st, const double *bmin, const d
237                                  w *= sbmax[i] - sbmin[i];
238                          }
239                          if (w > 1e-10) {
240 <                                sum += w * SDavgBox(st->u.t[n], sbmin, sbmax);
240 >                                sum += w * SDavgTreBox(st->u.t[n], sbmin, sbmax);
241                                  wsum += w;
242                          }
243                  }
# Line 133 | Line 245 | SDavgBox(const SDNode *st, const double *bmin, const d
245          }
246          n = 1;                          /* iterate over leaves */
247          for (i = st->ndim; i--; ) {
248 <                imin[i] = (bmin[i] <= .0) ? 0
248 >                imin[i] = (bmin[i] <= 0) ? 0
249                                  : (int)((1 << st->log2GR)*bmin[i]);
250                  imax[i] = (bmax[i] >= 1.) ? (1 << st->log2GR)
251                                  : (int)((1 << st->log2GR)*bmax[i] + .999999);
# Line 142 | Line 254 | SDavgBox(const SDNode *st, const double *bmin, const d
254          if (!n)
255                  return .0;
256          
257 <        return SDiterSum(st->u.v, st->ndim, 1 << st->log2GR, imin, imax) /
146 <                        (double)n;
257 >        return SDiterSum(st->u.v, st->ndim, st->log2GR, imin, imax) / (double)n;
258   }
259  
260 + /* Recursive call for SDtraverseTre() */
261 + static int
262 + SDdotravTre(const SDNode *st, const double *pos, int cmask,
263 +                                SDtreCallback *cf, void *cptr,
264 +                                const double *cmin, double csiz)
265 + {
266 +        int     rv, rval = 0;
267 +        double  bmin[SD_MAXDIM];
268 +        int     i, n;
269 +                                        /* in branches? */
270 +        if (st->log2GR < 0) {
271 +                unsigned        skipmask = 0;
272 +
273 +                csiz *= .5;
274 +                for (i = st->ndim; i--; )
275 +                        if (1<<i & cmask)
276 +                                if (pos[i] < cmin[i] + csiz)
277 +                                        for (n = 1 << st->ndim; n--; )
278 +                                                if (n & 1<<i)
279 +                                                        skipmask |= 1<<n;
280 +                                else
281 +                                        for (n = 1 << st->ndim; n--; )
282 +                                                if (!(n & 1<<i))
283 +                                                        skipmask |= 1<<n;
284 +                for (n = 1 << st->ndim; n--; ) {
285 +                        if (1<<n & skipmask)
286 +                                continue;
287 +                        for (i = st->ndim; i--; )
288 +                                if (1<<i & n)
289 +                                        bmin[i] = cmin[i] + csiz;
290 +                                else
291 +                                        bmin[i] = cmin[i];
292 +
293 +                        rval += rv = SDdotravTre(st->u.t[n], pos, cmask,
294 +                                                        cf, cptr, bmin, csiz);
295 +                        if (rv < 0)
296 +                                return rv;
297 +                }
298 +        } else {                        /* else traverse leaves */
299 +                int     clim[SD_MAXDIM][2];
300 +                int     cpos[SD_MAXDIM];
301 +
302 +                if (st->log2GR == 0)    /* short cut */
303 +                        return (*cf)(st->u.v[0], cmin, csiz, cptr);
304 +
305 +                csiz /= (double)(1 << st->log2GR);
306 +                                        /* assign coord. ranges */
307 +                for (i = st->ndim; i--; )
308 +                        if (1<<i & cmask) {
309 +                                clim[i][0] = (pos[i] - cmin[i])/csiz;
310 +                                        /* check overflow from f.p. error */
311 +                                clim[i][0] -= clim[i][0] >> st->log2GR;
312 +                                clim[i][1] = clim[i][0] + 1;
313 +                        } else {
314 +                                clim[i][0] = 0;
315 +                                clim[i][1] = 1 << st->log2GR;
316 +                        }
317 +                                        /* fill in unused dimensions */
318 +                for (i = SD_MAXDIM; i-- > st->ndim; ) {
319 +                        clim[i][0] = 0; clim[i][1] = 1;
320 +                }
321 + #if (SD_MAXDIM == 4)
322 +                bmin[0] = cmin[0] + csiz*clim[0][0];
323 +                for (cpos[0] = clim[0][0]; cpos[0] < clim[0][1]; cpos[0]++) {
324 +                    bmin[1] = cmin[1] + csiz*clim[1][0];
325 +                    for (cpos[1] = clim[1][0]; cpos[1] < clim[1][1]; cpos[1]++) {
326 +                        bmin[2] = cmin[2] + csiz*clim[2][0];
327 +                        for (cpos[2] = clim[2][0]; cpos[2] < clim[2][1]; cpos[2]++) {
328 +                            bmin[3] = cmin[3] + csiz*(cpos[3] = clim[3][0]);
329 +                            n = cpos[0];
330 +                            for (i = 1; i < st->ndim; i++)
331 +                                n = (n << st->log2GR) + cpos[i];
332 +                            for ( ; cpos[3] < clim[3][1]; cpos[3]++) {
333 +                                rval += rv = (*cf)(st->u.v[n++], bmin, csiz, cptr);
334 +                                if (rv < 0)
335 +                                    return rv;
336 +                                bmin[3] += csiz;
337 +                            }
338 +                            bmin[2] += csiz;
339 +                        }
340 +                        bmin[1] += csiz;
341 +                    }
342 +                    bmin[0] += csiz;
343 +                }
344 + #else
345 +        _!_ "broken code segment!"
346 + #endif
347 +        }
348 +        return rval;
349 + }
350 +
351 + /* Traverse a tree, visiting nodes in a slice that fits partial position */
352 + static int
353 + SDtraverseTre(const SDNode *st, const double *pos, int cmask,
354 +                                SDtreCallback *cf, void *cptr)
355 + {
356 +        static double   czero[SD_MAXDIM];
357 +        int             i;
358 +                                        /* check arguments */
359 +        if ((st == NULL) | (cf == NULL))
360 +                return -1;
361 +        for (i = st->ndim; i--; )
362 +                if (1<<i & cmask && (pos[i] < 0) | (pos[i] >= 1.))
363 +                        return -1;
364 +
365 +        return SDdotravTre(st, pos, cmask, cf, cptr, czero, 1.);
366 + }
367 +
368 + /* Look up tree value at the given grid position */
369 + static float
370 + SDlookupTre(const SDNode *st, const double *pos, double *hcube)
371 + {
372 +        double  spos[SD_MAXDIM];
373 +        int     i, n, t;
374 +                                        /* initialize voxel return */
375 +        if (hcube) {
376 +                hcube[i = st->ndim] = 1.;
377 +                while (i--)
378 +                        hcube[i] = .0;
379 +        }
380 +                                        /* climb the tree */
381 +        while (st->log2GR < 0) {
382 +                n = 0;                  /* move to appropriate branch */
383 +                if (hcube) hcube[st->ndim] *= .5;
384 +                for (i = st->ndim; i--; ) {
385 +                        spos[i] = 2.*pos[i];
386 +                        t = (spos[i] >= 1.);
387 +                        n |= t<<i;
388 +                        spos[i] -= (double)t;
389 +                        if (hcube) hcube[i] += (double)t * hcube[st->ndim];
390 +                }
391 +                st = st->u.t[n];        /* avoids tail recursion */
392 +                pos = spos;
393 +        }
394 +        if (st->log2GR == 0)            /* short cut */
395 +                return st->u.v[0];
396 +        n = t = 0;                      /* find grid array index */
397 +        for (i = st->ndim; i--; ) {
398 +                n += (int)((1<<st->log2GR)*pos[i]) << t;
399 +                t += st->log2GR;
400 +        }
401 +        if (hcube) {                    /* compute final hypercube */
402 +                hcube[st->ndim] /= (double)(1<<st->log2GR);
403 +                for (i = st->ndim; i--; )
404 +                        hcube[i] += floor((1<<st->log2GR)*pos[i])*hcube[st->ndim];
405 +        }
406 +        return st->u.v[n];              /* no interpolation */
407 + }
408 +
409 + /* Query BSDF value and sample hypercube for the given vectors */
410 + static float
411 + SDqueryTre(const SDTre *sdt, const FVECT outVec, const FVECT inVec, double *hc)
412 + {
413 +        static const FVECT      zvec = {.0, .0, 1.};
414 +        FVECT                   rOutVec;
415 +        double                  gridPos[4];
416 +
417 +        switch (sdt->sidef) {           /* whose side are you on? */
418 +        case SD_UFRONT:
419 +                if ((outVec[2] < 0) | (inVec[2] < 0))
420 +                        return -1.;
421 +                break;
422 +        case SD_UBACK:
423 +                if ((outVec[2] > 0) | (inVec[2] > 0))
424 +                        return -1.;
425 +                break;
426 +        case SD_XMIT:
427 +                if ((outVec[2] > 0) == (inVec[2] > 0))
428 +                        return -1.;
429 +                break;
430 +        default:
431 +                return -1.;
432 +        }
433 +                                        /* convert vector coordinates */
434 +        if (sdt->st->ndim == 3) {
435 +                spinvector(rOutVec, outVec, zvec, -atan2(inVec[1],inVec[0]));
436 +                gridPos[0] = .5 - .5*sqrt(inVec[0]*inVec[0] + inVec[1]*inVec[1]);
437 +                SDdisk2square(gridPos+1, rOutVec[0], rOutVec[1]);
438 +        } else if (sdt->st->ndim == 4) {
439 +                SDdisk2square(gridPos, -inVec[0], -inVec[1]);
440 +                SDdisk2square(gridPos+2, outVec[0], outVec[1]);
441 +        } else
442 +                return -1.;             /* should be internal error */
443 +
444 +        return SDlookupTre(sdt->st, gridPos, hc);
445 + }
446 +
447 + /* Compute non-diffuse component for variable-resolution BSDF */
448 + static int
449 + SDgetTreBSDF(float coef[SDmaxCh], const FVECT outVec,
450 +                                const FVECT inVec, SDComponent *sdc)
451 + {
452 +                                        /* check arguments */
453 +        if ((coef == NULL) | (outVec == NULL) | (inVec == NULL) | (sdc == NULL)
454 +                                || sdc->dist == NULL)
455 +                return 0;
456 +                                        /* get nearest BSDF value */
457 +        coef[0] = SDqueryTre((SDTre *)sdc->dist, outVec, inVec, NULL);
458 +        return (coef[0] >= 0);          /* monochromatic for now */
459 + }
460 +
461 + /* Callback to build cumulative distribution using SDtraverseTre() */
462 + static int
463 + build_scaffold(float val, const double *cmin, double csiz, void *cptr)
464 + {
465 +        SDdistScaffold  *sp = (SDdistScaffold *)cptr;
466 +        int             wid = csiz*(double)iwmax + .5;
467 +        bitmask_t       bmin[2], bmax[2];
468 +
469 +        cmin += sp->nic;                /* skip to output coords */
470 +        if (wid < sp->wmin)             /* new minimum width? */
471 +                sp->wmin = wid;
472 +        if (wid > sp->wmax)             /* new maximum? */
473 +                sp->wmax = wid;
474 +        if (sp->alen >= sp->nall) {     /* need more space? */
475 +                struct outdir_s *ndarr;
476 +                sp->nall += 1024;
477 +                ndarr = (struct outdir_s *)realloc(sp->darr,
478 +                                        sizeof(struct outdir_s)*sp->nall);
479 +                if (ndarr == NULL) {
480 +                        sprintf(SDerrorDetail,
481 +                                "Cannot grow scaffold to %u entries", sp->nall);
482 +                        return -1;      /* abort build */
483 +                }
484 +                sp->darr = ndarr;
485 +        }
486 +                                        /* find Hilbert entry index */
487 +        bmin[0] = cmin[0]*(double)iwmax + .5;
488 +        bmin[1] = cmin[1]*(double)iwmax + .5;
489 +        bmax[0] = bmin[0] + wid-1;
490 +        bmax[1] = bmin[1] + wid-1;
491 +        hilbert_box_vtx(2, sizeof(bitmask_t), iwbits, 1, bmin, bmax);
492 +        sp->darr[sp->alen].hent = hilbert_c2i(2, iwbits, bmin);
493 +        sp->darr[sp->alen].wid = wid;
494 +        sp->darr[sp->alen].bsdf = val;
495 +        sp->alen++;                     /* on to the next entry */
496 +        return 0;
497 + }
498 +
499 + /* Scaffold comparison function for qsort -- ascending Hilbert index */
500 + static int
501 + sscmp(const void *p1, const void *p2)
502 + {
503 +        unsigned        h1 = (*(const struct outdir_s *)p1).hent;
504 +        unsigned        h2 = (*(const struct outdir_s *)p2).hent;
505 +
506 +        if (h1 > h2)
507 +                return 1;
508 +        if (h1 < h2)
509 +                return -1;
510 +        return 0;
511 + }
512 +
513 + /* Create a new cumulative distribution for the given input direction */
514 + static SDTreCDst *
515 + make_cdist(const SDTre *sdt, const double *pos)
516 + {
517 +        SDdistScaffold  myScaffold;
518 +        SDTreCDst       *cd;
519 +        struct outdir_s *sp;
520 +        double          scale, cursum;
521 +        int             i;
522 +                                        /* initialize scaffold */
523 +        myScaffold.wmin = iwmax;
524 +        myScaffold.wmax = 0;
525 +        myScaffold.nic = sdt->st->ndim - 2;
526 +        myScaffold.alen = 0;
527 +        myScaffold.nall = 512;
528 +        myScaffold.darr = (struct outdir_s *)malloc(sizeof(struct outdir_s) *
529 +                                                        myScaffold.nall);
530 +        if (myScaffold.darr == NULL)
531 +                return NULL;
532 +                                        /* grow the distribution */
533 +        if (SDtraverseTre(sdt->st, pos, (1<<myScaffold.nic)-1,
534 +                                &build_scaffold, &myScaffold) < 0) {
535 +                free(myScaffold.darr);
536 +                return NULL;
537 +        }
538 +                                        /* allocate result holder */
539 +        cd = (SDTreCDst *)malloc(sizeof(SDTreCDst) +
540 +                                sizeof(cd->carr[0])*myScaffold.alen);
541 +        if (cd == NULL) {
542 +                sprintf(SDerrorDetail,
543 +                        "Cannot allocate %u entry cumulative distribution",
544 +                                myScaffold.alen);
545 +                free(myScaffold.darr);
546 +                return NULL;
547 +        }
548 +                                        /* sort the distribution */
549 +        qsort(myScaffold.darr, cd->calen = myScaffold.alen,
550 +                                sizeof(struct outdir_s), &sscmp);
551 +
552 +                                        /* record input range */
553 +        scale = myScaffold.wmin / (double)iwmax;
554 +        for (i = myScaffold.nic; i--; ) {
555 +                cd->clim[i][0] = floor(pos[i]/scale) * scale;
556 +                cd->clim[i][1] = cd->clim[i][0] + scale;
557 +        }
558 +        cd->max_psa = myScaffold.wmax / (double)iwmax;
559 +        cd->max_psa *= cd->max_psa * M_PI;
560 +        cd->sidef = sdt->sidef;
561 +        cd->cTotal = 1e-20;             /* compute directional total */
562 +        sp = myScaffold.darr;
563 +        for (i = myScaffold.alen; i--; sp++)
564 +                cd->cTotal += sp->bsdf * (double)sp->wid * sp->wid;
565 +        cursum = .0;                    /* go back and get cumulative values */
566 +        scale = (double)cumlmax / cd->cTotal;
567 +        sp = myScaffold.darr;
568 +        for (i = 0; i < cd->calen; i++, sp++) {
569 +                cd->carr[i].hndx = sp->hent;
570 +                cd->carr[i].cuml = scale*cursum + .5;
571 +                cursum += sp->bsdf * (double)sp->wid * sp->wid;
572 +        }
573 +        cd->carr[i].hndx = ~0;          /* make final entry */
574 +        cd->carr[i].cuml = cumlmax;
575 +        cd->cTotal *= M_PI/(double)iwmax/iwmax;
576 +                                        /* all done, clean up and return */
577 +        free(myScaffold.darr);
578 +        return cd;
579 + }
580 +
581 + /* Find or allocate a cumulative distribution for the given incoming vector */
582 + const SDCDst *
583 + SDgetTreCDist(const FVECT inVec, SDComponent *sdc)
584 + {
585 +        const SDTre     *sdt;
586 +        double          inCoord[2];
587 +        int             vflags;
588 +        int             i;
589 +        SDTreCDst       *cd, *cdlast;
590 +                                        /* check arguments */
591 +        if ((inVec == NULL) | (sdc == NULL) ||
592 +                        (sdt = (SDTre *)sdc->dist) == NULL)
593 +                return NULL;
594 +        if (sdt->st->ndim == 3)         /* isotropic BSDF? */
595 +                inCoord[0] = .5 - .5*sqrt(inVec[0]*inVec[0] + inVec[1]*inVec[1]);
596 +        else if (sdt->st->ndim == 4)
597 +                SDdisk2square(inCoord, -inVec[0], -inVec[1]);
598 +        else
599 +                return NULL;            /* should be internal error */
600 +        cdlast = NULL;                  /* check for direction in cache list */
601 +        for (cd = (SDTreCDst *)sdc->cdList; cd != NULL;
602 +                                cdlast = cd, cd = (SDTreCDst *)cd->next) {
603 +                for (i = sdt->st->ndim - 2; i--; )
604 +                        if ((cd->clim[i][0] > inCoord[i]) |
605 +                                        (inCoord[i] >= cd->clim[i][1]))
606 +                                break;
607 +                if (i < 0)
608 +                        break;          /* means we have a match */
609 +        }
610 +        if (cd == NULL)                 /* need to create new entry? */
611 +                cdlast = cd = make_cdist(sdt, inCoord);
612 +        if (cdlast != NULL) {           /* move entry to head of cache list */
613 +                cdlast->next = cd->next;
614 +                cd->next = sdc->cdList;
615 +                sdc->cdList = (SDCDst *)cd;
616 +        }
617 +        return (SDCDst *)cd;            /* ready to go */
618 + }
619 +
620 + /* Query solid angle for vector(s) */
621 + static SDError
622 + SDqueryTreProjSA(double *psa, const FVECT v1, const RREAL *v2,
623 +                                        int qflags, SDComponent *sdc)
624 + {
625 +        double          myPSA[2];
626 +                                        /* check arguments */
627 +        if ((psa == NULL) | (v1 == NULL) | (sdc == NULL) ||
628 +                                sdc->dist == NULL)
629 +                return SDEargument;
630 +                                        /* get projected solid angle(s) */
631 +        if (v2 != NULL) {
632 +                const SDTre     *sdt = (SDTre *)sdc->dist;
633 +                double          hcube[SD_MAXDIM];
634 +                if (SDqueryTre(sdt, v1, v2, hcube) < 0) {
635 +                        strcpy(SDerrorDetail, "Bad call to SDqueryTreProjSA");
636 +                        return SDEinternal;
637 +                }
638 +                myPSA[0] = hcube[sdt->st->ndim];
639 +                myPSA[1] = myPSA[0] *= myPSA[0] * M_PI;
640 +        } else {
641 +                const SDTreCDst *cd = (const SDTreCDst *)SDgetTreCDist(v1, sdc);
642 +                if (cd == NULL)
643 +                        return SDEmemory;
644 +                myPSA[0] = M_PI * (cd->clim[0][1] - cd->clim[0][0]) *
645 +                                (cd->clim[1][1] - cd->clim[1][0]);
646 +                myPSA[1] = cd->max_psa;
647 +        }
648 +        switch (qflags) {               /* record based on flag settings */
649 +        case SDqueryVal:
650 +                *psa = myPSA[0];
651 +                break;
652 +        case SDqueryMax:
653 +                if (myPSA[1] > *psa)
654 +                        *psa = myPSA[1];
655 +                break;
656 +        case SDqueryMin+SDqueryMax:
657 +                if (myPSA[1] > psa[1])
658 +                        psa[1] = myPSA[1];
659 +                /* fall through */
660 +        case SDqueryMin:
661 +                if (myPSA[0] < psa[0])
662 +                        psa[0] = myPSA[0];
663 +                break;
664 +        }
665 +        return SDEnone;
666 + }
667 +
668 + /* Sample cumulative distribution */
669 + static SDError
670 + SDsampTreCDist(FVECT ioVec, double randX, const SDCDst *cdp)
671 + {
672 +        const unsigned  nBitsC = 4*sizeof(bitmask_t);
673 +        const unsigned  nExtraBits = 8*(sizeof(bitmask_t)-sizeof(unsigned));
674 +        const SDTreCDst *cd = (const SDTreCDst *)cdp;
675 +        const unsigned  target = randX*cumlmax;
676 +        bitmask_t       hndx, hcoord[2];
677 +        double          gpos[3];
678 +        int             i, iupper, ilower;
679 +                                        /* check arguments */
680 +        if ((ioVec == NULL) | (cd == NULL))
681 +                return SDEargument;
682 +        if (ioVec[2] > 0) {
683 +                if (!(cd->sidef & SD_UFRONT))
684 +                        return SDEargument;
685 +        } else if (!(cd->sidef & SD_UBACK))
686 +                return SDEargument;
687 +                                        /* binary search to find position */
688 +        ilower = 0; iupper = cd->calen;
689 +        while ((i = (iupper + ilower) >> 1) != ilower)
690 +                if ((long)target >= (long)cd->carr[i].cuml)
691 +                        ilower = i;
692 +                else
693 +                        iupper = i;
694 +                                        /* localize random position */
695 +        randX = (randX*cumlmax - cd->carr[ilower].cuml) /
696 +                    (double)(cd->carr[iupper].cuml - cd->carr[ilower].cuml);
697 +                                        /* index in longer Hilbert curve */
698 +        hndx = (randX*cd->carr[iupper].hndx + (1.-randX)*cd->carr[ilower].hndx)
699 +                                * (double)((bitmask_t)1 << nExtraBits);
700 +                                        /* convert Hilbert index to vector */
701 +        hilbert_i2c(2, nBitsC, hndx, hcoord);
702 +        for (i = 2; i--; )
703 +                gpos[i] = ((double)hcoord[i] + rand()*(1./(RAND_MAX+.5))) /
704 +                                (double)((bitmask_t)1 << nBitsC);
705 +        SDsquare2disk(gpos, gpos[0], gpos[1]);
706 +                                        /* compute Z-coordinate */
707 +        gpos[2] = 1. - gpos[0]*gpos[0] - gpos[1]*gpos[1];
708 +        if (gpos[2] > 0)                /* paranoia, I hope */
709 +                gpos[2] = sqrt(gpos[2]);
710 +                                        /* emit from back? */
711 +        if (ioVec[2] > 0 ^ cd->sidef != SD_XMIT)
712 +                gpos[2] = -gpos[2];
713 +        VCOPY(ioVec, gpos);
714 +        return SDEnone;
715 + }
716 +
717 + /* Advance pointer to the next non-white character in the string (or nul) */
718 + static int
719 + next_token(char **spp)
720 + {
721 +        while (isspace(**spp))
722 +                ++*spp;
723 +        return **spp;
724 + }
725 +
726 + /* Advance pointer past matching token (or any token if c==0) */
727 + #define eat_token(spp,c)        (next_token(spp)==(c) ^ !(c) ? *(*(spp))++ : 0)
728 +
729 + /* Count words from this point in string to '}' */
730 + static int
731 + count_values(char *cp)
732 + {
733 +        int     n = 0;
734 +
735 +        while (next_token(&cp) != '}' && *cp) {
736 +                while (!isspace(*cp) & (*cp != ',') & (*cp != '}'))
737 +                        if (!*++cp)
738 +                                break;
739 +                ++n;
740 +                eat_token(&cp, ',');
741 +        }
742 +        return n;
743 + }
744 +
745 + /* Load an array of real numbers, returning total */
746 + static int
747 + load_values(char **spp, float *va, int n)
748 + {
749 +        float   *v = va;
750 +        char    *svnext;
751 +
752 +        while (n-- > 0 && (svnext = fskip(*spp)) != NULL) {
753 +                *v++ = atof(*spp);
754 +                *spp = svnext;
755 +                eat_token(spp, ',');
756 +        }
757 +        return v - va;
758 + }
759 +
760 + /* Load BSDF tree data */
761 + static SDNode *
762 + load_tree_data(char **spp, int nd)
763 + {
764 +        SDNode  *st;
765 +        int     n;
766 +
767 +        if (!eat_token(spp, '{')) {
768 +                strcpy(SDerrorDetail, "Missing '{' in tensor tree");
769 +                return NULL;
770 +        }
771 +        if (next_token(spp) == '{') {   /* tree branches */
772 +                st = SDnewNode(nd, -1);
773 +                if (st == NULL)
774 +                        return NULL;
775 +                for (n = 0; n < 1<<nd; n++)
776 +                        if ((st->u.t[n] = load_tree_data(spp, nd)) == NULL) {
777 +                                SDfreeTre(st);
778 +                                return NULL;
779 +                        }
780 +        } else {                        /* else load value grid */
781 +                int     bsiz;
782 +                n = count_values(*spp); /* see how big the grid is */
783 +                for (bsiz = 0; bsiz < 8*sizeof(size_t)-1; bsiz += nd)
784 +                        if (1<<bsiz == n)
785 +                                break;
786 +                if (bsiz >= 8*sizeof(size_t)) {
787 +                        strcpy(SDerrorDetail, "Illegal value count in tensor tree");
788 +                        return NULL;
789 +                }
790 +                st = SDnewNode(nd, bsiz/nd);
791 +                if (st == NULL)
792 +                        return NULL;
793 +                if (load_values(spp, st->u.v, n) != n) {
794 +                        strcpy(SDerrorDetail, "Real format error in tensor tree");
795 +                        SDfreeTre(st);
796 +                        return NULL;
797 +                }
798 +        }
799 +        if (!eat_token(spp, '}')) {
800 +                strcpy(SDerrorDetail, "Missing '}' in tensor tree");
801 +                SDfreeTre(st);
802 +                return NULL;
803 +        }
804 +        eat_token(spp, ',');
805 +        return st;
806 + }
807 +
808 + /* Compute min. proj. solid angle and max. direct hemispherical scattering */
809 + static SDError
810 + get_extrema(SDSpectralDF *df)
811 + {
812 +        SDNode  *st = (*(SDTre *)df->comp[0].dist).st;
813 +        double  stepWidth, dhemi, bmin[4], bmax[4];
814 +
815 +        stepWidth = SDsmallestLeaf(st);
816 +        df->minProjSA = M_PI*stepWidth*stepWidth;
817 +        if (stepWidth < .03125)
818 +                stepWidth = .03125;     /* 1/32 resolution good enough */
819 +        df->maxHemi = .0;
820 +        if (st->ndim == 3) {            /* isotropic BSDF */
821 +                bmin[1] = bmin[2] = .0;
822 +                bmax[1] = bmax[2] = 1.;
823 +                for (bmin[0] = .0; bmin[0] < .5-FTINY; bmin[0] += stepWidth) {
824 +                        bmax[0] = bmin[0] + stepWidth;
825 +                        dhemi = SDavgTreBox(st, bmin, bmax);
826 +                        if (dhemi > df->maxHemi)
827 +                                df->maxHemi = dhemi;
828 +                }
829 +        } else if (st->ndim == 4) {     /* anisotropic BSDF */
830 +                bmin[2] = bmin[3] = .0;
831 +                bmax[2] = bmax[3] = 1.;
832 +                for (bmin[0] = .0; bmin[0] < 1.-FTINY; bmin[0] += stepWidth) {
833 +                        bmax[0] = bmin[0] + stepWidth;
834 +                        for (bmin[1] = .0; bmin[1] < 1.-FTINY; bmin[1] += stepWidth) {
835 +                                bmax[1] = bmin[1] + stepWidth;
836 +                                dhemi = SDavgTreBox(st, bmin, bmax);
837 +                                if (dhemi > df->maxHemi)
838 +                                        df->maxHemi = dhemi;
839 +                        }
840 +                }
841 +        } else
842 +                return SDEinternal;
843 +                                        /* correct hemispherical value */
844 +        df->maxHemi *= M_PI;
845 +        return SDEnone;
846 + }
847 +
848 + /* Load BSDF distribution for this wavelength */
849 + static SDError
850 + load_bsdf_data(SDData *sd, ezxml_t wdb, int ndim)
851 + {
852 +        SDSpectralDF    *df;
853 +        SDTre           *sdt;
854 +        char            *sdata;
855 +        int             i;
856 +                                        /* allocate BSDF component */
857 +        sdata = ezxml_txt(ezxml_child(wdb, "WavelengthDataDirection"));
858 +        if (!sdata)
859 +                return SDEnone;
860 +        /*
861 +         * Remember that front and back are reversed from WINDOW 6 orientations
862 +         */
863 +        if (!strcasecmp(sdata, "Transmission")) {
864 +                if (sd->tf != NULL)
865 +                        SDfreeSpectralDF(sd->tf);
866 +                if ((sd->tf = SDnewSpectralDF(1)) == NULL)
867 +                        return SDEmemory;
868 +                df = sd->tf;
869 +        } else if (!strcasecmp(sdata, "Reflection Front")) {
870 +                if (sd->rb != NULL)     /* note back-front reversal */
871 +                        SDfreeSpectralDF(sd->rb);
872 +                if ((sd->rb = SDnewSpectralDF(1)) == NULL)
873 +                        return SDEmemory;
874 +                df = sd->rb;
875 +        } else if (!strcasecmp(sdata, "Reflection Back")) {
876 +                if (sd->rf != NULL)     /* note front-back reversal */
877 +                        SDfreeSpectralDF(sd->rf);
878 +                if ((sd->rf = SDnewSpectralDF(1)) == NULL)
879 +                        return SDEmemory;
880 +                df = sd->rf;
881 +        } else
882 +                return SDEnone;
883 +        /* XXX should also check "ScatteringDataType" for consistency? */
884 +                                        /* get angle bases */
885 +        sdata = ezxml_txt(ezxml_child(wdb,"AngleBasis"));
886 +        if (!sdata || strcasecmp(sdata, "LBNL/Shirley-Chiu")) {
887 +                sprintf(SDerrorDetail, "%s angle basis for BSDF '%s'",
888 +                                !sdata ? "Missing" : "Unsupported", sd->name);
889 +                return !sdata ? SDEformat : SDEsupport;
890 +        }
891 +                                        /* allocate BSDF tree */
892 +        sdt = (SDTre *)malloc(sizeof(SDTre));
893 +        if (sdt == NULL)
894 +                return SDEmemory;
895 +        if (df == sd->rf)
896 +                sdt->sidef = SD_UFRONT;
897 +        else if (df == sd->rb)
898 +                sdt->sidef = SD_UBACK;
899 +        else
900 +                sdt->sidef = SD_XMIT;
901 +        sdt->st = NULL;
902 +        df->comp[0].cspec[0] = c_dfcolor; /* XXX monochrome for now */
903 +        df->comp[0].dist = sdt;
904 +        df->comp[0].func = &SDhandleTre;
905 +                                        /* read BSDF data */
906 +        sdata = ezxml_txt(ezxml_child(wdb, "ScatteringData"));
907 +        if (!sdata || !next_token(&sdata)) {
908 +                sprintf(SDerrorDetail, "Missing BSDF ScatteringData in '%s'",
909 +                                sd->name);
910 +                return SDEformat;
911 +        }
912 +        sdt->st = load_tree_data(&sdata, ndim);
913 +        if (sdt->st == NULL)
914 +                return SDEformat;
915 +        if (next_token(&sdata)) {       /* check for unconsumed characters */
916 +                sprintf(SDerrorDetail,
917 +                        "Extra characters at end of ScatteringData in '%s'",
918 +                                sd->name);
919 +                return SDEformat;
920 +        }
921 +                                        /* flatten branches where possible */
922 +        sdt->st = SDsimplifyTre(sdt->st);
923 +        if (sdt->st == NULL)
924 +                return SDEinternal;
925 +        return get_extrema(df);         /* compute global quantities */
926 + }
927 +
928 + /* Find minimum value in tree */
929 + static float
930 + SDgetTreMin(const SDNode *st)
931 + {
932 +        float   vmin = FHUGE;
933 +        int     n;
934 +
935 +        if (st->log2GR < 0) {
936 +                for (n = 1<<st->ndim; n--; ) {
937 +                        float   v = SDgetTreMin(st->u.t[n]);
938 +                        if (v < vmin)
939 +                                vmin = v;
940 +                }
941 +        } else {
942 +                for (n = 1<<(st->ndim*st->log2GR); n--; )
943 +                        if (st->u.v[n] < vmin)
944 +                                vmin = st->u.v[n];
945 +        }
946 +        return vmin;
947 + }
948 +
949 + /* Subtract the given value from all tree nodes */
950 + static void
951 + SDsubtractTreVal(SDNode *st, float val)
952 + {
953 +        int     n;
954 +
955 +        if (st->log2GR < 0) {
956 +                for (n = 1<<st->ndim; n--; )
957 +                        SDsubtractTreVal(st->u.t[n], val);
958 +        } else {
959 +                for (n = 1<<(st->ndim*st->log2GR); n--; )
960 +                        st->u.v[n] -= val;
961 +        }
962 + }
963 +
964 + /* Subtract minimum value from BSDF */
965 + static double
966 + subtract_min(SDNode *st)
967 + {
968 +        float   vmin;
969 +                                        /* be sure to skip unused portion */
970 +        if (st->ndim == 3) {
971 +                int     n;
972 +                vmin = 1./M_PI;
973 +                if (st->log2GR < 0) {
974 +                        for (n = 0; n < 4; n++) {
975 +                                float   v = SDgetTreMin(st->u.t[n]);
976 +                                if (v < vmin)
977 +                                        vmin = v;
978 +                        }
979 +                } else if (st->log2GR) {
980 +                        for (n = 1 << (3*st->log2GR - 1); n--; )
981 +                                if (st->u.v[n] < vmin)
982 +                                        vmin = st->u.v[n];
983 +                } else
984 +                        vmin = st->u.v[0];
985 +        } else                          /* anisotropic covers entire tree */
986 +                vmin = SDgetTreMin(st);
987 +
988 +        if (vmin <= FTINY)
989 +                return .0;
990 +
991 +        SDsubtractTreVal(st, vmin);
992 +
993 +        return M_PI * vmin;             /* return hemispherical value */
994 + }
995 +
996 + /* Extract and separate diffuse portion of BSDF */
997 + static void
998 + extract_diffuse(SDValue *dv, SDSpectralDF *df)
999 + {
1000 +        int     n;
1001 +
1002 +        if (df == NULL || df->ncomp <= 0) {
1003 +                dv->spec = c_dfcolor;
1004 +                dv->cieY = .0;
1005 +                return;
1006 +        }
1007 +        dv->spec = df->comp[0].cspec[0];
1008 +        dv->cieY = subtract_min((*(SDTre *)df->comp[0].dist).st);
1009 +                                        /* in case of multiple components */
1010 +        for (n = df->ncomp; --n; ) {
1011 +                double  ymin = subtract_min((*(SDTre *)df->comp[n].dist).st);
1012 +                c_cmix(&dv->spec, dv->cieY, &dv->spec, ymin, &df->comp[n].cspec[0]);
1013 +                dv->cieY += ymin;
1014 +        }
1015 +        df->maxHemi -= dv->cieY;        /* adjust maximum hemispherical */
1016 +                                        /* make sure everything is set */
1017 +        c_ccvt(&dv->spec, C_CSXY+C_CSSPEC);
1018 + }
1019 +
1020   /* Load a variable-resolution BSDF tree from an open XML file */
1021   SDError
1022 < SDloadTre(SDData *sd, ezxml_t fl)
1022 > SDloadTre(SDData *sd, ezxml_t wtl)
1023   {
1024 <        return SDEsupport;
1024 >        SDError         ec;
1025 >        ezxml_t         wld, wdb;
1026 >        int             rank;
1027 >        char            *txt;
1028 >                                        /* basic checks and tensor rank */
1029 >        txt = ezxml_txt(ezxml_child(ezxml_child(wtl,
1030 >                        "DataDefinition"), "IncidentDataStructure"));
1031 >        if (txt == NULL || !*txt) {
1032 >                sprintf(SDerrorDetail,
1033 >                        "BSDF \"%s\": missing IncidentDataStructure",
1034 >                                sd->name);
1035 >                return SDEformat;
1036 >        }
1037 >        if (!strcasecmp(txt, "TensorTree3"))
1038 >                rank = 3;
1039 >        else if (!strcasecmp(txt, "TensorTree4"))
1040 >                rank = 4;
1041 >        else {
1042 >                sprintf(SDerrorDetail,
1043 >                        "BSDF \"%s\": unsupported IncidentDataStructure",
1044 >                                sd->name);
1045 >                return SDEsupport;
1046 >        }
1047 >                                        /* load BSDF components */
1048 >        for (wld = ezxml_child(wtl, "WavelengthData");
1049 >                                wld != NULL; wld = wld->next) {
1050 >                if (strcasecmp(ezxml_txt(ezxml_child(wld,"Wavelength")),
1051 >                                "Visible"))
1052 >                        continue;       /* just visible for now */
1053 >                for (wdb = ezxml_child(wld, "WavelengthDataBlock");
1054 >                                        wdb != NULL; wdb = wdb->next)
1055 >                        if ((ec = load_bsdf_data(sd, wdb, rank)) != SDEnone)
1056 >                                return ec;
1057 >        }
1058 >                                        /* separate diffuse components */
1059 >        extract_diffuse(&sd->rLambFront, sd->rf);
1060 >        extract_diffuse(&sd->rLambBack, sd->rb);
1061 >        extract_diffuse(&sd->tLamb, sd->tf);
1062 >                                        /* return success */
1063 >        return SDEnone;
1064   }
1065  
1066   /* Variable resolution BSDF methods */
1067 < const SDFunc SDhandleTre = {
1068 <        NULL,
1069 <        NULL,
1070 <        NULL,
1071 <        NULL,
1072 <        &SDfreeTree,
1067 > SDFunc SDhandleTre = {
1068 >        &SDgetTreBSDF,
1069 >        &SDqueryTreProjSA,
1070 >        &SDgetTreCDist,
1071 >        &SDsampTreCDist,
1072 >        &SDFreeBTre,
1073   };

Diff Legend

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+ Added lines
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> Changed lines