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root/radiance/ray/src/cv/bsdfrbf.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/cv/bsdfrbf.c (file contents):
Revision 2.5 by greg, Fri Jun 28 23:18:51 2013 UTC vs.
Revision 2.12 by greg, Mon Oct 21 18:33:15 2013 UTC

# Line 15 | Line 15 | static const char RCSid[] = "$Id$";
15   #include "bsdfrep.h"
16  
17   #ifndef RSCA
18 < #define RSCA            2.7             /* radius scaling factor (empirical) */
18 > #define RSCA            2.2             /* radius scaling factor (empirical) */
19   #endif
20 + #ifndef SMOOTH_MSE
21 + #define SMOOTH_MSE      5e-5            /* acceptable mean squared error */
22 + #endif
23 + #ifndef SMOOTH_MSER
24 + #define SMOOTH_MSER     0.07            /* acceptable relative MSE */
25 + #endif
26 + #define MAX_RAD         (GRIDRES/8)     /* maximum lobe radius */
27 +
28 + #define RBFALLOCB       10              /* RBF allocation block size */
29 +
30                                  /* our loaded grid for this incident angle */
31   GRIDVAL                 dsf_grid[GRIDRES][GRIDRES];
32  
# Line 48 | Line 58 | add_bsdf_data(double theta_out, double phi_out, double
58          ovec[1] = sin((M_PI/180.)*phi_out) * ovec[2];
59          ovec[2] = sqrt(1. - ovec[2]*ovec[2]);
60  
61 <        if (!isDSF)
61 >        if (val <= 0)                   /* truncate to zero */
62 >                val = 0;
63 >        else if (!isDSF)
64                  val *= ovec[2];         /* convert from BSDF to DSF */
65  
66                                          /* update BSDF histogram */
# Line 61 | Line 73 | add_bsdf_data(double theta_out, double phi_out, double
73          dsf_grid[pos[0]][pos[1]].nval++;
74   }
75  
76 < /* Compute radii for non-empty bins */
65 < /* (distance to furthest empty bin for which non-empty bin is the closest) */
76 > /* Compute minimum BSDF from histogram (does not clear) */
77   static void
67 – compute_radii(void)
68 – {
69 –        unsigned int    fill_grid[GRIDRES][GRIDRES];
70 –        unsigned short  fill_cnt[GRIDRES][GRIDRES];
71 –        FVECT           ovec0, ovec1;
72 –        double          ang2, lastang2;
73 –        int             r, i, j, jn, ii, jj, inear, jnear;
74 –
75 –        r = GRIDRES/2;                          /* proceed in zig-zag */
76 –        for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
77 –            for (jn = 0; jn < GRIDRES; jn++) {
78 –                j = (i&1) ? jn : GRIDRES-1-jn;
79 –                if (dsf_grid[i][j].nval)        /* find empty grid pos. */
80 –                        continue;
81 –                ovec_from_pos(ovec0, i, j);
82 –                inear = jnear = -1;             /* find nearest non-empty */
83 –                lastang2 = M_PI*M_PI;
84 –                for (ii = i-r; ii <= i+r; ii++) {
85 –                    if (ii < 0) continue;
86 –                    if (ii >= GRIDRES) break;
87 –                    for (jj = j-r; jj <= j+r; jj++) {
88 –                        if (jj < 0) continue;
89 –                        if (jj >= GRIDRES) break;
90 –                        if (!dsf_grid[ii][jj].nval)
91 –                                continue;
92 –                        ovec_from_pos(ovec1, ii, jj);
93 –                        ang2 = 2. - 2.*DOT(ovec0,ovec1);
94 –                        if (ang2 >= lastang2)
95 –                                continue;
96 –                        lastang2 = ang2;
97 –                        inear = ii; jnear = jj;
98 –                    }
99 –                }
100 –                if (inear < 0) {
101 –                        fprintf(stderr,
102 –                                "%s: Could not find non-empty neighbor!\n",
103 –                                        progname);
104 –                        exit(1);
105 –                }
106 –                ang2 = sqrt(lastang2);
107 –                r = ANG2R(ang2);                /* record if > previous */
108 –                if (r > dsf_grid[inear][jnear].crad)
109 –                        dsf_grid[inear][jnear].crad = r;
110 –                                                /* next search radius */
111 –                r = ang2*(2.*GRIDRES/M_PI) + 3;
112 –            }
113 –                                                /* blur radii over hemisphere */
114 –        memset(fill_grid, 0, sizeof(fill_grid));
115 –        memset(fill_cnt, 0, sizeof(fill_cnt));
116 –        for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
117 –            for (j = 0; j < GRIDRES; j++) {
118 –                if (!dsf_grid[i][j].crad)
119 –                        continue;               /* missing distance */
120 –                r = R2ANG(dsf_grid[i][j].crad)*(2.*RSCA*GRIDRES/M_PI);
121 –                for (ii = i-r; ii <= i+r; ii++) {
122 –                    if (ii < 0) continue;
123 –                    if (ii >= GRIDRES) break;
124 –                    for (jj = j-r; jj <= j+r; jj++) {
125 –                        if (jj < 0) continue;
126 –                        if (jj >= GRIDRES) break;
127 –                        if ((ii-i)*(ii-i) + (jj-j)*(jj-j) > r*r)
128 –                                continue;
129 –                        fill_grid[ii][jj] += dsf_grid[i][j].crad;
130 –                        fill_cnt[ii][jj]++;
131 –                    }
132 –                }
133 –            }
134 –                                                /* copy back blurred radii */
135 –        for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
136 –            for (j = 0; j < GRIDRES; j++)
137 –                if (fill_cnt[i][j])
138 –                        dsf_grid[i][j].crad = fill_grid[i][j]/fill_cnt[i][j];
139 – }
140 –
141 – /* Cull points for more uniform distribution, leave all nval 0 or 1 */
142 – static void
143 – cull_values(void)
144 – {
145 –        FVECT   ovec0, ovec1;
146 –        double  maxang, maxang2;
147 –        int     i, j, ii, jj, r;
148 –                                                /* simple greedy algorithm */
149 –        for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
150 –            for (j = 0; j < GRIDRES; j++) {
151 –                if (!dsf_grid[i][j].nval)
152 –                        continue;
153 –                if (!dsf_grid[i][j].crad)
154 –                        continue;               /* shouldn't happen */
155 –                ovec_from_pos(ovec0, i, j);
156 –                maxang = 2.*R2ANG(dsf_grid[i][j].crad);
157 –                if (maxang > ovec0[2])          /* clamp near horizon */
158 –                        maxang = ovec0[2];
159 –                r = maxang*(2.*GRIDRES/M_PI) + 1;
160 –                maxang2 = maxang*maxang;
161 –                for (ii = i-r; ii <= i+r; ii++) {
162 –                    if (ii < 0) continue;
163 –                    if (ii >= GRIDRES) break;
164 –                    for (jj = j-r; jj <= j+r; jj++) {
165 –                        if (jj < 0) continue;
166 –                        if (jj >= GRIDRES) break;
167 –                        if (!dsf_grid[ii][jj].nval)
168 –                                continue;
169 –                        if ((ii == i) & (jj == j))
170 –                                continue;       /* don't get self-absorbed */
171 –                        ovec_from_pos(ovec1, ii, jj);
172 –                        if (2. - 2.*DOT(ovec0,ovec1) >= maxang2)
173 –                                continue;
174 –                                                /* absorb sum */
175 –                        dsf_grid[i][j].vsum += dsf_grid[ii][jj].vsum;
176 –                        dsf_grid[i][j].nval += dsf_grid[ii][jj].nval;
177 –                                                /* keep value, though */
178 –                        dsf_grid[ii][jj].vsum /= (float)dsf_grid[ii][jj].nval;
179 –                        dsf_grid[ii][jj].nval = 0;
180 –                    }
181 –                }
182 –            }
183 –                                                /* final averaging pass */
184 –        for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
185 –            for (j = 0; j < GRIDRES; j++)
186 –                if (dsf_grid[i][j].nval > 1) {
187 –                        dsf_grid[i][j].vsum /= (float)dsf_grid[i][j].nval;
188 –                        dsf_grid[i][j].nval = 1;
189 –                }
190 – }
191 –
192 – /* Compute minimum BSDF from histogram and clear it */
193 – static void
78   comp_bsdf_min()
79   {
80          int     cnt;
# Line 208 | Line 92 | comp_bsdf_min()
92          for (i = 0; cnt <= target; i++)
93                  cnt += bsdf_hist[i];
94          bsdf_min = histval(i-1);
211 –        memset(bsdf_hist, 0, sizeof(bsdf_hist));
95   }
96  
97 + /* Determine if the given region is empty of grid samples */
98 + static int
99 + empty_region(int x0, int x1, int y0, int y1)
100 + {
101 +        int     x, y;
102 +
103 +        for (x = x0; x < x1; x++)
104 +            for (y = y0; y < y1; y++)
105 +                if (dsf_grid[x][y].nval)
106 +                        return(0);
107 +        return(1);
108 + }
109 +
110 + /* Determine if the given region is smooth enough to be a single lobe */
111 + static int
112 + smooth_region(int x0, int x1, int y0, int y1)
113 + {
114 +        RREAL   rMtx[3][3];
115 +        FVECT   xvec;
116 +        double  A, B, C, nvs, sqerr;
117 +        int     x, y, n;
118 +                                        /* compute planar regression */
119 +        memset(rMtx, 0, sizeof(rMtx));
120 +        memset(xvec, 0, sizeof(xvec));
121 +        for (x = x0; x < x1; x++)
122 +            for (y = y0; y < y1; y++)
123 +                if ((n = dsf_grid[x][y].nval) > 0) {
124 +                        double  z = dsf_grid[x][y].vsum;
125 +                        rMtx[0][0] += n*x*x;
126 +                        rMtx[0][1] += n*x*y;
127 +                        rMtx[0][2] += n*x;
128 +                        rMtx[1][1] += n*y*y;
129 +                        rMtx[1][2] += n*y;
130 +                        rMtx[2][2] += n;
131 +                        xvec[0] += x*z;
132 +                        xvec[1] += y*z;
133 +                        xvec[2] += z;
134 +                }
135 +        rMtx[1][0] = rMtx[0][1];
136 +        rMtx[2][1] = rMtx[1][2];
137 +        nvs = rMtx[2][2];
138 +        if (SDinvXform(rMtx, rMtx) != SDEnone)
139 +                return(0);
140 +        A = DOT(rMtx[0], xvec);
141 +        B = DOT(rMtx[1], xvec);
142 +        C = DOT(rMtx[2], xvec);
143 +        sqerr = 0.0;                    /* compute mean squared error */
144 +        for (x = x0; x < x1; x++)
145 +            for (y = y0; y < y1; y++)
146 +                if ((n = dsf_grid[x][y].nval) > 0) {
147 +                        double  d = A*x + B*y + C - dsf_grid[x][y].vsum/n;
148 +                        sqerr += n*d*d;
149 +                }
150 +        if (sqerr <= nvs*SMOOTH_MSE)    /* below absolute MSE threshold? */
151 +                return(1);
152 +                                        /* below relative MSE threshold? */
153 +        return(sqerr*nvs <= xvec[2]*xvec[2]*SMOOTH_MSER);
154 + }
155 +
156 + /* Create new lobe based on integrated samples in region */
157 + static void
158 + create_lobe(RBFVAL *rvp, int x0, int x1, int y0, int y1)
159 + {
160 +        double  vtot = 0.0;
161 +        int     nv = 0;
162 +        double  rad;
163 +        int     x, y;
164 +                                        /* compute average for region */
165 +        for (x = x0; x < x1; x++)
166 +            for (y = y0; y < y1; y++) {
167 +                vtot += dsf_grid[x][y].vsum;
168 +                nv += dsf_grid[x][y].nval;
169 +            }
170 +        if (!nv) {
171 +                fprintf(stderr, "%s: internal - missing samples in create_lobe\n",
172 +                                progname);
173 +                exit(1);
174 +        }
175 +                                        /* peak value based on integral */
176 +        vtot *= (x1-x0)*(y1-y0)*(2.*M_PI/GRIDRES/GRIDRES)/(double)nv;
177 +        rad = (RSCA/(double)GRIDRES)*(x1-x0);
178 +        rvp->peak =  vtot / ((2.*M_PI) * rad*rad);
179 +        rvp->crad = ANG2R(rad);
180 +        rvp->gx = (x0+x1)>>1;
181 +        rvp->gy = (y0+y1)>>1;
182 + }
183 +
184 + /* Recursive function to build radial basis function representation */
185 + static int
186 + build_rbfrep(RBFVAL **arp, int *np, int x0, int x1, int y0, int y1)
187 + {
188 +        int     xmid = (x0+x1)>>1;
189 +        int     ymid = (y0+y1)>>1;
190 +        int     branched[4];
191 +        int     nadded, nleaves;
192 +                                        /* need to make this a leaf? */
193 +        if (empty_region(x0, xmid, y0, ymid) ||
194 +                        empty_region(xmid, x1, y0, ymid) ||
195 +                        empty_region(x0, xmid, ymid, y1) ||
196 +                        empty_region(xmid, x1, ymid, y1))
197 +                return(0);
198 +                                        /* add children (branches+leaves) */
199 +        if ((branched[0] = build_rbfrep(arp, np, x0, xmid, y0, ymid)) < 0)
200 +                return(-1);
201 +        if ((branched[1] = build_rbfrep(arp, np, xmid, x1, y0, ymid)) < 0)
202 +                return(-1);
203 +        if ((branched[2] = build_rbfrep(arp, np, x0, xmid, ymid, y1)) < 0)
204 +                return(-1);
205 +        if ((branched[3] = build_rbfrep(arp, np, xmid, x1, ymid, y1)) < 0)
206 +                return(-1);
207 +        nadded = branched[0] + branched[1] + branched[2] + branched[3];
208 +        nleaves = !branched[0] + !branched[1] + !branched[2] + !branched[3];
209 +        if (!nleaves)                   /* nothing but branches? */
210 +                return(nadded);
211 +                                        /* combine 4 leaves into 1? */
212 +        if (nleaves == 4 && x1-x0 < MAX_RAD && smooth_region(x0, x1, y0, y1))
213 +                return(0);
214 +                                        /* need more array space? */
215 +        if ((*np+nleaves-1)>>RBFALLOCB != (*np-1)>>RBFALLOCB) {
216 +                *arp = (RBFVAL *)realloc(*arp,
217 +                                sizeof(RBFVAL)*(*np+nleaves-1+(1<<RBFALLOCB)));
218 +                if (*arp == NULL)
219 +                        return(-1);
220 +        }
221 +                                        /* create lobes for leaves */
222 +        if (!branched[0])
223 +                create_lobe(*arp+(*np)++, x0, xmid, y0, ymid);
224 +        if (!branched[1])
225 +                create_lobe(*arp+(*np)++, xmid, x1, y0, ymid);
226 +        if (!branched[2])
227 +                create_lobe(*arp+(*np)++, x0, xmid, ymid, y1);
228 +        if (!branched[3])
229 +                create_lobe(*arp+(*np)++, xmid, x1, ymid, y1);
230 +        nadded += nleaves;
231 +        return(nadded);
232 + }
233 +
234   /* Count up filled nodes and build RBF representation from current grid */
235   RBFNODE *
236 < make_rbfrep(void)
236 > make_rbfrep()
237   {
218 –        int     niter = 16;
219 –        double  lastVar, thisVar = 100.;
220 –        int     nn;
238          RBFNODE *newnode;
239 <        RBFVAL  *itera;
240 <        int     i, j;
224 <                                /* compute RBF radii */
225 <        compute_radii();
226 <                                /* coagulate lobes */
227 <        cull_values();
228 <        nn = 0;                 /* count selected bins */
229 <        for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
230 <            for (j = 0; j < GRIDRES; j++)
231 <                nn += dsf_grid[i][j].nval;
239 >        RBFVAL  *rbfarr;
240 >        int     nn;
241                                  /* compute minimum BSDF */
242          comp_bsdf_min();
243 <                                /* allocate RBF array */
244 <        newnode = (RBFNODE *)malloc(sizeof(RBFNODE) + sizeof(RBFVAL)*(nn-1));
243 >                                /* create RBF node list */
244 >        rbfarr = NULL; nn = 0;
245 >        if (build_rbfrep(&rbfarr, &nn, 0, GRIDRES, 0, GRIDRES) <= 0)
246 >                goto memerr;
247 >                                /* (re)allocate RBF array */
248 >        newnode = (RBFNODE *)realloc(rbfarr,
249 >                        sizeof(RBFNODE) + sizeof(RBFVAL)*(nn-1));
250          if (newnode == NULL)
251                  goto memerr;
252 +                                /* copy computed lobes into RBF node */
253 +        memmove(newnode->rbfa, newnode, sizeof(RBFVAL)*nn);
254          newnode->ord = -1;
255          newnode->next = NULL;
256          newnode->ejl = NULL;
# Line 242 | Line 258 | make_rbfrep(void)
258          newnode->invec[0] = cos((M_PI/180.)*phi_in_deg)*newnode->invec[2];
259          newnode->invec[1] = sin((M_PI/180.)*phi_in_deg)*newnode->invec[2];
260          newnode->invec[2] = input_orient*sqrt(1. - newnode->invec[2]*newnode->invec[2]);
261 <        newnode->vtotal = 0;
261 >        newnode->vtotal = .0;
262          newnode->nrbf = nn;
263 <        nn = 0;                 /* fill RBF array */
264 <        for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
265 <            for (j = 0; j < GRIDRES; j++)
250 <                if (dsf_grid[i][j].nval) {
251 <                        newnode->rbfa[nn].peak = dsf_grid[i][j].vsum;
252 <                        newnode->rbfa[nn].crad = RSCA*dsf_grid[i][j].crad + .5;
253 <                        newnode->rbfa[nn].gx = i;
254 <                        newnode->rbfa[nn].gy = j;
255 <                        ++nn;
256 <                }
257 <                                /* iterate to improve interpolation accuracy */
258 <        itera = (RBFVAL *)malloc(sizeof(RBFVAL)*newnode->nrbf);
259 <        if (itera == NULL)
260 <                goto memerr;
261 <        memcpy(itera, newnode->rbfa, sizeof(RBFVAL)*newnode->nrbf);
262 <        do {
263 <                double  dsum = 0, dsum2 = 0;
264 <                nn = 0;
265 <                for (i = 0; i < GRIDRES; i++)
266 <                    for (j = 0; j < GRIDRES; j++)
267 <                        if (dsf_grid[i][j].nval) {
268 <                                FVECT   odir;
269 <                                double  corr;
270 <                                ovec_from_pos(odir, i, j);
271 <                                itera[nn++].peak *= corr =
272 <                                        dsf_grid[i][j].vsum /
273 <                                                eval_rbfrep(newnode, odir);
274 <                                dsum += 1. - corr;
275 <                                dsum2 += (1.-corr)*(1.-corr);
276 <                        }
277 <                memcpy(newnode->rbfa, itera, sizeof(RBFVAL)*newnode->nrbf);
278 <                lastVar = thisVar;
279 <                thisVar = dsum2/(double)nn;
263 >                                /* compute sum for normalization */
264 >        while (nn-- > 0)
265 >                newnode->vtotal += rbf_volume(&newnode->rbfa[nn]);
266   #ifdef DEBUG
267 <                fprintf(stderr, "Avg., RMS error: %.1f%%  %.1f%%\n",
282 <                                        100.*dsum/(double)nn,
283 <                                        100.*sqrt(thisVar));
284 < #endif
285 <        } while (--niter > 0 && lastVar-thisVar > 0.02*lastVar);
286 <
287 <        free(itera);
288 <        nn = 0;                 /* compute sum for normalization */
289 <        while (nn < newnode->nrbf)
290 <                newnode->vtotal += rbf_volume(&newnode->rbfa[nn++]);
291 < #ifdef DEBUG
267 >        fprintf(stderr, "Built RBF with %d lobes\n", newnode->nrbf);
268          fprintf(stderr, "Integrated DSF at (%.1f,%.1f) deg. is %.2f\n",
269                          get_theta180(newnode->invec), get_phi360(newnode->invec),
270                          newnode->vtotal);

Diff Legend

– Removed lines
+ Added lines
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> Changed lines