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root/radiance/ray/src/gen/gendaymtx.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/gen/gendaymtx.c (file contents):
Revision 2.3 by greg, Sat Jan 19 20:38:36 2013 UTC vs.
Revision 2.29 by greg, Wed Aug 14 21:00:14 2019 UTC

# Line 86 | Line 86 | static const char RCSid[] = "$Id$";
86   #include <string.h>
87   #include <ctype.h>
88   #include "rtmath.h"
89 + #include "rtio.h"
90 + #include "resolu.h"
91 + #include "platform.h"
92   #include "color.h"
93 + #include "resolu.h"
94  
95   char *progname;                                                         /* Program name */
96   char errmsg[128];                                                       /* Error message buffer */
# Line 108 | Line 112 | double sky_clearness;                  /* Sky clearness */
112   double solar_rad;                       /* Solar radiance */
113   double sun_zenith;                      /* Sun zenith angle (radians) */
114   int     input = 0;                              /* Input type */
115 + int     output = 0;                             /* Output type */
116  
117   extern double dmax( double, double );
118   extern double CalcAirMass();
# Line 208 | Line 213 | static const CategoryBounds SkyClearCat[8] =
213          { 1.950, 2.800 },
214          { 2.800, 4.500 },
215          { 4.500, 6.200 },
216 <        { 6.200, 12.00 }        /* Clear */
216 >        { 6.200, 12.01 }        /* Clear */
217   };
218  
219   /* Luminous efficacy model coefficients */
# Line 247 | Line 252 | static const ModelCoeff DirectLumEff[8] =
252   };
253  
254   #ifndef NSUNPATCH
255 < #define NSUNPATCH       4               /* # patches to spread sun into */
255 > #define NSUNPATCH       4               /* max. # patches to spread sun into */
256   #endif
257  
258   extern int jdate(int month, int day);
# Line 260 | Line 265 | extern double  s_latitude;
265   extern double  s_longitude;
266   extern double  s_meridian;
267  
268 < double          grefl = 0.2;            /* diffuse ground reflectance */
268 > int             nsuns = NSUNPATCH;      /* number of sun patches to use */
269 > double          fixed_sun_sa = -1;      /* fixed solid angle per sun? */
270  
271   int             verbose = 0;            /* progress reports to stderr? */
272  
# Line 268 | Line 274 | int            outfmt = 'a';           /* output format */
274  
275   int             rhsubdiv = 1;           /* Reinhart sky subdivisions */
276  
277 < float           skycolor[3] = {.96, 1.004, 1.118};      /* sky coloration */
277 > COLOR           skycolor = {.96, 1.004, 1.118}; /* sky coloration */
278 > COLOR           suncolor = {1., 1., 1.};        /* sun color */
279 > COLOR           grefl = {.2, .2, .2};           /* ground reflectance */
280  
273 – int             do_sun = 1;             /* output direct solar contribution? */
274 –
281   int             nskypatch;              /* number of Reinhart patches */
282   float           *rh_palt;               /* sky patch altitudes (radians) */
283   float           *rh_pazi;               /* sky patch azimuths (radians) */
# Line 290 | Line 296 | extern int     rh_init(void);
296   extern float *  resize_dmatrix(float *mtx_data, int nsteps, int npatch);
297   extern void     AddDirect(float *parr);
298  
299 +
300 + static const char *
301 + getfmtname(int fmt)
302 + {
303 +        switch (fmt) {
304 +        case 'a':
305 +                return("ascii");
306 +        case 'f':
307 +                return("float");
308 +        case 'd':
309 +                return("double");
310 +        }
311 +        return("unknown");
312 + }
313 +
314 +
315   int
316   main(int argc, char *argv[])
317   {
318          char    buf[256];
319 +        int     doheader = 1;           /* output header? */
320 +        double  rotation = 0;           /* site rotation (degrees) */
321          double  elevation;              /* site elevation (meters) */
322          int     dir_is_horiz;           /* direct is meas. on horizontal? */
323          float   *mtx_data = NULL;       /* our matrix data */
324 <        int     ntsteps = 0;            /* number of rows in matrix */
324 >        int     avgSky = 0;             /* compute average sky r.t. matrix? */
325 >        int     ntsteps = 0;            /* number of time steps */
326 >        int     tstorage = 0;           /* number of allocated time steps */
327 >        int     nstored = 0;            /* number of time steps in matrix */
328          int     last_monthly = 0;       /* month of last report */
329 +        int     inconsistent = 0;       /* inconsistent options set? */
330          int     mo, da;                 /* month (1-12) and day (1-31) */
331          double  hr;                     /* hour (local standard time) */
332          double  dir, dif;               /* direct and diffuse values */
# Line 309 | Line 337 | main(int argc, char *argv[])
337                                          /* get options */
338          for (i = 1; i < argc && argv[i][0] == '-'; i++)
339                  switch (argv[i][1]) {
340 <                case 'g':
341 <                        grefl = atof(argv[++i]);
340 >                case 'g':                       /* ground reflectance */
341 >                        grefl[0] = atof(argv[++i]);
342 >                        grefl[1] = atof(argv[++i]);
343 >                        grefl[2] = atof(argv[++i]);
344                          break;
345 <                case 'v':
345 >                case 'v':                       /* verbose progress reports */
346                          verbose++;
347                          break;
348 <                case 'o':
348 >                case 'h':                       /* turn off header */
349 >                        doheader = 0;
350 >                        break;
351 >                case 'o':                       /* output format */
352                          switch (argv[i][2]) {
353                          case 'f':
354                          case 'd':
# Line 326 | Line 359 | main(int argc, char *argv[])
359                                  goto userr;
360                          }
361                          break;
362 <                case 'm':
362 >                case 'O':                       /* output type */
363 >                        switch (argv[i][2]) {
364 >                        case '0':
365 >                                output = 0;
366 >                                break;
367 >                        case '1':
368 >                                output = 1;
369 >                                break;
370 >                        default:
371 >                                goto userr;
372 >                        }
373 >                        if (argv[i][3])
374 >                                goto userr;
375 >                        break;
376 >                case 'm':                       /* Reinhart subdivisions */
377                          rhsubdiv = atoi(argv[++i]);
378                          break;
379 <                case 'c':
379 >                case 'c':                       /* sky color */
380 >                        inconsistent |= (skycolor[1] <= 1e-4);
381                          skycolor[0] = atof(argv[++i]);
382                          skycolor[1] = atof(argv[++i]);
383                          skycolor[2] = atof(argv[++i]);
384                          break;
385 <                case 'd':
338 <                        do_sun = 1;
385 >                case 'd':                       /* solar (direct) only */
386                          skycolor[0] = skycolor[1] = skycolor[2] = 0;
387 +                        if (suncolor[1] <= 1e-4) {
388 +                                inconsistent = 1;
389 +                                suncolor[0] = suncolor[1] = suncolor[2] = 1;
390 +                        }
391                          break;
392 <                case 's':
393 <                        do_sun = 0;
394 <                        if (skycolor[1] <= 1e-4)
392 >                case 's':                       /* sky only (no direct) */
393 >                        suncolor[0] = suncolor[1] = suncolor[2] = 0;
394 >                        if (skycolor[1] <= 1e-4) {
395 >                                inconsistent = 1;
396                                  skycolor[0] = skycolor[1] = skycolor[2] = 1;
397 +                        }
398                          break;
399 +                case 'r':                       /* rotate distribution */
400 +                        if (argv[i][2] && argv[i][2] != 'z')
401 +                                goto userr;
402 +                        rotation = atof(argv[++i]);
403 +                        break;
404 +                case '5':                       /* 5-phase calculation */
405 +                        nsuns = 1;
406 +                        fixed_sun_sa = PI/360.*atof(argv[++i]);
407 +                        if (fixed_sun_sa <= 0) {
408 +                                fprintf(stderr, "%s: missing solar disk size argument for '-5' option\n",
409 +                                                argv[0]);
410 +                                exit(1);
411 +                        }
412 +                        fixed_sun_sa *= fixed_sun_sa*PI;
413 +                        break;
414 +                case 'A':                       /* compute average sky */
415 +                        avgSky = 1;
416 +                        break;
417                  default:
418                          goto userr;
419                  }
420          if (i < argc-1)
421                  goto userr;
422 +        if (inconsistent)
423 +                fprintf(stderr, "%s: WARNING: inconsistent -s, -d, -c options!\n",
424 +                                progname);
425          if (i == argc-1 && freopen(argv[i], "r", stdin) == NULL) {
426                  fprintf(stderr, "%s: cannot open '%s' for input\n",
427                                  progname, argv[i]);
# Line 397 | Line 471 | main(int argc, char *argv[])
471                                  progname, s_latitude, s_longitude);
472                  fprintf(stderr, "%s: %d sky patches per time step\n",
473                                  progname, nskypatch);
474 +                if (rotation != 0)
475 +                        fprintf(stderr, "%s: rotating output %.0f degrees\n",
476 +                                        progname, rotation);
477          }
478                                          /* convert quantities to radians */
479          s_latitude = DegToRad(s_latitude);
480          s_longitude = DegToRad(s_longitude);
481          s_meridian = DegToRad(s_meridian);
482 +                                        /* initial allocation */
483 +        mtx_data = resize_dmatrix(mtx_data, tstorage=2, nskypatch);
484                                          /* process each time step in tape */
485          while (scanf("%d %d %lf %lf %lf\n", &mo, &da, &hr, &dir, &dif) == 5) {
486                  double          sda, sta;
487 <                                        /* make space for next time step */
488 <                mtx_offset = 3*nskypatch*ntsteps++;
489 <                mtx_data = resize_dmatrix(mtx_data, ntsteps, nskypatch);
487 >
488 >                mtx_offset = 3*nskypatch*nstored;
489 >                nstored += !avgSky | !nstored;
490 >                                        /* make space for next row */
491 >                if (nstored > tstorage) {
492 >                        tstorage += (tstorage>>1) + nstored + 7;
493 >                        mtx_data = resize_dmatrix(mtx_data, tstorage, nskypatch);
494 >                }
495 >                ntsteps++;              /* keep count of time steps */
496                  if (dif <= 1e-4) {
497 <                        memset(mtx_data+mtx_offset, 0, sizeof(float)*3*nskypatch);
497 >                        if (!avgSky | !mtx_offset)
498 >                                memset(mtx_data+mtx_offset, 0, sizeof(float)*3*nskypatch);
499                          continue;
500                  }
501                  if (verbose && mo != last_monthly)
# Line 420 | Line 506 | main(int argc, char *argv[])
506                  sda = sdec(julian_date);
507                  sta = stadj(julian_date);
508                  altitude = salt(sda, hr+sta);
509 <                azimuth = sazi(sda, hr+sta) + PI;
509 >                azimuth = sazi(sda, hr+sta) + PI - DegToRad(rotation);
510                                          /* convert measured values */
511                  if (dir_is_horiz && altitude > 0.)
512                          dir /= sin(altitude);
# Line 433 | Line 519 | main(int argc, char *argv[])
519                  }
520                                          /* compute sky patch values */
521                  ComputeSky(mtx_data+mtx_offset);
522 <                if (do_sun)
523 <                        AddDirect(mtx_data+mtx_offset);
522 >                AddDirect(mtx_data+mtx_offset);
523 >                                        /* update cumulative sky? */
524 >                for (i = 3*nskypatch*(avgSky&(ntsteps>1)); i--; )
525 >                        mtx_data[i] += mtx_data[mtx_offset+i];
526          }
527                                          /* check for junk at end */
528          while ((i = fgetc(stdin)) != EOF)
# Line 446 | Line 534 | main(int argc, char *argv[])
534                          fputs(buf, stderr); fputc('\n', stderr);
535                          break;
536                  }
537 +        if (!ntsteps) {
538 +                fprintf(stderr, "%s: no valid time steps on input\n", progname);
539 +                exit(1);
540 +        }
541 +        dif = 1./(double)ntsteps;       /* average sky? */
542 +        for (i = 3*nskypatch*(avgSky&(ntsteps>1)); i--; )
543 +                mtx_data[i] *= dif;
544                                          /* write out matrix */
545 +        if (outfmt != 'a')
546 +                SET_FILE_BINARY(stdout);
547   #ifdef getc_unlocked
548          flockfile(stdout);
549   #endif
550          if (verbose)
551                  fprintf(stderr, "%s: writing %smatrix with %d time steps...\n",
552 <                                progname, outfmt=='a' ? "" : "binary ", ntsteps);
552 >                                progname, outfmt=='a' ? "" : "binary ", nstored);
553 >        if (doheader) {
554 >                newheader("RADIANCE", stdout);
555 >                printargs(argc, argv, stdout);
556 >                printf("LATLONG= %.8f %.8f\n", RadToDeg(s_latitude),
557 >                                        -RadToDeg(s_longitude));
558 >                printf("NROWS=%d\n", nskypatch);
559 >                printf("NCOLS=%d\n", nstored);
560 >                printf("NCOMP=3\n");
561 >                if ((outfmt == 'f') | (outfmt == 'd'))
562 >                        fputendian(stdout);
563 >                fputformat((char *)getfmtname(outfmt), stdout);
564 >                putchar('\n');
565 >        }
566                                          /* patches are rows (outer sort) */
567          for (i = 0; i < nskypatch; i++) {
568                  mtx_offset = 3*i;
569                  switch (outfmt) {
570                  case 'a':
571 <                        for (j = 0; j < ntsteps; j++) {
571 >                        for (j = 0; j < nstored; j++) {
572                                  printf("%.3g %.3g %.3g\n", mtx_data[mtx_offset],
573                                                  mtx_data[mtx_offset+1],
574                                                  mtx_data[mtx_offset+2]);
575                                  mtx_offset += 3*nskypatch;
576                          }
577 <                        if (ntsteps > 1)
577 >                        if (nstored > 1)
578                                  fputc('\n', stdout);
579                          break;
580                  case 'f':
581 <                        for (j = 0; j < ntsteps; j++) {
582 <                                fwrite(mtx_data+mtx_offset, sizeof(float), 3,
581 >                        for (j = 0; j < nstored; j++) {
582 >                                putbinary(mtx_data+mtx_offset, sizeof(float), 3,
583                                                  stdout);
584                                  mtx_offset += 3*nskypatch;
585                          }
586                          break;
587                  case 'd':
588 <                        for (j = 0; j < ntsteps; j++) {
588 >                        for (j = 0; j < nstored; j++) {
589                                  double  ment[3];
590                                  ment[0] = mtx_data[mtx_offset];
591                                  ment[1] = mtx_data[mtx_offset+1];
592                                  ment[2] = mtx_data[mtx_offset+2];
593 <                                fwrite(ment, sizeof(double), 3, stdout);
593 >                                putbinary(ment, sizeof(double), 3, stdout);
594                                  mtx_offset += 3*nskypatch;
595                          }
596                          break;
# Line 494 | Line 604 | main(int argc, char *argv[])
604                  fprintf(stderr, "%s: done.\n", progname);
605          exit(0);
606   userr:
607 <        fprintf(stderr, "Usage: %s [-v][-d|-s][-m N][-g refl][-c r g b][-o{f|d}] [tape.wea]\n",
607 >        fprintf(stderr, "Usage: %s [-v][-h][-A][-d|-s][-r deg][-m N][-g r g b][-c r g b][-o{f|d}][-O{0|1}] [tape.wea]\n",
608                          progname);
609          exit(1);
610   fmterr:
# Line 515 | Line 625 | ComputeSky(float *parr)
625   {
626          int index;                      /* Category index */
627          double norm_diff_illum;         /* Normalized diffuse illuimnance */
518 –        double zlumin;                  /* Zenith luminance */
628          int i;
629          
630          /* Calculate atmospheric precipitable water content */
631          apwc = CalcPrecipWater(dew_point);
632  
633 <        /* Limit solar altitude to keep circumsolar off zenith */
634 <        if (altitude > DegToRad(87.0))
635 <                altitude = DegToRad(87.0);
633 >        /* Calculate sun zenith angle (don't let it dip below horizon) */
634 >        /* Also limit minimum angle to keep circumsolar off zenith */
635 >        if (altitude <= 0.0)
636 >                sun_zenith = DegToRad(90.0);
637 >        else if (altitude >= DegToRad(87.0))
638 >                sun_zenith = DegToRad(3.0);
639 >        else
640 >                sun_zenith = DegToRad(90.0) - altitude;
641  
528 –        /* Calculate sun zenith angle */
529 –        sun_zenith = DegToRad(90.0) - altitude;
530 –
642          /* Compute the inputs for the calculation of the sky distribution */
643          
644          if (input == 0)                                 /* XXX never used */
# Line 546 | Line 657 | ComputeSky(float *parr)
657                  sky_brightness = CalcSkyBrightness();
658                  sky_clearness =  CalcSkyClearness();
659  
660 +                /* Limit sky clearness */
661 +                if (sky_clearness > 11.9)
662 +                        sky_clearness = 11.9;
663 +
664 +                /* Limit sky brightness */
665 +                if (sky_brightness < 0.01)
666 +                        sky_brightness = 0.01;
667 +
668                  /* Calculate illuminance */
669                  index = GetCategoryIndex();
670                  diff_illum = diff_irrad * CalcDiffuseIllumRatio(index);
# Line 557 | Line 676 | ComputeSky(float *parr)
676                  index = CalcSkyParamFromIllum();
677          }
678  
679 +        if (output == 1) {                      /* hack for solar radiance */
680 +                diff_illum = diff_irrad * WHTEFFICACY;
681 +                dir_illum = dir_irrad * WHTEFFICACY;
682 +        }
683 +
684          if (bright(skycolor) <= 1e-4) {                 /* 0 sky component? */
685                  memset(parr, 0, sizeof(float)*3*nskypatch);
686                  return;
# Line 565 | Line 689 | ComputeSky(float *parr)
689          parr[0] = diff_illum;
690          if (altitude > 0)
691                  parr[0] += dir_illum * sin(altitude);
692 <        parr[2] = parr[1] = parr[0] *= grefl*(1./PI/WHTEFFICACY);
692 >        parr[2] = parr[1] = parr[0] *= (1./PI/WHTEFFICACY);
693 >        multcolor(parr, grefl);
694  
695          /* Calculate Perez sky model parameters */
696          CalcPerezParam(sun_zenith, sky_clearness, sky_brightness, index);
# Line 576 | Line 701 | ComputeSky(float *parr)
701          /* Calculate relative horizontal illuminance */
702          norm_diff_illum = CalcRelHorzIllum(parr);
703  
704 +        /* Check for zero sky -- make uniform in that case */
705 +        if (norm_diff_illum <= FTINY) {
706 +                for (i = 1; i < nskypatch; i++)
707 +                        setcolor(parr+3*i, 1., 1., 1.);
708 +                norm_diff_illum = PI;
709 +        }
710          /* Normalization coefficient */
711          norm_diff_illum = diff_illum / norm_diff_illum;
712  
582 –        /* Calculate relative zenith luminance */
583 –        zlumin = CalcRelLuminance(sun_zenith, 0.0);
584 –
585 –        /* Calculate absolute zenith illuminance */
586 –        zlumin *= norm_diff_illum;
587 –
713          /* Apply to sky patches to get absolute radiance values */
714          for (i = 1; i < nskypatch; i++) {
715 <                scalecolor(parr+3*i, zlumin*(1./WHTEFFICACY));
715 >                scalecolor(parr+3*i, norm_diff_illum*(1./WHTEFFICACY));
716                  multcolor(parr+3*i, skycolor);
717          }
718   }
# Line 602 | Line 727 | AddDirect(float *parr)
727          double  wta[NSUNPATCH], wtot;
728          int     i, j, p;
729  
730 <        if (!do_sun || dir_illum < 1e-4)
730 >        if (dir_illum <= 1e-4 || bright(suncolor) <= 1e-4)
731                  return;
732 <                                        /* identify NSUNPATCH closest patches */
733 <        for (i = NSUNPATCH; i--; )
732 >                                        /* identify nsuns closest patches */
733 >        if (nsuns > NSUNPATCH)
734 >                nsuns = NSUNPATCH;
735 >        else if (nsuns <= 0)
736 >                nsuns = 1;
737 >        for (i = nsuns; i--; )
738                  near_dprod[i] = -1.;
739          vector(svec, altitude, azimuth);
740          for (p = 1; p < nskypatch; p++) {
# Line 613 | Line 742 | AddDirect(float *parr)
742                  double  dprod;
743                  rh_vector(pvec, p);
744                  dprod = DOT(pvec, svec);
745 <                for (i = 0; i < NSUNPATCH; i++)
745 >                for (i = 0; i < nsuns; i++)
746                          if (dprod > near_dprod[i]) {
747 <                                for (j = NSUNPATCH; --j > i; ) {
747 >                                for (j = nsuns; --j > i; ) {
748                                          near_dprod[j] = near_dprod[j-1];
749                                          near_patch[j] = near_patch[j-1];
750                                  }
# Line 625 | Line 754 | AddDirect(float *parr)
754                          }
755          }
756          wtot = 0;                       /* weight by proximity */
757 <        for (i = NSUNPATCH; i--; )
757 >        for (i = nsuns; i--; )
758                  wtot += wta[i] = 1./(1.002 - near_dprod[i]);
759                                          /* add to nearest patch radiances */
760 <        for (i = NSUNPATCH; i--; ) {
760 >        for (i = nsuns; i--; ) {
761                  float   *pdest = parr + 3*near_patch[i];
762 <                float   val_add = wta[i] * dir_illum /
763 <                                (WHTEFFICACY * wtot * rh_dom[near_patch[i]]);
764 <                *pdest++ += val_add;
765 <                *pdest++ += val_add;
766 <                *pdest++ += val_add;
762 >                float   val_add = wta[i] * dir_illum / (WHTEFFICACY * wtot);
763 >
764 >                val_add /= (fixed_sun_sa > 0)   ? fixed_sun_sa
765 >                                                : rh_dom[near_patch[i]] ;
766 >                *pdest++ += val_add*suncolor[0];
767 >                *pdest++ += val_add*suncolor[1];
768 >                *pdest++ += val_add*suncolor[2];
769          }
770   }
771  
# Line 775 | Line 906 | double CalcSkyClearness()
906          double sz_cubed;        /* Sun zenith angle cubed */
907  
908          /* Calculate sun zenith angle cubed */
909 <        sz_cubed = pow(sun_zenith, 3.0);
909 >        sz_cubed = sun_zenith*sun_zenith*sun_zenith;
910  
911          return ((diff_irrad + dir_irrad) / diff_irrad + 1.041 *
912                          sz_cubed) / (1.0 + 1.041 * sz_cubed);
# Line 806 | Line 937 | double CalcDiffuseIrradiance()
937   double CalcDirectIrradiance()
938   {
939          return CalcDiffuseIrradiance() * ((sky_clearness - 1.0) * (1 + 1.041
940 <                        * pow(sun_zenith, 3.0)));
940 >                        * sun_zenith*sun_zenith*sun_zenith));
941   }
942  
943   /* Calculate sky brightness and clearness from illuminance values */
# Line 832 | Line 963 | int CalcSkyParamFromIllum()
963                  sky_clearness = 12.0;
964  
965          /* Limit sky brightness */
966 <        if (sky_brightness < 0.05)
966 >        if (sky_brightness < 0.01)
967                          sky_brightness = 0.01;
968  
969          while (((fabs(diff_irrad - test1) > 10.0) ||
# Line 845 | Line 976 | int CalcSkyParamFromIllum()
976                  /* Convert illuminance to irradiance */
977                  index = GetCategoryIndex();
978                  diff_irrad = diff_illum / CalcDiffuseIllumRatio(index);
979 <                dir_irrad = dir_illum / CalcDirectIllumRatio(index);
979 >                dir_irrad = CalcDirectIllumRatio(index);
980 >                if (dir_irrad > 0.1)
981 >                        dir_irrad = dir_illum / dir_irrad;
982          
983                  /* Calculate sky brightness and clearness */
984                  sky_brightness = CalcSkyBrightness();
# Line 856 | Line 989 | int CalcSkyParamFromIllum()
989                          sky_clearness = 12.0;
990          
991                  /* Limit sky brightness */
992 <                if (sky_brightness < 0.05)
992 >                if (sky_brightness < 0.01)
993                          sky_brightness = 0.01;
994          }
995  
# Line 942 | Line 1075 | double CalcRelHorzIllum( float *parr )
1075          double rh_illum = 0.0;  /* Relative horizontal illuminance */
1076  
1077          for (i = 1; i < nskypatch; i++)
1078 <                rh_illum += parr[3*i+1] * rh_cos(i);
1078 >                rh_illum += parr[3*i+1] * rh_cos(i) * rh_dom[i];
1079  
1080 <        return rh_illum * (2.0 * PI / (nskypatch-1));
1080 >        return rh_illum;
1081   }
1082  
1083   /* Calculate earth orbit eccentricity correction factor */

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